專用測試設備是為測試產品特殊性（xìng）能而專門設計製（zhì）造的設備，在大型航天、航空、汽車製造（zào）等行業內被廣泛用於產品研發測試和性能試驗，其技術指標的準確可靠直接影響產品質量。專（zhuān）用測試設備測量參數多，涉及計量專業多，加上設備（bèi）本身的獨特性，極（jí）少有（yǒu）適用的正式檢定規（guī）程或校準規範作指導，實際工作中多（duō）依靠計量（liàng）技術人員在研究特定校準方法的基礎（chǔ）上形成的企業（yè）自編規範作為依據。專用（yòng）測（cè）試設備對時間參數的測（cè）量主要有3種方式:一是利用計時儀表測量；二是調用計算機時鍾測量；三是通過可編程計時模塊測量。本（běn）文對接科研生產實際（jì）需求，結合計量實踐研究，對第三種測量方式的（de）時間參數提出校準方法。

一、專用測試設備時間參數測量原理

某型專用測試設備用（yòng）於（yú）油（yóu）泵的性能試驗，綜合測試產品試驗過程中的壓（yā）力、溫度、流量、電功率及時間參數的動態數據（jù）。其中，溫度、壓力、流量參數通過傳感（gǎn）器或變送器將產品工況轉換成標準模擬信號，經信號調理和采集送至（zhì）工控機，再按預設係數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功能將測得（dé）的電功率直接送（sòng）工控機接收顯示；時間參數的測量由測量係統搭配相應的可編程（chéng）控（kòng）製器(PLC)定（dìng）時模（mó）塊完成。整體（tǐ）原（yuán）理框（kuàng）圖（tú）如圖1所示。

圖1  某（mǒu）型油泵原理框（kuàng）圖

被（bèi）測的時間參數名稱為（wéi）建壓時間，定（dìng）義描述（shù）為:從油泵上電開始到油泵壓力達到預（yù）設值P₁所用的時間。試驗台通電，產品按要求安裝完成，打開係統測試界麵，按下操作麵板上的“產品上電（diàn）”鍵，油泵開始工作，同時係統發送指令，定時模（mó）塊開始計時；係統顯示油泵壓力值持續上升，升至預設值P₁時，油（yóu）泵斷電停止工作，同時係統發送指令，定（dìng）時模塊停止計時並將測量的時間值返回顯示在界麵 “建壓時間（jiān）”數據框內，即為建壓時間示值t₁。

二、校準方法

1.校準（zhǔn）設備選擇

通過原（yuán）理分析，雖然時（shí）間測量功能主要（yào）由定時模塊實現（xiàn），但對它進行單獨校準並不能保證整個測量係統的技術性能，因（yīn）此需進行係（xì）統校準，即用滿足技（jì）術（shù）要求的校準設備對建壓時間進行同步測量，與試驗（yàn）台測量結果直接比對來實現校準（zhǔn）。按試驗台技術協（xié）議，建壓時（shí）間t測量範圍為0～5s,最大允許誤差為±0.05s，考慮到校準測試不確定度比4∶1的要求，校（xiào）準設備測（cè）量不確定度需≤0.012s。綜合評估後（hòu），選用數字式電秒表作為校準設備，其分辨力最高可達（dá）0.0001s，最大允許誤差為±(5×10^-5R_d+1個字)，且有多種測量模式（shì）可（kě）選。

2.校準原（yuán）理

建壓時間是一段持續時間，按下通電鍵開始，壓力升至P₁結束；數字（zì）電秒表有多（duō）種測量模（mó）式（shì），其中選擇“測量一個（gè）正電壓持續時間”模式的改造難（nán）度最低。此種模式（shì）下，“III”-“⊥”端接通正電壓（yā）開始計時，斷開正電壓停止計時；隻要實現按下“產品上電”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（bù），就能實現建（jiàn）壓時（shí）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台現場的激（jī）勵（lì）電源提供，正電壓的接通（tōng）、斷開可以利用PLC通斷模塊實現；通斷（duàn）模塊的通/斷控製指令則由（yóu）係統開發人員設置與定時模塊的控製指令同步發出。

