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專用設(shè)備是為產(chǎn)品特殊性能而專門設(shè)計(jì)制造的設(shè)備，在大型、、汽車制造等行業(yè)內(nèi)被廣泛用于產(chǎn)品研發(fā)和性能測(cè)試，其技術(shù)指標(biāo)的準(zhǔn)確可靠顯著影響產(chǎn)品。專用設(shè)備測(cè)量參數(shù)多，涉及計(jì)量專業(yè)多，加上設(shè)備本身的特殊性，很少有適合的正式檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范作指導(dǎo)，實(shí)際工作中多依靠計(jì)量科研人員在研究特定校準(zhǔn)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的企業(yè)自編規(guī)范作為根據(jù)。專用設(shè)備對(duì)時(shí)間參數(shù)的測(cè)量主要有3種:一是利用計(jì)時(shí)儀表測(cè)量；二是調(diào)用電腦時(shí)鐘測(cè)量；三是通過可編程計(jì)時(shí)模塊測(cè)量。本文對(duì)接科研生產(chǎn)實(shí)際需求，組合計(jì)量實(shí)踐研究，對(duì)第三種測(cè)量的時(shí)間參數(shù)提出校準(zhǔn)。

一、專用設(shè)備時(shí)間參數(shù)測(cè)量原理

某型專用設(shè)備用于油泵的性能測(cè)試，綜合產(chǎn)品試驗(yàn)中的壓力、溫度、流量、電功率及時(shí)間參數(shù)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。其中，溫度、壓力、流量參數(shù)通過傳感器或變送器將產(chǎn)品工況轉(zhuǎn)換成模擬，經(jīng)調(diào)理和采集送至工控機(jī)，再按預(yù)設(shè)系數(shù)計(jì)算后呈當(dāng)前測(cè)量數(shù)據(jù)顯示界面上；電參數(shù)測(cè)量?jī)x利用自帶數(shù)字通信功可以將測(cè)得的電功率直接送工控機(jī)接收顯示；時(shí)間參數(shù)的測(cè)量由測(cè)量搭配相應(yīng)的可編程控制裝置(PLC)定時(shí)模塊完成。整體原理框圖如圖1所示。

圖1某型油泵原理框圖

被測(cè)的時(shí)間參數(shù)名叫作建壓時(shí)間，定義描述為:從油泵上電開始到油泵壓力達(dá)到預(yù)設(shè)值P1所用的時(shí)間。試驗(yàn)臺(tái)通電，產(chǎn)品按要求安裝完畢，打開界面，按下操作面板上的“產(chǎn)品上電”鍵，油泵開始工作，同時(shí)發(fā)送指令，定時(shí)模塊開始計(jì)時(shí)；顯示油泵壓力值上升，升至預(yù)設(shè)值P1時(shí)，油泵斷電中止工作，同時(shí)發(fā)送指令，定時(shí)模塊中止計(jì)時(shí)并將測(cè)量的時(shí)間值返回呈當(dāng)前界面“建壓時(shí)間”數(shù)據(jù)框內(nèi)，即為建壓時(shí)間示值t1。

二、校準(zhǔn)

1.校準(zhǔn)設(shè)備選擇

通過原理分析，雖然時(shí)間測(cè)量功能主要由定時(shí)模塊實(shí)現(xiàn)，但對(duì)它進(jìn)行單獨(dú)校準(zhǔn)無(wú)法保證整個(gè)測(cè)量的技術(shù)性能，所以需進(jìn)行校準(zhǔn)，即用技術(shù)要求的校準(zhǔn)設(shè)備對(duì)建壓時(shí)間進(jìn)行同步測(cè)量，與試驗(yàn)臺(tái)測(cè)量結(jié)果直接對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)。按試驗(yàn)臺(tái)技術(shù)協(xié)議，建壓時(shí)間t測(cè)量范圍為0～5s可以誤差為±0.05s，鑒于校準(zhǔn)不確定度比4∶1的要求，校準(zhǔn)設(shè)備測(cè)量不確定度需≤0.012s。綜合評(píng)價(jià)后，選用數(shù)字式電秒表作為校準(zhǔn)設(shè)備，其分辨達(dá)到0.0001s可以誤差為±(5×10-5Rd+1個(gè)字)，且有多種測(cè)量可選。

2.校準(zhǔn)原理

建壓時(shí)間是一段時(shí)期，按下通電鍵開始，壓力升至P1完成；數(shù)字電秒表有多種測(cè)量，其中選擇“測(cè)量一個(gè)正電壓時(shí)間”的改造難。此種下，“III”-“⊥”端接通正電壓開始計(jì)時(shí)，斷開正電壓中止計(jì)時(shí)；只要實(shí)現(xiàn)按下“產(chǎn)品上電”鍵與電秒表接通正電壓同步，壓力值升至P1與電秒表斷開正電壓同步，就可實(shí)現(xiàn)建壓時(shí)間試驗(yàn)測(cè)量和校準(zhǔn)測(cè)量的同步而完成校準(zhǔn)。正電壓可以利用試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)的激勵(lì)電源提供，正電壓的接通、斷開可以利用PLC通斷模塊實(shí)現(xiàn)；通斷模塊的通/斷控制指令是由人員設(shè)置與定時(shí)模塊的控制指令同步發(fā)出。

