紹興鐵路試驗儀器檢測

專用設(shè)備是為產(chǎn)品特殊性能而專門設(shè)計制造的設(shè)備，在大型、、汽車制造等業(yè)內(nèi)被普遍用于產(chǎn)品研究開發(fā)和性能測試，其技術(shù)參數(shù)的準確可靠顯著影響產(chǎn)品。專用設(shè)備測量參數(shù)多，涵蓋計量專業(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)程或校準規(guī)范作指導(dǎo)，實際工作中多依靠計量科研人員在研究特定校準的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的企業(yè)自編規(guī)范作為按照。專用設(shè)備對時間參數(shù)的測量主要包括3種:一是利用計時儀表測量；二是調(diào)用電腦時鐘測量；三是通過可編程計時模塊測量。本文對接科研生產(chǎn)實際需求，結(jié)合計量實踐研究，對第三種測量的時間參數(shù)提出校準。

一、專用設(shè)備時間參數(shù)測量原理

某型專用設(shè)備用于油泵的性能測試，綜合產(chǎn)品試驗中的壓力、溫度、流量、電功率及時間參數(shù)的動態(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，再按預(yù)設(shè)系數(shù)計算后呈現(xiàn)在測量數(shù)據(jù)顯示界面上；電參數(shù)測量儀利用內(nèi)置數(shù)字通信功可以將測得的電功率直接送工控機接收顯示；時間參數(shù)的測量由測量搭配相應(yīng)的可編程控制器(PLC)定時模塊完成。整體原理框圖如圖1所示。

圖1某型油泵原理框圖

被測的時間參數(shù)名叫作建壓時間，定義描述為:從油泵上電開始到油泵壓力達到預(yù)設(shè)值P1所用的時間。試驗臺通電，產(chǎn)品按規(guī)定安裝完成，打開界面，按下操作面板上的“產(chǎn)品上電”鍵，油泵開始工作，同時發(fā)送指令，定時模塊開始計時；顯示油泵壓力值上升，升至預(yù)設(shè)值P1時，油泵斷電停止工作，同時發(fā)送指令，定時模塊停止計時并將測量的時間值返回呈現(xiàn)在界面“建壓時間”數(shù)據(jù)框內(nèi)，即為建壓時間示值t1。

二、校準

1.校準設(shè)備選擇

通過原理分析，雖然時間測量功能主要由定時模塊實現(xiàn)，但對它進行單獨校準無法保證整個測量的技術(shù)性能，所以需進行校準，即用技術(shù)要求的校準設(shè)備對建壓時間進行同步測量，與試驗臺測量結(jié)果直接對比來實現(xiàn)校準。按試驗臺技術(shù)協(xié)議，建壓時間t測量范圍為0～5s可以誤差為±0.05s，鑒于校準不確定度比4∶1的要求，校準設(shè)備測量不確定度需≤0.012s。綜合評價后，選用數(shù)字式電秒表作為校準設(shè)備，其分辨達到0.0001s可以誤差為±(5×10-5Rd+1個字)，且有多種測量可選。

2.校準原理

建壓時間是一段時期，按下通電鍵開始，壓力升至P1完成；數(shù)字電秒表有多種測量，其中選擇“測量一個正電壓時間”的改造難。此種下，“III”-“⊥”端接通正電壓開始計時，切斷正電壓停止計時；只要實現(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與電秒表切斷正電壓同步，就可實現(xiàn)建壓時間試驗測量和校準測量的同步而完成校準。正電壓可以利用試驗臺現(xiàn)場的激勵電源提供，正電壓的接通、切斷可以利用PLC通斷模塊實現(xiàn)；通斷模塊的通/斷控制指令是由人員設(shè)置與定時模塊的控制指令同步發(fā)出。

3.校準

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+時基)，時基選擇0.001s，置“連續(xù)”；以及相應(yīng)的1214C型PLC通斷模塊，測量分辨力為0.001s，通斷模塊初始狀態(tài)設(shè)為切斷，串入激勵電源正電壓通路，校準示意圖如圖2所示。

圖2建壓時間校準示意圖

按圖2聯(lián)接線路，安裝產(chǎn)品，確認無誤后將試驗臺通電，激勵電源輸出24V電壓。由試驗人員按規(guī)范進行產(chǎn)品試驗，按下“產(chǎn)品上電”鍵，測量向定時模塊發(fā)送指令開始計時，同時向通斷模塊發(fā)送接通指令，數(shù)字電秒表接收正電壓開始計時；產(chǎn)品壓力升至P1，測量向計時模塊發(fā)送指令停止計時并返回測量界面建壓時間示值t1，同時向通斷模塊發(fā)送切斷指令，數(shù)字電秒表接收不到正電壓停止計時，此時數(shù)字電秒表顯示值即為建壓時間實際值t2。按式(1)計算出建壓時間單次示值誤差。

Δt=t1-t2(1)

反復(fù)測量3次，取平均值即為建壓時間示值誤差。

4.校準試驗

表1建壓時間校準試驗數(shù)據(jù)

按
二、3實施校準，校準數(shù)據(jù)如表1所示。建壓時間示值0.05s，校準結(jié)果符合設(shè)備技術(shù)要求。校準結(jié)果的測量不確定度來源及分量計算如表2所示。

表2建壓時間校準結(jié)果測量不確定度分析

計算得出擴展不確定度(k=2)大概在0.005s0.012s，校準要求。

三、校準中的問題及建議

1.這種校準的實施需要與專用設(shè)備測量人員和試驗人員配合完成，對計量人員深入了解專用設(shè)備的設(shè)計、、使用狀態(tài)，拓展校準思路很有幫助。

2.周期校準時可與試驗人員提前溝通，與產(chǎn)品試驗一起進行，避免因計量工作造成設(shè)備停工而影響科研生產(chǎn)。

3.完成校準后，需將聯(lián)接數(shù)字電秒表的聯(lián)接線標識再做好絕緣處理，在試驗臺現(xiàn)場妥善安裝，以方便后續(xù)校準。

4.計量人員在類似專用時間參數(shù)的校準中肯定會遇到不同的問題，需要具體問題具體分析，在實踐中探索并試驗驗證把校準固化到企業(yè)自編的專用設(shè)備校準規(guī)范中，以指導(dǎo)后續(xù)校準工作的開展。

5.本校準為使用PLC計時模塊測量時間的專用設(shè)備校準提供了一種思路，亦可以嘗試應(yīng)用其他時間測量儀器或手段進行校準研究。

四、總結(jié)

1.本文介紹了一類專用設(shè)備時間參數(shù)的測量原理，通過實踐研究，提出了一種現(xiàn)場校準同時進行了試驗驗證，對試驗結(jié)果進行了測量不確定度分析，證明了校準的可行性。

2.對校準中或已知的問題進行了說明，就校準前后需要關(guān)注的事項進行了提醒。

3.本校準在真實的產(chǎn)品試驗情況下驗證了專用設(shè)備時間測量的技術(shù)性能，客戶對校準和結(jié)果比較認可，也契合了計量領(lǐng)域現(xiàn)場、在線、原位校準的發(fā)展趨勢。

4.計量人員深入科研生產(chǎn)一線，了解實際需求，解決種種量值問題，是證明計量價值辦法，也是持續(xù)學(xué)和的源源動力。HUIICexA