一、專用測試設備時間參數（shù）測量原理（lǐ）

某型專用測試設備用於油泵的性能試驗（yàn），綜合測試產品（pǐn）試驗（yàn）過（guò）程中（zhōng）的壓力、溫（wēn）度、流量、電功率（lǜ）及時間（jiān）參（cān）數的動態數（shù）據。其中（zhōng），溫度、壓（yā）力、流（liú）量參數（shù）通（tōng）過傳感（gǎn）器或變送器將產品工（gōng）況轉換（huàn）成標（biāo）準模擬（nǐ）信號，經信號調理和采集送至工控（kòng）機，再按預設係數（shù）計算後顯示在測量係統數（shù）據顯示界麵上；電參數測量儀利用自帶數字通信（xìn）功（gōng）能將測（cè）得的電（diàn）功（gōng）率（lǜ）直（zhí）接送（sòng）工控機接（jiē）收顯示（shì）；時間參數的測量由測量（liàng）係（xì）統搭（dā）配相應的可編程（chéng）控製器(PLC)定（dìng）時模（mó）塊完成。整（zhěng）體原理框圖如圖1所示。

圖1  某（mǒu）型油泵原理（lǐ）框圖

被測（cè）的（de）時間參數名稱（chēng）為建壓時間，定義描（miáo）述為:從（cóng）油泵上電開始到油（yóu）泵（bèng）壓力達到預設值P₁所用的時（shí）間（jiān）。試驗台通電，產品按（àn）要求安裝完成，打開係統測試界麵，按下操作麵板上的“產品上電”鍵，油（yóu）泵開始工作，同時係統發送指令，定時模塊開始計時；係（xì）統（tǒng）顯示油泵壓力值持續上升，升至預設（shè）值P₁時，油泵斷電停止工作，同時係統發送指令，定時模塊停止計（jì）時（shí）並將測量的（de）時（shí）間值返回顯示在界麵 “建壓時間”數（shù）據框內，即為建（jiàn）壓時間（jiān）示值（zhí）t₁。

二、校準方（fāng）法

1.校準（zhǔn）設備（bèi）選擇（zé）

通過原理分析，雖然時間測（cè）量（liàng）功能（néng）主要由定時模塊實現，但對它（tā）進行單獨校準並不能保證整個測量係統（tǒng）的技術性能，因（yīn）此需進行（háng）係統校準（zhǔn），即用滿足（zú）技術（shù）要求的校準設備對建壓時間（jiān）進行同步（bù）測量，與試驗台測量結果直（zhí）接比對來（lái）實現校（xiào）準。按試驗（yàn）台技術協議，建壓時間t測量範圍為0～5s,最（zuì）大允許誤（wù）差為±0.05s，考慮到校（xiào）準測試不確定度比4∶1的要求，校準設備測量不確定（dìng）度需（xū）≤0.012s。綜（zōng）合評估後，選用數（shù）字式電秒表（biǎo）作（zuò）為校準（zhǔn）設備，其分辨力最高可（kě）達0.0001s，最大允許誤差為±(5×10^-5R_d+1個字)，且（qiě）有多種（zhǒng）測量模式可選（xuǎn）。

2.校準（zhǔn）原理

建壓時（shí）間是（shì）一段持續時間，按下通電鍵開始，壓力升（shēng）至P₁結束；數字電秒表有多種測量（liàng）模式，其中選擇（zé）“測量（liàng）一個正（zhèng）電壓持續時間”模式的改造（zào）難度最（zuì）低。此種模式下，“III”-“⊥”端接通正電壓開始（shǐ）計時，斷開（kāi）正電壓停止計時；隻要實現按下“產品上電”鍵（jiàn）與電秒表接通正電壓同步，壓力（lì）值升至P₁與電秒（miǎo）表斷開正電（diàn）壓同步，就能實現（xiàn）建壓時間試驗測量和（hé）校準測量的同步而（ér）完成校（xiào）準（zhǔn）。正（zhèng）電（diàn）壓可以利用試驗台現場的激勵（lì）電源提供（gòng），正電壓的接通、斷開可以利用PLC通斷模塊（kuài）實現；通斷模（mó）塊的通（tōng）/斷控製指（zhǐ）令（lìng）則由係（xì）統（tǒng）開發（fā）人員（yuán）設置與（yǔ）定時（shí）模塊的控（kòng）製指令同（tóng）步（bù）發（fā）出。

3.校準方法

選用成（chéng）都鍾表（biǎo）廠（chǎng）生產（chǎn）的415型數字電秒（miǎo）表，最大允許誤（wù）差為±(5×10^-5R_d+時基)，時（shí）基（jī）選擇0.001s，模（mó）式（shì）置“連續（xù）”；以及相（xiàng）應的（de）1214C型PLC通（tōng）斷模（mó）塊，測（cè）量分辨力（lì）為0.001s，通斷模塊初（chū）始狀態設為（wéi）斷開，串入激（jī）勵電源正電壓（yā）通路，校準方法示意圖如圖2所示。

