產品性能試驗器測試儀表檢定周期管理與評估

呼延剛毅，雷天人

（西控國際，陜西 西安 710000）

目前，我公司產品性能測試試驗器從其產品研制過程，可分為預研產品專用測試設備，批產產品試驗器。對于批產產品試驗器，從功能試驗上分為產品性能調整試驗臺、磨合運轉試驗臺，從元件試驗臺到產品調試試驗臺基本定位為性能調試試驗臺，關系到產品功能特性，極其重要。

對于產品性能的符合性、可靠性關鍵在于測控系統的可靠性，其中測試系統的可靠性更為重要。測試系統中壓力、溫度、轉速、流量、位移等參數測量儀表（或傳感器、數顯儀表和采集系統）分別承擔著公司產品各參數測試功能，因此對于承擔產品性能測試儀表檢定周期管理非常有必要。

產品試驗器設計依據產品性能試驗技術協議書而設計，技術協議書是根據產品性能試驗大綱要求編制的，依據產品試驗器各種測試系統所承擔測試功能的主次來確認檢定周期，可以科學有效地管控計量器具，既保證各個測試儀表測量數據準確有效，也考慮到計量成本，因此，本文主要圍繞這一觀點進行科學的分析。

1 試驗器測試儀表檢定周期管理基本方法

1.1 產品試驗器測試系統特點

產品試驗器是一種非標試驗設備，結構復雜、功能特殊，主要針對滿足軍工產品性能試驗而設計的，屬于特種試驗設備。產品試驗器基本由測控部分和機械液壓部分組成。機械液壓控制部分主要提供產品工作各種模擬工況狀態；試驗器測試系統主要承擔產品模擬工作狀態參數數據采集與試驗器模擬工作狀態參數監測與控制。另外，測控部分還承擔設備正常工作運行參數的監測，根據試驗器的組成及其功能，依據測試儀表所承擔的測量與監視任務，可按以下原則進行分類管理。

從試驗器設計理念來說，產品試驗器測試儀表可劃分為四類：第一類是產品工作狀態性能參數測量儀表；第二類是試驗器為產品提供模擬工作狀態的控制參數，也可認為是產品模擬工作狀態條件參數，承擔這類參數測量儀表劃分第二類；第三類是產品試驗器正常工作狀態監測儀表或安全防護參數測量儀表；第四類是針對一個測試口而設計的模擬指針儀表及具備遠傳通信功能的數字測量儀表，它們承擔同樣測試功能，規定模擬指針儀表為監視測量儀表，數顯通信功能數字測量系統儀表（或計算機數據采集系統）為錄取性能儀表[1-2]。

1.2 測試儀表檢定周期管理原則[3]

確定測試儀表檢定周期時，首先應明確所使用測試儀表的測量可靠性目標R；一般測試儀表的測量性能可靠性目標確定為R≥90%（如圖1所示）。

圖1 測量可靠性R(t)變化示意圖

測量可靠性R（t）是指表征表征某種測量儀表的整體性能隨時間變化的置信水平，一般儀表計量性能的可靠性隨時間延長而逐漸衰減。也就是說，測量可靠性目標R是指某種計量器具的整體性能在進行后續檢定時保持在所期望的合格范圍內的概率。從圖1不難看出，測量儀表經t0時間使用后，可靠性將衰減至期望值，此時將需要重新檢定校準，才可保證計量器具的性能合乎要求，這就是科學合理制定檢定周期的基本機理。

1.3 結合產品試驗器測試系統功能進行儀表分類管理[4-5]

依據試驗器測試系統設計理念，按照儀表測量可靠性R（t）變化機理，結合產品試驗器測試儀表特點進行如下儀表分類和檢定周期預假設：

1）產品在工作狀態下用于性能錄取的測量儀表按B類儀表管理

其理由是：產品在試驗器提供的模擬工況狀態（轉速、壓力、溫度、位移等條件）下工作時，用于產品性能錄取所需要的測試參數（流量、扭矩等）儀表，它們的準確性直接關系到產品符合性，是檢驗產品符合性的重要參數，必須納入周期檢定[6-7]。依據現有定期管理規定，用于定型批產產品測量儀表按2個月預假設周期進行檢定，用于研制階段的測量儀表按3個月預假設周期進行檢定

2）試驗器為產品提供模擬工況狀態的監測與控制測量儀表按B類儀表管理

其理由是：對于試驗器提供給產品模擬工況狀態，用于監測與控制這種狀態的測量儀表，視為產品錄取性的條件參數，依據現有關定期管理規定，用于定型批產產品測量儀表按2個月預假設周期進行檢定，用于研制階段的測量儀表按3個月預假設周期進行檢定。

3）用于試驗器正常工作監測或安全預警用的測量儀表按C類儀表管理

其原因是：試驗器工作后，電源監測及安全防護檢測儀表，由于不作為產品性能錄取參數，可按監測儀表進行C類管理，實行一次檢定合格永久使用。

4）對于試驗器一個測試口存在兩套測試系統的測試儀表管理。一個測試口兩套測試系統試驗器，普遍存在有調試間和操控間的試驗間，調試間存在一套模擬指針儀表測試系統，操控間存在一套數顯測試系統或計算機數采系統。產品性能錄取以數顯測試系統或計算機數采測試系統為準，調試間模擬儀表主要是以試驗工作為參考調整產品。因此，對于調試間的模擬儀表可作為B類表，按4個月預假設周期進行檢定；對于數顯測試儀表及傳感器按B類，按6個月預假設周期進行檢定；數采系統按12個月預假設周期進行校準。

