專（zhuān）用測（cè）試設備（bèi）是為（wéi）測試產品特殊性能而專門設計製造的設備，在大型航天、航空、汽車（chē）製造等行業內被廣泛用於產品（pǐn）研發（fā）測試和（hé）性能試驗，其技術指標的準確可（kě）靠直接影響產品質量。專用測試設備測量參數多，涉及計（jì）量專業多，加上（shàng）設備本身（shēn）的獨（dú）特性（xìng），極少（shǎo）有（yǒu）適用的正式檢定規程或校準規範作指（zhǐ）導，實際工作中多依靠計量技術人員在研（yán）究特定（dìng）校準方（fāng）法（fǎ）的基礎上形成的企業自編規範作（zuò）為依據。專用測（cè）試設備對時間（jiān）參數（shù）的（de）測（cè）量主要（yào）有（yǒu）3種方式:一（yī）是利（lì）用計（jì）時儀表（biǎo）測量（liàng）；二（èr）是調用計（jì）算機時鍾測量；三是通（tōng）過可（kě）編程（chéng）計（jì）時模塊測量。本文對接科研生（shēng）產實際需求，結合計量實踐研究，對第三種測量方式的時間參數（shù）提（tí）出（chū）校準方（fāng）法。

一、專用測試設備（bèi）時間參數（shù）測量（liàng）原理

某型（xíng）專（zhuān）用測試設備用於油泵的性能試驗，綜（zōng）合測試產（chǎn）品試驗過程中的（de）壓力、溫度、流（liú）量（liàng）、電功率及時間參數的動態數據（jù）。其中，溫（wēn）度、壓力、流量（liàng）參數通過傳感器（qì）或（huò）變（biàn）送器將產品工況轉換成（chéng）標準模（mó）擬信號（hào），經信號調理和采集送至工控機，再按預設係數計算後顯示在測（cè）量係統數據顯示界麵上（shàng）；電參數（shù）測量儀利（lì）用自帶數字（zì）通信功能（néng）將測得的（de）電功率直接送工控機接收顯示；時間參數的測量由測（cè）量（liàng）係統（tǒng）搭配（pèi）相應（yīng）的可（kě）編程控製器（qì）(PLC)定時（shí）模塊完成。整體（tǐ）原理框圖如（rú）圖1所示。

圖1  某型油泵原理框圖

被測（cè）的（de）時間參數名稱為建壓時間，定義描述為:從油泵上電（diàn）開始到油泵壓力（lì）達到預（yù）設值（zhí）P₁所用的時間。試驗台通電，產品按要求安（ān）裝完成，打開係統測試界麵，按下操作麵板上的“產（chǎn）品（pǐn）上電”鍵（jiàn），油泵開始（shǐ）工作，同時係統（tǒng）發送指令，定時模塊（kuài）開（kāi）始計（jì）時；係統顯示油泵壓力值持續上升，升至預設值P₁時，油泵斷電停（tíng）止工作，同時（shí）係統發送指（zhǐ）令（lìng），定（dìng）時模塊停止計（jì）時並將測量的時間值返回顯示（shì）在界麵 “建壓時間”數據框內（nèi），即為建（jiàn）壓時（shí）間示（shì）值t₁。

二、校準方法

1.校準設備選擇（zé）

通過原理分析，雖（suī）然時（shí）間（jiān）測量功能主要由定時模（mó）塊實現，但對（duì）它進行單獨校準（zhǔn）並不能（néng）保證（zhèng）整個測量係統的技（jì）術性能，因此需進行係統校準，即用滿足（zú）技術要（yào）求的校（xiào）準設備對建壓時（shí）間進行同步測量，與試驗台測（cè）量（liàng）結果直接（jiē）比對（duì）來實現校準。按試驗台技術協議，建壓時間t測量（liàng）範圍為0～5s,最大允許誤差為±0.05s，考慮到校準測試不（bú）確定度比4∶1的（de）要求，校（xiào）準設備測（cè）量不確定（dìng）度需≤0.012s。綜合（hé）評估後，選（xuǎn）用數字式電秒表作為校準設備（bèi），其（qí）分辨力最高可達0.0001s，最大允許誤（wù）差為±(5×10^-5R_d+1個字)，且有多種測量模式可選。

2.校準（zhǔn）原理

建壓時間是一段持續時間，按下通電鍵開（kāi）始，壓力升（shēng）至P₁結束；數（shù）字電秒表有多種測量模式（shì），其中（zhōng）選（xuǎn）擇“測量一（yī）個正電（diàn）壓持續（xù）時間”模（mó）式的改造難度最低。此種模式（shì）下，“III”-“⊥”端接（jiē）通正電壓開始計時，斷開正電壓停止計時；隻要實現（xiàn）按（àn）下“產品上電”鍵（jiàn）與（yǔ）電秒表接通（tōng）正電壓同步，壓力值升至P₁與電秒表斷開正電壓同步，就能實現建壓時間試驗測量（liàng）和校準測量的同步（bù）而完成校準。正電壓可（kě）以利用試驗（yàn）台現場的激勵電（diàn）源提（tí）供，正（zhèng）電壓的接通（tōng）、斷開可以利用PLC通斷模塊實（shí）現（xiàn）；通斷模塊（kuài）的通/斷控製指令則（zé）由係（xì）統（tǒng）開發（fā）人員設（shè）置與定時模塊的控製指令同步發出。