圖2  建（jiàn）壓（yā）時間校（xiào）準方法示（shì）意圖

按（àn）圖2連接線路，安裝產品，確（què）認無誤後將試驗台通電，激（jī）勵電源輸出24V電壓。由（yóu）試（shì）驗人（rén）員按（àn）規（guī）範進行產品試（shì）驗，按下“產品上電”鍵，測量（liàng）係（xì）統向定時（shí）模塊（kuài）發送指令開始計時，同時向通斷模塊發送（sòng）接通指令，數字電（diàn）秒表接收正（zhèng）電（diàn）壓（yā）開始（shǐ）計時；產品壓力升至P₁，測量係統向（xiàng）計時模塊發（fā）送指令停止計時並返回測量係統界麵建壓時（shí）間（jiān）示值t₁，同時向（xiàng）通斷模塊發（fā）送斷開指（zhǐ）令，數字（zì）電秒表接收不到（dào）正電壓停止計時（shí），此時（shí）數字電秒表顯示值即（jí）為建壓時間（jiān）實際值t₂。按（àn）式(1)計（jì）算出建壓時間單（dān）次示值誤差。

Δt=t₁-t₂    (1)

重複（fù）測量3次，取平均值即為建壓時間示值（zhí）誤（wù）差。

4.校準試驗

表1  建（jiàn）壓時間校準試驗數據

按二、3實施校準（zhǔn），校準數據如表1所示。建（jiàn）壓時間示值誤差絕對值<0.05s，校準結（jié）果符合設（shè）備（bèi）技術要求。校準結果的測（cè）量（liàng）不確定（dìng）度來源及分量計（jì）算如表2所示。

表2  建（jiàn）壓（yā）時間校準結果（guǒ）測量不確（què）定度分（fèn）析（xī）

計（jì）算得出擴展不確定度(k=2)約（yuē）為0.005s<0.012s，滿足校（xiào）準（zhǔn）要求。    

三、校準中的問題及建議

1.這種校準（zhǔn）方法的（de）實（shí）施需要（yào）與專用測試設備測量（liàng）係統開（kāi）發人員和試驗人員（yuán）配合完成，對計量人員深入了解專用測試設備（bèi）的設計、開發、使用情況，開（kāi）拓校準（zhǔn）思路很有幫助。

2.周期校準時可與試驗人員提前溝通，與產品試（shì）驗一起進行，避免（miǎn）因（yīn）計量工（gōng）作造成設備（bèi）停工而影響科研生產。

3.完成校準後，需（xū）將連接數字電秒（miǎo）表的連接線標識並做好絕緣處理（lǐ），在（zài）試驗台現場妥（tuǒ）善（shàn）放置（zhì），以方便（biàn）後續校準。

4.計量（liàng）人員在類似（sì）專用（yòng）測試時間參數的校準（zhǔn）過程中（zhōng）肯定會遇到不同（tóng）的問（wèn）題，需要具體（tǐ）問（wèn）題（tí）具（jù）體（tǐ）分析，在（zài）實踐中摸（mō）索方法並試驗驗（yàn）證，最後把校準（zhǔn）方（fāng）法固化到企（qǐ）業自編（biān）的專用（yòng）測試（shì）設備校（xiào）準（zhǔn）規範（fàn）中，以指（zhǐ）導後（hòu）續（xù）校準（zhǔn）工作的開展（zhǎn）。

5.本（běn）校準方法為使用PLC計時（shí）模塊測量時間的專用（yòng）測試設備校準提供了一種思路，也可以（yǐ）嚐試應用其他時間測量儀器或（huò）手段進行校準方（fāng）法（fǎ）研究。

四、總結

1.本文介紹了（le）一類專用測（cè）試設備時間參數的測量原理，通過實踐研究，提（tí）出了一種現（xiàn）場（chǎng）校準方（fāng）法並進行了（le）試驗驗證（zhèng），對試驗結（jié）果進行了測量不確定（dìng）度（dù）分（fèn）析，證（zhèng）明了校準方法的可行性。

2.對校準過程中（zhōng）可能存在（zài）的（de）問題進行了說明，就（jiù）校準前（qián）後應注意的事項進行（háng）了提醒。

3.本校準方法在（zài）真（zhēn）實的產品試驗狀態下驗證了專用測試設備時間測量係統的技（jì）術（shù）性能，用戶對校準過（guò）程和結果比較（jiào）認可，也契合了計量領域現（xiàn）場、在線、原位校準（zhǔn）的發展趨勢。

4.計量（liàng）人員（yuán）深入科（kē）研生產一線（xiàn），了解實際需求（qiú），解決種種（zhǒng）量值（zhí）溯源問題，是證明計量價值的最好辦法，也是不斷學習和探索的（de）源源動力。

本文刊發於《中國（guó）計量》雜誌（zhì）2021年第1期

作者：王建立  航空工業南京機電液壓工程研究中心、王智  南（nán）京飛利寧公司