JJF 1550-2015钻孔测斜仪校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 5 5 02 0 1 5钻孔测斜仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rB o r e h o l eC l i n o m e t e r s 2 0 1 5-1 2-0 7发布2 0 1 6-0 3-0 7实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布钻孔测斜仪校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rB o r e h o l eC l i n o m e t e r sJ J F1 5 5 02 0 1 5 归 口 单 位:全国惯性技术计量技术委员会 主要起草单位:上海市计量测试技术研究院中航工业北京长城计量测试技术研究所 参加起草单位:上海地学仪器研究所航天科工惯性技术有限公司北京通联四方科技有限公司 本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释J J F1 5 5 02 0 1 5本规范主要起草人:马建敏(上海市计量测试技术研究院)董雪明(中航工业北京长城计量测试技术研究所)参加起草人:井 然(上海地学仪器研究所)杨 卓(航天科工惯性技术有限公司)欧阳静芳(北京通联四方科技有限公司)J J F1 5 5 02 0 1 5目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(2)4.1 外观及各部分相互作用(2)4.2 灵敏度(2)4.3 示值误差(2)4.4 示值漂移(2)4.5 绝缘电阻(2)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 校准用标准及其他设备(2)6 校准方法(3)6.1 外观(3)6.2 灵敏度(3)6.3 示值误差(3)6.4 示值漂移(5)6.5 绝缘电阻(5)7 校准结果的表达(5)8 复校时间间隔(6)附录A 钻孔测斜仪示值误差测量不确定度评定示例(7)附录B 示值误差校准安装方式(1 0)附录C 校准证书内页格式(1 1)J J F1 5 5 02 0 1 5引 言钻孔测斜仪主要用于地质灾害监测、公路桥梁地基安全监测、水电大坝监测、地震预报研究等领域。本规范参照J J F1 0 8 32 0 0 2 光学倾斜仪校准规范编写。本规范为首次发布。J J F1 5 5 02 0 1 5钻孔测斜仪校准规范1 范围本规范适用于测量范围为-3 0 3 0,最大允许误差为0.0 2 5%F S的基于重力加速度传感器的测斜仪校准,其他测斜仪可以参照执行。2 引用文件本规范引用下列文件:J J F1 0 8 32 0 0 2 光学倾斜仪校准规范凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 概述钻孔测斜仪是根据铅垂方向受重力作用,重力加速度传感器输出电压值线性对应于传感器倾斜角度后的竖直方向重力加速度分量(余弦分量),同样可以转换成水平位移分量(正弦分量)。从结构上可分为两种:深埋式和滑移式。深埋式钻孔测斜仪是将加速度传感器安装在探头内,几十个钻孔测斜仪以列阵的方式永久深埋固定在监测关键位置。滑移式钻孔测斜仪可沿竖直预埋管道分段测量,测斜探棒(探头)轴线和重力铅垂线之间的夹角,即为钻孔倾斜角。倾斜角的变化量由测读仪(显示装置)进行数据采集,经计算机软件统计分析,可以直接或间接地反映地质结构稳定状况。这类仪器主要用于地质灾害监测、公路桥梁地基安全监测、水电大坝监测、地震预报研究等领域。钻孔测斜仪的典型结构如图1所示。