浅谈桥梁工程检测仪器的计量特性

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摘要：桥梁工程中对所使用计量仪器的准确性要求较高，这就要求我们必须对其量值溯源，为此本文主要针对检测仪器的计量特性，细致的研究了检测仪器的计量检定需求，规范了检测仪器的管理方式，为以后更好的使用、管理仪器设备提供帮助。

关键字：桥梁工程; 计量特性;试验检测

中图分类号： TU997文献标识码：A文章编号：

近几年我国综合实力不断提高，各行各业也都有了长足的发展，相应的对交通运输业也就提出了更高的要求。桥梁是交通运输过程中一个十分重要的基础设施，提高桥梁的质量对整个交通运输业都十分重要，而桥梁检测能很好的保证桥梁在施工和养护过程中的质量，所以桥梁检测工作在桥梁质量控制、质量评定过程中越来越受重视。检测仪器的准确性、可靠性、稳定性、适用性是检测是否成功的关键，如何提高检测仪器的计量特性已成为各大计量测试研究院迫切需要解决的问题。

桥梁工程是一个历史悠久的传统行业，它所涉及的专业十分繁多，所以在桥梁建设过程中所使用的计量仪器具有多样性、专业性、繁杂性等特点。但随着我国科学技术的不断发展，原有的通用计量技术体系已不能满足现代桥梁工程计量的发展要求，这就要求我们要不断地提高计量仪器的质量，这些仪器不仅包含其他行业所共同使用的计量仪器，而且还有桥梁工程所专有的一些仪器设备，因此我们首先要对桥梁工程中所用检测仪器的计量特性进行分析、研究。本文是在作者进行大量调研和多年经验累积的基础上，针对实际情况，提出了一些对桥梁工程检测仪器改进有所帮助的建议和认识。

1 基础研究工作

在对桥梁工程检测仪器的计量特性进行研究之前，首先要了解所研究设备的使用特点和计量状态，以为这两者是研究检测仪器计量特性的基础。

1.1 主要研究内容

根据现阶段计量仪器管理的问题，现将检测仪器的特性大致分为下列几个方面：①计量参数 ②不确定度 ③专业 ④参数 ⑤产品标准 ⑥检测规程 ⑦技术参数。

对以上总结的仪器特性的设置，应该依据国家有关规定的检测规程和规范，充分考虑计量仪器的使用范围、计量参数和国家及有关部门规定的与计量特性有关的规程、程序等。基于以上内容的研究，全面、充分的了解计量仪器的特性以及仪器目前的使用状况，为以后桥梁工程检测仪器计量特性的深入研究提供依据。

1.2 计量仪器使用现状

通过查阅国内外大量关于桥梁工程计量仪器的文献，并经过整理、分析发现行业对计量仪器的使用和计量方面仍然存在很大问题，具体如下：

1）目前行业中所使用的很多计量仪器都没有专门的检测标准或规程；

2）桥梁计量仪器的校准依据很混乱，不统一；

3）行业中没有规定每间隔多长时间应对仪器进行一次检测；

4）很多单位不能正确的认识、理解一些专业名词，例如不确定度、标准物质、计量参数等；

5）检测人员对于自己的工作不够重视、认识不清，认为桥梁工程不是一项精密项目，无需投入大量精力，对此要求不高；

6）对计量仪器的检定及校准类型没有统一的规定，每个单位所使用的都有所不同。

1.3计量仪器的分类

通过查阅大量文献和基础调研，笔者发现桥梁工程计量仪器的种类大致可以分为3种类型：

有国家有关部门或行业校准、检定规范，可以直接使用的计量仪器；

有其他行业的校准、检定规范，如果有需要，必须补充桥梁工程所需要的规定；

没有相关校准、检定程序的计量仪器。

需求的不准确性和标准的缺失都会计量仪器的计量检定工作，也会带来使用者对结果的质疑，没有足够的说服力。

1.4 总结与分析

众所周知不确定度、标准物质和计量参数是桥梁工程计量仪器量值溯源传递过程中十分重要的环节，仪器的使用人员应该对其进行充分了解，并且能够熟练使用，只有这样才能提高检定和校准的准确度，而且这有助于使用人员了解检定后仪器的状况。