3.校（xiào）準方法（fǎ）

選用成都（dōu）鍾表廠生（shēng）產的415型（xíng）數字電秒表（biǎo），最大允許誤差為±(5×10^-5R_d+時基)，時（shí）基（jī）選（xuǎn）擇0.001s，模式置“連續”；以（yǐ）及（jí）相應的1214C型PLC通斷模塊，測量分辨力為0.001s，通斷（duàn）模塊初始狀態設（shè）為斷開（kāi），串入激（jī）勵電源（yuán）正（zhèng）電壓通路（lù），校準方（fāng）法示意圖如圖2所示。

圖2  建（jiàn）壓時間校準方（fāng）法示意（yì）圖

按圖2連接線路（lù），安裝產品，確認無誤後將試驗台（tái）通電，激勵電源輸出24V電壓。由試驗人員按規範（fàn）進行產（chǎn）品試驗，按下（xià）“產品上電”鍵，測量係統向定時（shí）模塊發送指令開始計（jì）時，同時（shí）向通斷模塊發（fā）送（sòng）接（jiē）通指令（lìng），數字電秒表接（jiē）收正（zhèng）電（diàn）壓（yā）開始計時（shí）；產品壓力升至P₁，測量係（xì）統向計時模塊發送指（zhǐ）令（lìng）停止計時並返回測量係（xì）統界（jiè）麵建壓時間示值t₁，同時（shí）向（xiàng）通斷模塊發（fā）送（sòng）斷開指令，數字電秒表接收不（bú）到正電壓停止計時，此時數字電秒表顯示值即為建壓時間實際（jì）值（zhí）t₂。按式（shì）(1)計算出建壓時間（jiān）單次示值誤差（chà）。

Δt=t₁-t₂    (1)

重複測量（liàng）3次，取平均值即為建壓時（shí）間（jiān）示值誤差。

4.校準試驗（yàn）

表1  建壓時間校（xiào）準試驗（yàn）數（shù）據

按（àn）二、3實施校（xiào）準，校準數據如表1所示。建壓時間（jiān）示值誤差絕對（duì）值（zhí）<0.05s，校準結果符合設備技術要（yào）求。校準（zhǔn）結果的測量不確定度來源及分（fèn）量計算如表2所示。

表2  建壓時間校準結果測（cè）量不確（què）定度分析

計算得出（chū）擴展不（bú）確（què）定度(k=2)約為0.005s<0.012s，滿（mǎn）足（zú）校準（zhǔn）要（yào）求。

三、校準中的（de）問題及建議

1.這種校（xiào）準方（fāng）法（fǎ）的實施需（xū）要（yào）與專用（yòng）測試設備測量係統開發人員和試驗人員配合（hé）完成（chéng），對（duì）計量人員深入（rù）了解專用測試設備（bèi）的（de）設計、開發、使用（yòng）情況，開拓校準思（sī）路很有幫助。

2.周期校準（zhǔn）時可與試驗人員提前溝（gōu）通，與產品試驗一起進行，避免（miǎn）因計量工（gōng）作（zuò）造成設備停（tíng）工而影響科研生產。

3.完成校準後，需將（jiāng）連接數字電（diàn）秒表的（de）連接線標識並做好絕緣（yuán）處理，在試（shì）驗台現場妥善放（fàng）置（zhì），以方便後續校準（zhǔn）。

4.計量人員在類似（sì）專用測試時間參數的校準過程中（zhōng）肯定會遇（yù）到不同（tóng）的問題（tí），需要具（jù）體問題具體分析（xī），在實踐（jiàn）中（zhōng）摸（mō）索方法並試驗驗證，最後把校準（zhǔn）方法固化（huà）到企業自編的專（zhuān）用測試設備校準規（guī）範中，以（yǐ）指導後續校準工作的開展。

5.本校準方法為使用PLC計時模塊測（cè）量時（shí）間的專用測試設備校準提供了一種思路，也（yě）可以嚐試應（yīng）用其他時間測量儀器或（huò）手段進（jìn）行校準方法（fǎ）研究。

四、總結（jié）

1.本文介紹了（le）一類（lèi）專用測試設備（bèi）時間參數的測（cè）量原理，通過實踐研究，提出了（le）一種現場校（xiào）準方（fāng）法並進行了試驗驗證，對試驗（yàn）結果進行了測（cè）量不確定（dìng）度分析，證明（míng）了（le）校（xiào）準方法的可行（háng）性。

2.對校準過程中可能存在的問題（tí）進行（háng）了說明，就校（xiào）準前（qián）後應注意的事（shì）項進行了提醒。

3.本校準（zhǔn）方法在真實的（de）產品試驗狀（zhuàng）態（tài）下驗（yàn）證了專用測試（shì）設備（bèi）時間（jiān）測量係統的技術性（xìng）能，用戶（hù）對校準過程和（hé）結（jié）果比（bǐ）較認可，也契（qì）合了（le）計量領域現場、在線（xiàn）、原位校準的（de）發展（zhǎn）趨勢。

4.計量人員深入科研生產一線（xiàn），了解實（shí）際需求，解決（jué）種種（zhǒng）量值溯源問（wèn）題，是證明計量價值的最好辦法，也（yě）是不（bú）斷（duàn）學習和探（tàn）索（suǒ）的源源（yuán）動力。

本文（wén）刊（kān）發於《中國計（jì）量》雜（zá）誌2020年第7期

作（zuò）者（zhě）：王建（jiàn）立  航空工業南京機電（diàn）液壓工（gōng）程研究中心、王智  南京（jīng）飛利寧（níng）公司