图1 钻孔测斜仪示意图测量模型:Xi=Ls i ni1J J F1 5 5 02 0 1 5Yi=Ss i ni式中:Xi 位移示值;L 导轮间距,一般为5 0 0mm;i 对应角度示值,当i3 6时(5 =3 6r a d),s i nii(相对误差 0.1 3%);Yi 电压(或与s i ni呈线性关系的无量纲数值);S 灵敏度。4 计量特性4.1 外观及各部分相互作用钻孔测斜仪外观完好,无影响使用的缺陷,导轮转动灵活无晃动,测头的防水密封胶圈完好无损,并符合出厂说明书中承诺的环境和功能。4.2 灵敏度钻孔测斜仪输出灵敏度按式(1)、式(2)计算:S=Y(1)S=X(2)式中:Y 与电压呈线性关系的示值变化量,VK(V为输出电压,K为标度因数);X 位移示值变化量,mm;角位移变化量,()。4.3 示值误差钻孔测斜仪的最大允许误差:0.0 2 5%F S(测量范围:-3 0 +3 0)4.4 示值漂移示值漂移在1h内不大于4(位移量0.0 1mm)。4.5 绝缘电阻绝缘电阻5 0M。注:校准工作不判断合格与否,上述计量特性要求仅供参考。5 校准条件5.1 环境条件校准时室内温度为(2 05);室温变化1/h;相对湿度7 0%,被校准钻孔测斜仪和校准用仪器设备在实验室内均衡时间3h。避震环境,无强电磁场干扰。5.2 校准用标准及其他设备校准用标准及其他设备见表1。2J J F1 5 5 02 0 1 5表1 校准项目和校准设备序号校准项目校准设备1灵敏度优于4 的分度台2示值误差优于4 的分度台3示值漂移优于4 的分度台4绝缘电阻10 0 0V兆欧表6 校准方法6.1 外观检查外观,应符合4.1要求。确定没有影响校准计量特性的因素。6.2 灵敏度将钻孔测斜仪固定在分度台上,示值调至0位。分度台编码器归零,然后分别旋转0 1,1 2,2 3,3 4,4 5,5 6,产生6组i,观察仪器示值电压输出的对应变化量,每个角位置分别记录6组数据(位移Xi或电压Yi)。分别计算6组灵敏度Si,将S-=ni=1Sin作为该仪器的灵敏度测量值,其中,n=6。6.3 示值误差用分度台预置2 5个标准角度测量点:0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,1,2,5,1 0,1 5,2 0,3 0。校准测量顺序:依次从0为起始点,沿加速度传感器灵敏方向插入仪器导杆,夹持位置为导杆的中部(参考导轮方向。即四个扁平圆盘导轮组成的平面与转轴垂直)定位装夹钻孔测斜仪,详细安装方式参见附录B。调整钻孔测斜仪角度,将仪器示值调整为0,记录分度台初始角度值(或将绝对式编码器示值归零)。然后将分度台依次向逆时针和顺时针方向分别旋转,即逆时针方向角度设定为:0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,1,2,5,1 0,1 5,2 0,3 0。顺 时 针 方 向 角 度 设 定 为:0,-0.1,-0.2,-0.3,-0.4,-0.5,-1,-2,-5,-1 0,-1 5,-2 0,-3 0。钻孔测斜仪测杆须沿加速度敏感方向装夹,位置如图2所示,即初始位置0或沿测杆主轴线旋转1 8 0位置,装夹位置确定后须作标记并在证书报告中予以说明。3J J F1 5 5 02 0 1 5图2 钻孔测斜仪设定角度时装夹的2个供选择位置分别将顺时针(+)、逆时针(-)方向预置各标准角对应的测斜仪示值按表2记录。表2 示值误差校准记录序号分度台标准给定角度值i受校钻孔测斜仪示值Xi或Yi对应角度示值ii=a r c s i nXi5 0 0i=a r c s i nYiK角度示值绝对误差i=i-i示值引用误差iF S1 0 0%102+0.13+0.24+0.35+0.46+0.57+18+29+51 0+1 01 1+1 51 2+2 0 1 3+3 0 1 401 5-0.11 6-0.21 7-0.34J J F1 5 5 02 0 1 5表2(续)序号分度台标准给定角度值i受校钻孔测斜仪示值Xi或Yi对应角度示值ii=a r c s i nXi5 0 0i=a r c s i nYiK角度示值绝对误差i=i-i示值引用误差iF S1 0 0%1 8-0.41 9-0.52 0-12 1-22 2-52 3-1 02 4-1 52 5-2 02 6-3 0 注:Xi为位移示值,mm;Yi为电压(或与电压呈线性关系的无量纲数值);K为标度因数(由生产厂家提供)。