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分析精密二甲苯液位計與自動數據采集系統率定法
摘要：測量和監測設備經過一段時間的使用后，需要對設備進行重新率定，經率定合格后，方可重復使用。筆者所在單位大量使用 自動靜力水準儀，以前都通過廠家進行率定，周期長，效率低，無法滿足工程實際需要，因此單位探索和建立了一套自有的率定系統，滿足了自我設備率定的基本要求。需要注意的是，這樣的實驗室需要申請計量合格證，才能標準化和商用化，本文僅僅是從技術角度探討這種方法的可行性。
在沉降自動化監測中，靜力水準系統憑借優良的性能，測量范圍廣而深受用戶好評，因此，在*早用于大壩監測后，很快在巖土監測領域獨 領風騷。作者在多年的工作中，在振弦式靜力水準系統應用上，積累了大量的經驗，也對設備的原理和適用環境有了深刻的認識。面對大量的二 次使用設備，必須經過率定才能重復安裝和使用，作者深入儀器生產廠商，學習和借鑒率定技術，摸索和提出了一套自己的率定方法，不足之處，歡迎各位同行批評和指正。文中以美國基康 GK4675 型靜力水準儀作為實例。
1 設備原理
靜力水準儀依據連通管的原理，采用振弦式傳感器，測量每個測點 容器內液面的相對變化，再通過計算公式求得相對于基準點的沉降量，如圖 1 所示。
系統中任一特定容器（儲液筒）液位變化按下列公式計算：
△ELn=（R1n－R0n）Gn－（R0Ref－R1Ref）GRef
其中：
△ELn---n 號容器的液位變化，即該點相對于基準點的沉降量；
R1n---n 號容器當前讀數；
R0n---n 號容器初始讀數；
Gn---n 號容器傳感器系數；
R0Ref---參照容器的初始讀數；
R1Ref---參照容器的當前讀數；
GRef---參照容器傳感器系數；
注：△ELx 為負值時表示沉降（△ELx 為正值時表示升高）。
2 設備特點和性能
GeoKon 4675 型靜力水準儀是一種高精密液位系統，該系統設計是 用于測量多點相對沉降的系統。在使用中，一系列的傳感器容器均采用PVC 液管聯接，每一容器的液位由一精密振弦式力傳感器測出，該傳感 器內有一個自由懸重，一旦液位發生變化，懸重的懸應浮力即被傳感器感，精確測出小至 0.025mm 的垂直變化。在多點系統中，所有傳感器的垂 直位移均是相對于其中的一點，該點的垂直位移是相對恒定的或者可用其它人工觀測手段準來確定。
3 產品規格
產品規格詳細情況如圖 2 所示。
4 率定方法
4.1 簡易率定法
因為振弦式傳感器，*重要的核心就是弦，從基本原理入手，采用加 載砝碼的方法進行率定，每個砝碼固定重量為 300g，*多添加砝碼個數 為 6 個，總量可達 1800g。砝碼較多時，需要很長時間穩定。為了提高系統 穩定性，減少系統穩定時間，因此對簡易校驗裝置進行改進，如圖 4、圖 5所示。
采用一根鋼制桿下端連接一個砝碼，砝碼重量必須為 300g，每個砝 碼采用懸掛式方式加入，每增加一個砝碼，讀數一次。簡易率定法速度很 慢，效率*低，無法適用于大批量設備的率定。
4.2 二甲苯液位計率定法
此種裝置，精度高，速度快，但是需要通過人工來調節精密齒輪，來抬升或者降低測點的高度，此外讀數也是通過讀數儀來完成，而且每次 只能率定一個儀器，也不適用于大批量設備的率定。
4.3 精密二甲苯液位計與自動數據采集系統率定法
為了在建設費用和和校驗效率兩個方面取得平衡，根據需要校驗的 儀器數量綜合分析，建議一次率定 5 個設備。同時進行溫度校驗。 采用連通管原理，設置 5 個監測點，1 個基準點，基準點放置高精度二甲苯液位計，6 個底座放置在同一個穩定的平臺上，平臺采用大理石面板，寬 度為 0.6m，長度為 6m，高度為 1m，基礎采用磚石砌成，每個監測點均有 一個完全相同的透明式玻璃鋼浮筒，每個浮筒帶有一個三通接口，每個 容器之間采用 PVC 管進行連通，布局示意圖如圖 7 所示。
在本率定系統中，采用磁致伸縮式高精度二甲苯液位計，精度為±0.01mm。采用高低溫交變濕熱試驗箱進行溫度傳感器率定。數據采集系統為美國坎貝爾 CR1000 自動數據采集系統，通過控制電腦，將設定好的頻率裝載入采集系統，自動加水和放水以及數據采集，同時數據自動保存和計算。
5 率定系數計算方法
計算方法如表 2 所示。
其中：
均值=average（測值 1+測值 2+測值 3）
理論直線=Trend（所有均值，所有負載值）
6 實際應用
經過一年左右的運行和試驗，從春天到冬天，對本套裝置進行了大量和反復的測試，率定裝置運行穩定，高效，同時采用簡易裝置和人工讀 數的方法進行驗證，率定結果都正確無誤，采用高精度二甲苯液位計，也提升了率定精度，對于批量設備率定，是一種經濟和有效的率定方法。
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