一种新型收敛计检定装置研制

王星星 周小全 吕斌

摘  要：该文介绍了一种收敛计检定方法和检定装置。详细描述了收敛计检定装置系统组成、工作原理以及其技术难点。检定装置实验结果显示：测量精度3 μm，测量分辨率为1 μm，24 h内检定装置数显表示值稳定度不大于1μm。结果表明该装置能够实现收敛计整体性能标定，具有一定应用价值和的现实意义。

关键词：收敛计;检定装置;标定;光栅尺;手动平移台

中国分类号：TM344.1          文献标志码：A

0 引言

收敛计广泛用于量测隧道、巷道、峒室及其他工程围岩周边任意方向两点间的距离微小变化的测量。达到评定工程稳定性，研究工程围岩及支护的变形发展规律，确定合理支护参数目的，收敛量测已公认是地下工程量测项目中必须项目之一。因此，寻找一种能全面反映收敛计测量精度和稳定性等方面性能的检定方法具有重要意义。目前，收敛计普遍使用的检定方法是对其主要的部件的性能分别标定后再进行叠加，这种方法的弊端在于收敛计在装配过程中会引入部件的装配误差。在现行技术规范中[1]，仅对净空收敛量的量测频率、量测断面的间距等作出规定，未对收敛值的量测精度要求未做具体说明[2]。因此，从事收敛计测量精度检测方面的研究不仅对收敛计制作技术和工艺地改进有一定的指导意义，而且对完善行业规范具有重要意义。

1 检定装置系统组成及其原理

1.1 收敛计检定系统组成

收敛计检定装置总体结构图如图1所示。

待测收敛计结构示意图如图2所示，主要由挂钩、尺带盘、调节螺母、指示表、张力窗口、尺孔销和尺带等部件组成。

1.2 系统检定原理

收敛计检定系统是将直线光栅尺和高精度手动平移台作为核心部件检定收敛计的测量精度和稳定性等特性。检定系统如图2所示：将高精度手动平移台和左挂钩座固定于基座上，右挂钩固定于高精度手动平移台上;将收敛计的挂钩分别与左、右挂钩座相连，调整待测收敛计调节螺母，改变待测收敛计机体长度产生对钢尺的恒定张力;将指示表和光栅尺数显表数值清零;调整高精度手动平移台手柄，丝杆带动可移动滑环移动，从而拉伸待测收敛计的机体，同时光栅尺数显表实时显示可移动滑块的相对位移，运用得到的测量数据，标定待测收敛计的测量精度、稳定性等特性。

2 收敛计量测误差产生机理

目前生产的收敛计一般都是数显式的，收敛计的误差主要由系统误差和随机误差2个部分组成。系统误差可以通过反复的试验分析、计算，是可以消除的;随机误差不可能预先进行全面计算和描述，只能对制好后的收敛计进行反复的测量，对得到的测量数据统计分析。系统误差包括弹性变形误差、尺带在自重条件下的挠度及测量误差，收敛计本体自重条件下误差和恒定张力对收敛计测量精度的影响3，随机误差包括风速、风力、气温的影响4。

3 实验结果及分析

在对收敛计进行检定操作前，待测收敛计操作步骤如下。1）先确定所要检定收敛计尺带的长度，拉出钢带尺，将定位孔固定在钢尺定位销内，并将螺旋测微器调节到最大读数位置（25 mm处），一只手托住收敛计，另一只旋进测微器，使尺带逐渐处于拉紧状态，直到拉至到张力窗口最右端的刻度线。2）将收敛计指示表数值和光栅尺数显表数值清零。3）调节高精度位移台手柄，带动可移动平移台传动，从而产生对待测收敛计的牵引力。令T1时刻收敛计观测值为S1，光栅尺数显表观测值为J1;Tn时刻收敛计观测值为Sn，光栅尺数显表观测值为Jn。则第n-（n-1）时段，收敛计的收敛量，光栅尺数显表的变化量。

从表1可以得知道，待测收敛计被非连续拉伸3次，3次收斂计指示表与光栅尺数显表的差值分别为：0.045 mm，0.049 mm，0.055 mm。取以上误差的最大值，该型号待测收敛计的测量精度优于0.06 mm。

参考文献

[1]铁道部专业设计院.铁道隧道喷锚构筑法技术法则，TBJ 108—92[S].北京：铁道部建设司标准科学情报所，1992：38-42.

[2]马莉.隧道净空收敛量测精度分析[J].中国有色金属学报，1997，7（1）：28-32.

[3]颜景淦，张连城，龚固培，等.收敛计张力控制误差与测量精度分析[J].岩土工程技术，2000（4）：25-26.

[4]王英学， 陈礼伟. 收敛计的自由变形对量测数据的影响[J]. 铁道建筑技术，1999（4）：21-24.