按上述方法依次测量各校准点的示值误差,取引用误差中最大值作为测量结果。6.4 示值漂移选择3 点位置测量,每隔1 0m i n观察一次,记录一组数据,连续观察1h,取7个数据中的最大值与最小值之差作为示值漂移。6.5 绝缘电阻电缆两头插针对外壳及各插针之间用10 0 0V兆欧表分别测量其绝缘电阻,并记录,取其中最小值作为其绝缘电阻。7 校准结果的表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告至少应包括以下信息:a)标题:“校准证书”或“校准报告”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;5J J F1 5 5 02 0 1 5i)校准装置的溯源性及有效性标识;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;m)校准结果仅对被校对象有效的声明;n)未经实验室书面批准,不准部分复制证书的声明。8 复校时间间隔建议复校时间间隔为1年。送校单位也可根据实际使用情况自主决定。6J J F1 5 5 02 0 1 5附录A钻孔测斜仪示值误差测量不确定度评定示例 钻孔测斜仪采用分度台法进行校准,被校仪器选用最大允许误差为:0.0 2 5%F S的钻孔测斜仪,标准器选用校准不确定度优于U=4(k=2)的分度台。A.1 钻孔测斜仪示值误差测量不确定度评定A.1.1 钻孔测斜仪示值误差测量模型i=a r c s i nXiL-i或i=a r c s i nYiK-i 式中:i 第i校准点的示值误差,();Xi 第i校准点的位移示值,mm;L 导轮间距,这里取5 0 0mm;Yi 第i校准点的电压(或与电压呈线性关系的无量纲数值);i 分度台给定的第i校准点角度值,()。注:1 钻孔测斜仪示值输出位移量X(mm)与角度()的数学关系:s i n=XL;2 钻孔测斜仪示值输出电压呈线性关系的数值Y,其数学关系:s i n=YK(K为标度因数);3 基于上述两种输出其性质相同,都是为一种与s i n呈线性关系的示值,可将其统一设为s i n=Z(其中Z=XL或Z=YK)。A.1.2 示值误差示值误差的测量模型简化为:=a r c s i nZ-式中:钻孔测斜仪的角度示值绝对误差,();Z 示值线性转换角度值;分度台给定角度值,()。A.2 示值误差不确定度评定示值误差测量不确定度的来源为以下两方面:1)钻孔测斜仪示值带来的不确定度uc(Z),包括测量重复性带来的影响、环境温度以及装夹承载主轴与装夹定位面不垂直影响。2)分度台给定角度值带来的不确定度uc()。A.2.1 钻孔测斜仪示值引入的不确定度uc(Z)A.2.1.1 测量重复性引入的不确定度u1(Z)选择3位置在重复性条件下进行1 0次测量,结果如下:+2,+1,-2,+1,7J J F1 5 5 02 0 1 5+2,0,+1,+2,+1,-2。计算其标准偏差s为:s=1 0i=1(Zi-Z-)21 0-1=1.5u1(Z)=s=1.5A.2.1.2 环境温度因素引入的不确定度u2(Z)环境温度因素包括:温度测量误差和测量过程中的环境温度波动两个方面。由钻孔测斜仪针对恶劣环境设计的特性,环境温度变化对加速度传感器输出信号影响不显著,此项可以忽略,即:u2(Z)=0A.2.1.3 装夹承载主轴与装夹定位面不垂直引入的不确定度u3(Z)这一影响分量主要考虑的是分度台V型槽夹具、钻孔测斜仪圆柱杆的机械加工、装配存在误差。