校准和检定是计量仪器量值溯源的两个主要方法。校准是按照校准规范或方法对计量仪器进行一系列操作，确定测量值与标准中规定值之间的关系。检定是根据国家相关部门的有关规定，按照检定程序的要求，通过具体的检定操作，检测并确定计量仪器的特性是否符合规定，达到计量要求。桥梁工程特有计量仪器溯源方法的确定，应该在充分了解、分析仪器计量特性的基础上进行，据此制定适合的溯源方法。

通过以上分析我们可以看出，在研究桥梁工程计量仪器的过程中要注意三点，首先要了解所使用计量仪器量值溯源的特点；其次，在了解特点的基础上确定计量仪器的有关计量参数；最后，确定计量仪器量值溯源的方法，从而准确的测量、应用。

2、仪器设备计量特性

只有制定了桥梁工程专用仪器设备的相关检定规程与规范，才能使仪器设备更加有针对性的适用于实际桥梁工程中，才能使仪器设备在使用过程中便于操作，得出的测量结果更加准确。然而国内存在大量的桥梁工程专用仪器设备没有相应的检定规程与规范，导致部分仪器设备在实际工程中使用有很大的限制，因此需要对仪器设备的自身特性和使用过程中的影响因素进行大量的研究，从而制定与之相对应的检定规程与规范。根据制定的检定规程与规范与仪器设备的自身特性，对仪器设备的计量参数及量值溯源方式进行研究工作也是当务之急。

2.1量值溯源的特点

量值溯源是将测量结果或标准的值通过比较链与参考标准的值联系起来的特性，而且这条比较链需要规定其不确定度，同时具有不间断的性质。桥梁工程仪器设备的量值溯源特性可以使同种量值通过同一条比较链，根据其不确定度进行校准，从而使向量值向测量的源头追溯，最终追溯到同一个具有最高准确度的计量基准，因此能保证测量结果的正确性和统一性，进一步使桥梁工程仪器设备得测量技术得到保证。否则，量值会有多个源头，不能保证测量结果的统一性，会造成管理上的不便和技术层面的混乱。例如在桥梁工程中使用的仪器设备需要通过生产商应用校准实验室的参考标准校准的装置来标定，校准实验室的参考标准需要溯源到具有最高准确度的计量基准。

在实际桥梁工程中，由于一些桥梁工程专用仪器设备不能完全满足行业要求或没有相应的校准规范和规程，通常不能完全按照社会通用计量体系进行检定和校准，需要对这类桥梁工程仪器设备的工作原理和测量范围进行考察，参考相关的标准以确定有效的量值传递模式。

2.2仪器设备的特点

在桥梁工程选择仪器设备的过程中，除需要考虑仪器设备量值溯源的特点外，还必须考虑仪器设备的自身的特性及对仪器设备的影响因素。通过对仪器设备的特性及影响因素的考察分析，如下是仪器设备几个需要重点考虑的特性：

不可拆卸的集成系统设备;

松弛试验机在规定温度下使试样保持恒定总变形，进行应力松弛试验的材料试验机，为不可拆卸的集成系统设备。如果不把传感器的用途考虑在内，会造成传感器不能适用于整个松弛试验机系统，因此必须按照《拉力、压力和万能试验机》( JJG139 － 1999)最高准确度检定规程，采用离机的方式对温度和力的传感器进行计量检定，才能满足松弛试验机系统的使用要求。同时考虑到松弛试验机通常以小时为单位，且仪器的机架刚度会对测量结果有一定的影响，所以松弛试验机需要标定时间和仪器的刚度。根据分析可知，松弛试验机的计量参数的确定需要考虑自身的特点及在工程使用中的影响因素。而松弛试验机作为不可拆卸的集成系统设备的实例可以看出，这类桥梁工程仪器设备应先考虑自身的特性及使用过程中的实际特点，确定仪器设备有效的计量参数，在根据仪器自身的特性及在工程实际中的影响因素，从而建立适用的标准器具，最终根据相应的校准规范和规程确定有效的量值溯源的方式。