2 測試系統儀表周期管理技術論證[8-10]

2.1 測試系統可靠性模型建立

可靠性指標是測試系統的一個重要指標，合理確定檢定周期既關系到計量器具計量性能的可靠性，也要考慮到儀器儀表校驗頻次的合理性，也就是計量成本有效控制。下面著重對于上面預假設周期合理性進行一下技術論證。

我公司產品性能試驗器，承擔測試工作主要由模擬指針儀表、數顯測試系統或計算機數采系統構成，這三種測試系統在公司產品性能試驗器上廣泛存在，因此，研究建立測試系統可靠性數學模型，可以科學合理制定檢定周期，下面以彈簧管精密壓力表測試系統建立數學模型，來研究其可靠性，以驗證預先確定的檢定周期合理性。

以彈簧管精密壓力表（以下簡稱壓力表）作為主體的壓力測試系統可靠性，可以通過評價壓力表在一定時間間隔內其計量性能在規定測量精度范圍內的置信度進行判斷。隨著壓力表使用時間的延長，其計量性能可靠性指標會隨著使用時間的延長不斷降低，即意味著壓力表技術性能指標超出其規定技術范圍內的概率將增大。利用可靠性模型（即通過對測量器具參數建立相應的數學模型）確定壓力表的檢定周期，可根據試驗器試驗頻次與試驗時間對壓力表可靠性的要求進行評估，使其滿足計量性能要求的最長工作時間。根據獲得的最長工作時間，科學地確定壓力表檢定周期，從而保障在該檢定周期內，壓力表的可靠性水平維持在合格范圍之內，保障壓力表能夠可靠地、準確地完成產品性能試驗測量任務。

壓力表可靠性主要通過其內部的關鍵敏感元件（彈簧管）可靠性來保證，根據敏感元件的可靠性知識，壓力表的故障模型服從指數分布。根據彈簧管壓力敏感元件的可靠性模型，可以認定壓力表測量系統的可靠性示值指標與使用時間服從指數函數的模型，即

式中：λ為常數；Ii為第i次計量檢定時的檢定時間間隔。

采用這種可靠性模型評估壓力表的檢定周期時，統計的不合格數，必須清楚只有將壓力表計量性能衰竭造成的不合格作為統計之列，對于與測量準確度無關的非計量不合格（如裝卸送檢過程外觀損壞、送檢掉地造成的零位不回零現象、人為操作試驗器不正確造成的壓力表彈簧管鼓壞，等等這些非測試工作中造成的示值超差性不合格）不應列入壓力表測量器具計量周期的不合格數種，否則就改變了數學模型。另外，在作檢定數據統計時，一定要注意所采用數據的有效性、一致性和連續性。

2.2 可靠性模型參數的確定

通過采用最大似然估計法對可靠性模型的相應參數進行評估。最大似然估計法是建立在數理統計和大量數據分析的基礎上，通過對似然函數的概率分布函數，來評價被檢壓力表示值超出允許誤差的狀況，從而確定壓力表測量器具可靠性模型參數。

根據確定的壓力表測量系統可靠性函數，可以假設壓力測量器具失效時間概率分布函數也為指數函數，其失效時間概率分布函數為

構造似然函數如下：

n為所觀測的檢定樣本數；Ii為第i次所觀察到的檢定時間。

對似然函數取對數后，有

其中，為n次計量檢定中檢定時間的總和。

因此，該壓力表測量器具的可靠性函數為R（Ii）e-λIi

＝e-λˉIi.設定使用單位對壓力表測量器具的可靠性指標要求為90%，令R（Ii）=e-λIi

＝e-λˉIi

＝ 0.9，根據樣本量的數據統計確立對應的。為了方便對壓力表測量器具檢定周期的管理，選取以兩個月的整數倍時間作為備選的檢定時間間隔，通過下式對檢定時間間隔進行修正，即

I＝ [Ii/2]× 2（月）

式中：[Ii/2]表示對Ii/2的結果進行取整操作。

2.3 壓力表測量系統檢定周期確定方法的實例

實例：以典型XC578性能試驗器壓力表測量器具連續40個月檢定結果進行數據統計，XC578試驗設備壓力表測量器具周期檢定記錄如表1所示，要求確定該型彈簧管精密壓力表檢定周期，保障XC578試驗設備壓力表測量系統可靠性目標滿足期望值R.

表1 檢定結果統計表

則

一般情況下，壓力表測試系統可靠性目標定為R≥90%.

故 Ii≤（-40）× In R=4.2（月）

為使壓力表測量器具的檢定周期便于管理，選擇2個月的整數倍為備選的檢定周期，確定該型壓力表測量器具檢定周期為：

I＝[Ii/2]×2=[4.2/2]×2=2×2=4（月）

因此，該壓力表測量器具的檢定周期定為4個月，可保證被檢壓力表測量器具在該檢定周期內的測量可靠性滿足≥90%的要求。

通過以上論證，XC578試驗器壓力表檢定周期4個月，是科學合理檢定周期，如果與預估的檢定周期一致，說明預估的檢定周期能保證測試系統可靠，否則，重新確定壓力表的檢定周期，根據后期檢定數據，按此類方法進行統計計算，以確定和驗證原確定的檢定周期。

對于其它測試系統均可建立相應的數學模型，用同樣的評估方法驗證預先設置的檢定周期是否合理，根據這一原則，進行相應的周期調整。

3 結束語

預先確定周期與可靠性評估法是確定測試系統檢定周期合理性的科學方法，根據這一原則，對于承擔專用測試設備各類測試儀表進行以上周期確定方法是保證測試系統可靠性最科學的管理方法。

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