其中钻孔测斜仪测杆表面圆柱度影响属于样品随机送检范畴,已经计入A类不确定度。定位V型槽轮廓度加工都可以控制在制造工艺能力范围内,这里只需考虑装夹角度重复性引入的不确定度分量,由实验数据得到:u3(Z)=2.5A.2.1.4 钻孔测斜仪示值测量不确定度uc(Z)由于u1(Z)u3(Z)相互独立,则钻孔测斜仪示值的相对合成标准不确定度为:uc(Z)=u21(Z)+u22(Z)+u23(Z)代入计算得:uc(Z)=3 A.2.2 分度台给定角度值带来的不确定度uc()分度台作为标准器引入的不确定度uc(),可根据溯源证书中提供的不确定度作为标准装置示值引入的不确定度分量。根据分度台的分度标准值要求,采用优于U=4(k=2)的分度台,这里以4 为例计算,则:uc()=Uk=42=2A.2.3 示值误差测量不确定度分析测量模型uc()=c2(Z)uc2(Z)+c2()uc2()式中:c(Z)=Z=11-Z2;c()=-1;uc(Z)钻孔测斜仪示值带来的不确定度分量;uc()分度台给定角度值带来的不确定度分量。8J J F1 5 5 02 0 1 5 代入整理得:uc()=11-Z22uc2(Z)+12uc2()=11-Z2uc2Z()+uc2()A.3 合成标准不确定度设各分量相互独立,根据A.2.3给出的合成标准不确定度计算式得:uc()=11-Z2uc2Z()+uc2()按单侧量程范围0 3 0,可见Z为一组从s i n0 s i n3 0 的变量,代入上式,可以得到一组uc()。当处于0 位置时,Z=0,则:uc()=11-Z2uc2Z()+uc2()=uc2(Z)+uc2()=3.6当处于3 0 位置时,Z=0.5,则:uc()=11-Z2uc2(Z)+uc2()=4.0 则引用误差:ur()=uc()3 0 1 0 0%=0.0 0 4%A.4 扩展不确定度计算钻孔测斜仪示值误差扩展不确定度,包含概率约9 5%,取包含因子k=2,则误差扩展不确定度为U=kur()=0.0 0 8%,k=2。9J J F1 5 5 02 0 1 5附录B示值误差校准安装方式 示值误差校准安装方式如图B.1所示。图B.1 示值误差校准示意图1转角驱动机构;5钻孔测斜仪;2同轴拨盘;6扩展平台;3角度编码器;7样品夹具;4承载转轴座;8平台。01J J F1 5 5 02 0 1 5附录C校准证书内页格式校准环境:温度:相对湿度:%校准地点:其他:1.外观及各部分相互作用 良好缺陷描述:2.灵敏度测量序号i123456测角/()0 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 输出/(V或无量纲)灵敏度/Si灵敏度均值S-:3.示值引用误差序号分度台给定标准角度值i受校测斜仪示值Xi或Yi对应角度示值ii=a r c s i nXi5 0 0i=a r c s i nYiK角度示值绝对误差i=i-i示值引用误差iF S1 0 0%1-3 0.0 2-2 0.0 3-1 5.0 4-1 0.0 5-5.0 6-2.0 7-1.0 8-0.5 9-0.4 1 0-0.3 1 1-0.2 1 2-0.1 1 30.011J J F1 5 5 02 0 1 5序号分度台给定标准角度值i受校测斜仪示值Xi或Yi对应角度示值ii=a r c s i nXi5 0 0i=a r c s i nYiK角度示值绝对误差i=i-i示值引用误差iF S1 0 0%1 4+0.11 5+0.21 6+0.31 7+0.41 8+0.51 9+1.02 0+2.02 1+5.02 2+1 0.02 3+1 5.02 4+2 0.02 5+3 0.0示值引用误差:4.示值漂移测点第1次第2次第3次第4次第5次第6次第7次3 示值漂移:5.绝缘电阻测点1234567示值/M校准员:核验员:21J J F1 5 5 02 0 1 5