3.校準方法（fǎ）

選用成都鍾表廠生（shēng）產的415型數字電秒表，最大允許誤差為±(5×10^-5R_d+時基)，時基選擇0.001s，模式置“連續”；以及相（xiàng）應的1214C型PLC通斷模塊，測量分（fèn）辨力為0.001s，通斷模塊初（chū）始狀態設為斷開，串入激勵電源正電壓通路，校準方法示意圖如圖2所示。

圖2  建壓時（shí）間校準方法示意圖

按圖（tú）2連接線路，安裝產品，確認無誤後將試驗台通電，激勵電源輸出24V電壓。由試驗人員按規範進行（háng）產品試驗，按下“產品上電”鍵，測量係統向定（dìng）時（shí）模塊發送指令開始（shǐ）計時，同時向通斷模塊發送接通（tōng）指令，數字電秒表接收正電壓開始計時；產品壓力（lì）升至（zhì）P₁，測量係統向計時模塊發送指令（lìng）停止計（jì）時並返回測量係統界麵建（jiàn）壓時（shí）間示值t₁，同時（shí）向通斷模塊發送斷開指令，數字電秒表接收（shōu）不到正電（diàn）壓停止計時，此時數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（cì）示值誤（wù）差。

Δt=t₁-t₂    (1)

重複測量3次，取平均值即為（wéi）建壓時間示值誤差。

4.校準試驗

表1  建壓時間校準試驗數據

按二、3實施校準（zhǔn），校準（zhǔn）數據如表1所示。建壓時間示值誤差絕對值<0.05s，校（xiào）準結果符合（hé）設備技術要求。校準結果的測量不確定度（dù）來源及分量計算如表2所（suǒ）示。

表2  建壓時間校準結果測量不確定度分析（xī）

計算得出擴展不確（què）定度(k=2)約為0.005s<0.012s，滿足校準要求。

三、校準中的問題及（jí）建議

1.這種校準方法的實（shí）施需要與專用測試設備測量係統開發人員（yuán）和試（shì）驗人員配合完成，對計量人員深入了解專用測試設備的設計、開發、使用情況（kuàng），開拓校準思（sī）路很有幫助。

2.周期校準時（shí）可與（yǔ）試驗人員提（tí）前溝通，與產品試驗一起進行，避免因計量工作造成設備停（tíng）工而影響科研生產。

3.完成校準後（hòu），需將連接數字電秒表（biǎo）的連接線標識並做好絕緣處理，在試驗台現場妥善放置，以方（fāng）便後續校準。

4.計（jì）量人員在類似專用測試時間參數的校準（zhǔn）過程中肯定會遇到不同的問題，需要（yào）具體問（wèn）題（tí）具體分析，在實踐中（zhōng）摸索方法並試驗驗證，最後（hòu）把校準方法固（gù）化到企業自編的專用測試設（shè）備校準規範（fàn）中，以指導後（hòu）續校（xiào）準工作的開展（zhǎn）。

5.本校準方法為使用PLC計時模塊（kuài）測量時間的專（zhuān）用測試設備校準提供了一種思路，也可以嚐試應用其他時間測量儀器或手段進行校準方法研（yán）究。

四、總結

1.本文介紹了一類專用測試設（shè）備時間參數的測量（liàng）原理，通過實踐研（yán）究，提出了一種現場校準方（fāng）法並進行了試驗驗證，對試驗結果（guǒ）進（jìn）行了測量不確定度（dù）分析，證明了校準方法的可（kě）行性。

2.對校準過程中（zhōng）可能（néng）存在的問題進行了說明，就校準前後應注（zhù）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術性能（néng），用戶對校準過程和結果比較認可，也契合了計量（liàng）領域現場、在線、原位校準的發展趨勢。

4.計量人員深入科研生產一線，了解實際需求（qiú），解決種種量值溯源問題，是證明計量（liàng）價值的最好辦法，也（yě）是不斷學習和探索的源源動力。

本文（wén）刊發於《中國計（jì）量》雜誌（zhì）2020年第7期（qī）

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