一、專用測試設備時間參數測量原理

某型專用測試設備用於油泵的性能試驗，綜（zōng）合測試產品試驗過程中的（de）壓力、溫度、流量、電功率及時間參數的動態數據。其中，溫度、壓力（lì）、流量參數通過傳感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（hé）采（cǎi）集送至工控機，再按預設係數計算後（hòu）顯（xiǎn）示在測量係統數據顯（xiǎn）示界麵上；電參數測量儀利用自帶數字通信功能將測得的電功率直接送工控機接收顯（xiǎn）示；時間參（cān）數的測量由測量係統搭配相應的（de）可編程控製器(PLC)定時模塊完成。整體原理框圖（tú）如圖1所示。

圖1  某（mǒu）型油泵原理框圖

被測的時間參數名稱為建壓時間，定義描述為:從油泵上（shàng）電開始到油泵壓力（lì）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（miàn），按下操作麵板上的“產品上（shàng）電（diàn）”鍵，油（yóu）泵開始工作，同時係統發送指令，定時模塊開始計時；係統顯（xiǎn）示油泵壓力值持續上升，升至預（yù）設值P₁時，油泵斷電停止工作，同時係統發（fā）送（sòng）指（zhǐ）令，定時模塊停止計時並將測量的時（shí）間值返回顯示（shì）在界麵 “建壓時間”數據框內，即為建壓時間示（shì）值t₁。

二、校準方法

1.校準設備（bèi）選擇

通過原理分析，雖然時間測量（liàng）功能主要由定時模塊（kuài）實現，但對它進行單獨校準並不能保證整個（gè）測（cè）量係統的技術性能，因此需進行係統校準，即用滿足技術要求的校準設備對建壓時間進行（háng）同步測量（liàng），與試驗台測量結果（guǒ）直接（jiē）比（bǐ）對來實現（xiàn）校準。按試驗台（tái）技術（shù）協議（yì），建（jiàn）壓時間t測量範圍為（wéi）0～5s,最大允許誤差為（wéi）±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度需≤0.012s。綜合評估（gū）後，選用數字式電秒表作為校準設備，其分辨力最高可達0.0001s，最大允許誤差為±(5×10^-5R_d+1個字)，且有多（duō）種測量模式可選。

2.校準原理

建壓時（shí）間是一（yī）段持續時間，按下通電鍵開（kāi）始，壓力（lì）升至P₁結束；數字電秒表有多種測量模式，其中選擇“測量一個（gè）正電壓持續時間（jiān）”模式的改造（zào）難度最（zuì）低。此種模式下，“III”-“⊥”端接通正電壓開始計時，斷開正電壓（yā）停止計時（shí）；隻要實（shí）現按下“產品上電”鍵與電秒表接通（tōng）正電壓同步，壓力值升至P₁與（yǔ）電秒表斷開正電壓同步，就能實現建壓時間試驗測量和校準測量的（de）同步而完（wán）成校準。正電壓可以利（lì）用試（shì）驗台現場的（de）激勵電源（yuán）提供，正電壓的接通、斷開可以利用PLC通斷模塊實現；通斷模塊的通/斷控製指令則由係統（tǒng）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

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

圖2  建壓時間校準方法示意（yì）圖（tú）

按（àn）圖2連接線路，安裝產品，確（què）認無誤後將試驗台（tái）通電，激（jī）勵（lì）電源輸出24V電壓。由試（shì）驗人員按規範進行產品試驗，按下“產品上電”鍵，測量係統向定時（shí）模塊發送指令開始計時，同時向通（tōng）斷模塊（kuài）發送接通指令，數字電秒表接收正電壓開始計時；產品壓力升至P₁，測量係統向計時模塊（kuài）發（fā）送（sòng）指（zhǐ）令停止計時並返（fǎn）回測量係統界麵建壓時間示（shì）值t₁，同時向通斷模塊發（fā）送斷開指令，數字電秒表接收不到正電壓停（tíng）止計時，此（cǐ）時（shí）數字電秒表顯示值即為建壓時間（jiān）實際值t₂。按式(1)計算出建壓時間（jiān）單次示值誤差。

Δt=t₁-t₂    (1)

重複測量3次，取平均（jun1）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（shī）校準（zhǔn），校準數據如表（biǎo）1所示。建壓時間示值誤差絕對值<0.05s，校準結果符合設（shè）備技術要求。校準（zhǔn）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（yā）時間校準結果測量不確定度分析

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

三、校準中的問題及建議

1.這種校準方法的實施需（xū）要與專用測試設備（bèi）測量係統開發人員和試驗人員（yuán）配（pèi）合完成，對計量人員深入了解專（zhuān）用測試設備的設計、開發、使用情況，開拓校準（zhǔn）思（sī）路很有（yǒu）幫助。

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

3.完成校準後，需將連（lián）接數字電秒表的連接線標識（shí）並（bìng）做好絕緣處理，在試驗台現場妥善放置，以（yǐ）方便後續校準。

4.計量人員在類似專用測試時（shí）間參數的校（xiào）準過程中肯定會遇到不同的問題，需要具體問題（tí）具（jù）體分析，在實（shí）踐中摸索（suǒ）方法並試驗驗證，最後把校準方法固化到企業自編的專用測試設備（bèi）校準規範中，以指導後續校準工作的（de）開展。

5.本校準方法為使用PLC計時模（mó）塊測量時間的專用測試設備校準提供了一種思路，也可以（yǐ）嚐試應用（yòng）其他時間測量儀器或手段進行校準方法研究（jiū）。

四、總結（jié）

1.本文介（jiè）紹了一類（lèi）專用測試設（shè）備時間參（cān）數的（de）測量原理，通過實踐研究，提出了一種（zhǒng）現場校準方法並進行了試驗驗證，對試驗結果進行了測（cè）量不確定度分析（xī），證（zhèng）明了校準方法的可行性。

2.對校準過程（chéng）中（zhōng）可（kě）能存在的（de）問題進行（háng）了（le）說明，就校準前後應注意的事項進行了提醒。

3.本校（xiào）準方法在真實的產品試（shì）驗狀態下驗（yàn）證了專用測（cè）試設備時間測量係統的技術性能，用戶對校準過程和（hé）結果比較認（rèn）可，也（yě）契合了計量領域現場、在線（xiàn）、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，解決種種（zhǒng）量值溯源問題，是證明計量價值的最好辦法，也是不（bú）斷學（xué）習和探索的源源動力。

本文刊發於《中國計量》雜誌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  南京飛利寧公司