3.校準(zhǔn)

選用成都鐘表廠生產(chǎn)的415型數(shù)字電秒表可以誤差為±(5×10-5Rd+時(shí)基)，時(shí)基選擇0.001s，置“連續(xù)”；及其相應(yīng)的1214C型PLC通斷模塊，測(cè)量分辨力為0.001s，通斷模塊初始狀態(tài)設(shè)為斷開，串入激勵(lì)電源正電壓通路，校準(zhǔn)示意圖如圖2所示。

圖2建壓時(shí)間校準(zhǔn)示意圖

按圖2聯(lián)接線路，安裝產(chǎn)品，確認(rèn)無(wú)誤后將試驗(yàn)臺(tái)通電，激勵(lì)電源輸出24V電壓。由試驗(yàn)人員按規(guī)范進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)，按下“產(chǎn)品上電”鍵，測(cè)量向定時(shí)模塊發(fā)送指令開始計(jì)時(shí)，同時(shí)向通斷模塊發(fā)送接通指令，數(shù)字電秒表接收正電壓開始計(jì)時(shí)；產(chǎn)品壓力升至P1，測(cè)量向計(jì)時(shí)模塊發(fā)送指令中止計(jì)時(shí)并返回測(cè)量界面建壓時(shí)間示值t1，同時(shí)向通斷模塊發(fā)送斷開指令，數(shù)字電秒表接收不到正電壓中止計(jì)時(shí)，此時(shí)數(shù)字電秒表顯示值即為建壓時(shí)間實(shí)際值t2。按式(1)計(jì)算出建壓時(shí)間單次示值誤差。

Δt=t1-t2(1)

重復(fù)測(cè)量3次，取平均值即為建壓時(shí)間示值誤差。

4.校準(zhǔn)試驗(yàn)

表1建壓時(shí)間校準(zhǔn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)

按
二、3實(shí)施校準(zhǔn)，校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表1所示。建壓時(shí)間示值0.05s，校準(zhǔn)結(jié)果符合設(shè)備技術(shù)要求。校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)量不確定度來(lái)源及分量計(jì)算如表2所示。

表2建壓時(shí)間校準(zhǔn)結(jié)果測(cè)量不確定度分析

計(jì)算得出擴(kuò)展不確定度(k=2)大概在0.005s0.012s，校準(zhǔn)要求。

三、校準(zhǔn)中的問題及建議

1.這種校準(zhǔn)的實(shí)施需要與專用設(shè)備測(cè)量人員和試驗(yàn)人員配合完成，對(duì)計(jì)量人員深入了解專用設(shè)備的設(shè)計(jì)、、使用狀態(tài)，拓展校準(zhǔn)思路很有幫助。

2.周期校準(zhǔn)時(shí)可與試驗(yàn)人員提前溝通，與產(chǎn)品試驗(yàn)一起進(jìn)行，避免因計(jì)量工作造成設(shè)備停工而影響科研生產(chǎn)。

3.完成校準(zhǔn)后，需將聯(lián)接數(shù)字電秒表的聯(lián)接線標(biāo)識(shí)再做好絕緣處理，在試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)妥善安裝，以方便后續(xù)校準(zhǔn)。

4.計(jì)量人員在類似專用時(shí)間參數(shù)的校準(zhǔn)中肯定會(huì)遇到不同樣的問題，需要具體問題具體分析，在實(shí)踐中摸索并試驗(yàn)驗(yàn)證把校準(zhǔn)固化到企業(yè)自編的專用設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范中，以指導(dǎo)后續(xù)校準(zhǔn)工作的開展。

5.本校準(zhǔn)為使用PLC計(jì)時(shí)模塊測(cè)量時(shí)間的專用設(shè)備校準(zhǔn)提供了一種思路，亦可以嘗試應(yīng)用其他時(shí)間測(cè)量?jī)x器或手段進(jìn)行校準(zhǔn)研究。

四、總結(jié)

1.本文介紹了一類專用設(shè)備時(shí)間參數(shù)的測(cè)量原理，通過實(shí)踐研究，提出了一種現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)同時(shí)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了測(cè)量不確定度分析，證明了校準(zhǔn)的可行性。

2.對(duì)校準(zhǔn)中可能已知的問題進(jìn)行了說明，就校準(zhǔn)前后需要關(guān)注的事項(xiàng)進(jìn)行了提醒。

3.本校準(zhǔn)在真實(shí)的產(chǎn)品試驗(yàn)情況下驗(yàn)證了專用設(shè)備時(shí)間測(cè)量的技術(shù)性能，用戶對(duì)校準(zhǔn)和結(jié)果比較認(rèn)可，也契合了計(jì)量領(lǐng)域現(xiàn)場(chǎng)、在線、原位校準(zhǔn)的發(fā)展趨勢(shì)。

4.計(jì)量人員深入科研生產(chǎn)一線，了解實(shí)際需求，解決種種量值問題，是證明計(jì)量?jī)r(jià)值辦法，也是持續(xù)學(xué)和的源源動(dòng)力。HUIICexA