（2）通过具有相应函数复合关系多基础量得到导出量的系统;

桥梁工程仪器设备中有一部分设备的输出结果和测量结果并不是统一的，需要经过一定的量值转换才能达到统一，转换过程中会应用公式，且有一些影响因素，会造成一定的误差，因此这类桥梁工程仪器设备在确定计量参数时，需要考虑公式自身的缺陷和转换过程中的干扰因素，最终才能确定其量值溯源的方式。下面以压力机为例，在实际桥梁工程中，压力机的主要作用就是提供正压力压实试件，然而输出的测量结果是压强的概念，同时由于设备在实际工程中会加入一个水平分力，会在一定程度上影响输出结果的准确性，因此在确定压力机的计量参数和量值溯源的方式时，需要考虑转换中用到的公式及在应用过程中的干扰因素，这样才能确保压力机输出结果和测量结果的统一性。

（3）虽可进行拆卸，但是必须掌握集成后设备的整体性能。

松弛试验机目前采用的是离机的方式，单独标定力传感器和温度传感器。这种标定方式没有考虑温度传感器或力传感器的用途，带来了集成后设备的整体性能确认的问题。另外松弛试验机一般以一个小时为时间段，时间参数宜考虑计量问题，同时机架的刚度对于结果的影响也是一个重要问题。综合各个计量参数考虑整体性能，是解决松弛试验机的计量问题的一种有效手段。

2.3仪器设备计量参数

对现有的桥梁工程仪器设备进行分类归纳，对其计量参数的确定原则进行如下规定：

（1）有相应的校准规范和规程的，且能同时满足行业检定要求的，依据校准规范和规程确定计量参数即可，因此这类桥梁工程仪器设备的量值溯源传递方式可以不变化，依据通用计量体系进行检定、校准即可。

（2）有相应的校准规范和规程的，但是不能同时满足行业检定要求的，需要进一步考虑行业要求，从而增加行业计量检定的要求，以便能更好的满足校准规范、规程和行业检定要求。因此这类桥梁工程仪器设备的量值溯源传递方式需要进行改变，采用检定/校准模式。

（3）没有相应的校准规范和规程的，需要对行业市场进行大量的调研，对调研的结果分析归纳并对评估行业的检定要求分析确定，因此这类桥梁工程仪器设备的量值溯源传递方式需要进行改变，不能完全依据通用计量体系进行检定、校准，而是采用检定/校准模式。例如工程雷达: 雷达可对混凝土结构无损检测；建筑结构探伤；桥梁、隧道检测；衬砌厚度及内部缺陷检测；路基病害检测；路面及机场跑道厚度检测及分层分析；路面下管线等埋设物探测；刑事侦查及考古、地质勘查等。因此综合考虑在桥梁工程中的应用情况，可以确定工程雷达的计量参数为探测距离及范围尺寸和误差。

结束语

试验检测是保证桥梁工程质量的基础，而检测仪器的可靠性、准确性又是桥梁质量管理的重要环节，所以我们要根据检测仪器在桥梁工程中具体的使用特点和计量特性，制定出合适的计量参数，并提出符合检测仪器量值溯源要求的检定规范。但是近几年桥梁工程行业飞速发展，出现了大量新型、复杂设备，仪器的量值溯源方法很难确定，因此对桥梁工程检测仪器计量特性的研究还有很长的路要走。

参考文献

［1］ 宣安东.实用测量不确定度评定及案例．中国计量出版社，2007．

［2］ JJF 1001－1998，通用计量术语及定义．