舟山仪表校验中心

专用设备是为产品特殊性能而专门设计制造的设备，在大型、、汽车制造等业内被普遍用于产品研发和性能测试，其技术指标的准确可靠显著影响产品。专用设备测量参数多，涉及计量专业多，加上设备本身的特殊性，很少有适合的正式检定规程或校准规范作指导，实际工作中多依靠计量技术人员在研究特定校准的基础上产生的企业自编规范作为根据。专用设备对时间参数的测量主要包含3种:一是利用计时仪表测量；二是调用计算机时钟测量；三是经过可编程计时模块测量。本文对接科研生产实际需求，组合计量实践研究，对第三种测量的时间参数提出校准。

一、专用设备时间参数测量原理

某型专用设备用于油泵的性能测试，综合产品试验中的压力、温度、流量、电功率及时间参数的动态数据。其中，温度、压力、流量参数经过传感器或变送器将产品工况转换成模拟，经调理和采集送到工控机，再按预设系数计算后呈目前测量数据显示界面上；电参数测量仪利用自带数字通信功可以将测得的电功率直接送工控机接收显示；时间参数的测量由测量搭配相应的可编程控制装置(PLC)定时模块完成。总体原理框图如图1所示。

图1某型油泵原理框图

被测的时间参数名叫作建压时间，定义描述为:从油泵上电开始到油泵压力达到预设值P1所用的时间。试验台通电，产品按规定安装完成，打开界面，按下操作面板上的“产品上电”键，油泵开始工作，同时发送指令，定时模块开始计时；显示油泵压力值上升，升至预设值P1时，油泵断电停止工作，同时发送指令，定时模块停止计时并将测量的时间值返回呈目前界面“建压时间”数据框内，即为建压时间示值t1。

二、校准

1.校准设备选择

经过原理分析，尽管时间测量功能主要由定时模块实现，但对它进行单独校准无法保证整个测量的技术性能，所以需进行校准，即用技术要求的校准设备对建压时间进行同步测量，与试验台测量结果直接比对来实现校准。按试验台技术协议，建压时间t测量范围为0～5s可以误差为±0.05s，鉴于校准不确定度比4∶1的要求，校准设备测量不确定度需≤0.012s。综合评价后，选用数字式电秒表作为校准设备，其分辨达到0.0001s可以误差为±(5×10-5Rd+1个字)，且有多种测量可选。

2.校准原理

建压时间是一段时期，按下通电键开始，压力升至P1完成；数字电秒表有多种测量，其中选择“测量一个正电压时间”的改造难。此种下，“III”-“⊥”端接通正电压开始计时，断开正电压停止计时；只要实现按下“产品上电”键与电秒表接通正电压同步，压力值升至P1与电秒表断开正电压同步，就可实现建压时间试验测量和校准测量的同步而完成校准。正电压可以利用试验台现场的激励电源提供，正电压的接通、断开可以利用PLC通断模块实现；通断模块的通/断控制指令是由人员设置与定时模块的控制指令同步发出。

3.校准

选用成都钟表厂生产的415型数字电秒表可以误差为±(5×10-5Rd+时基)，时基选择0.001s，置“连续”；以及相应的1214C型PLC通断模块，测量分辨力为0.001s，通断模块初始状态设为断开，串入激励电源正电压通路，校准示意图如图2所示。

图2建压时间校准示意图

按图2连接线路，安装产品，确认无误后将试验台通电，激励电源输出24V电压。由试验人员按规范进行产品试验，按下“产品上电”键，测量向定时模块发送指令开始计时，同时向通断模块发送接通指令，数字电秒表接收正电压开始计时；产品压力升至P1，测量向计时模块发送指令停止计时并返回测量界面建压时间示值t1，同时向通断模块发送断开指令，数字电秒表接收不到正电压停止计时，这时数字电秒表显示值即为建压时间实际值t2。按式(1)计算出建压时间单次示值误差。

Δt=t1-t2(1)

反复测量3次，取平均值即为建压时间示值误差。

4.校准试验

表1建压时间校准试验数据

按
二、3实施校准，校准数据如表1所示。建压时间示值0.05s，校准结果符合设备技术要求。校准结果的测量不确定度来源及分量计算如表2所示。

表2建压时间校准结果测量不确定度分析

计算得出扩展不确定度(k=2)大概在0.005s0.012s，校准要求。

三、校准中的问题及建议

1.这种校准的实施需要与专用设备测量人员和试验人员配合完成，对计量人员深入了解专用设备的设计、、使用状态，拓展校准思路很有帮助。

2.周期校准时可与试验人员提前沟通，与产品试验一起进行，避免因计量工作造成设备停工而影响科研生产。

3.完成校准后，需将连接数字电秒表的连接线标识再做好绝缘处理，在试验台现场妥善安装，以方便后续校准。

4.计量人员在相似专用时间参数的校准中肯定会遇到不同样的问题，需要具体问题具体分析，在实践中摸索并试验验证把校准固化到企业自编的专用设备校准规范中，以指导后续校准工作的开展。

5.本校准为使用PLC计时模块测量时间的专用设备校准提供了一种思路，还可以尝试应用其他时间测量仪器或手段进行校准研究。

四、总结

1.本文介绍了一类专用设备时间参数的测量原理，经过实践研究，提出了一种现场校准同时进行了试验验证，对试验结果进行了测量不确定度分析，证明了校准的可行性。

2.对校准中可能已知的问题进行了说明，就校准前后需要注意的事项进行了提醒。

3.本校准在真实的产品试验情况下验证了专用设备时间测量的技术性能，客户对校准和结果比较认可，也契合了计量领域现场、在线、原位校准的发展趋势。

4.计量人员深入科研生产一线，了解实际需求，解决种种量值问题，是证明计量价值办法，亦是持续学和的源源动力。HUIICexA
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