多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置的構(gòu)想

李長(zhǎng)征 李雅馨

摘要：本文介紹了一種用直接比較法組建多參數(shù)校準(zhǔn)裝置；討論了研制多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置的重要性和迫切性；論述了其校準(zhǔn)原理、測(cè)量不確定度的分析及該校準(zhǔn)裝置在我公司科研、生產(chǎn)、試驗(yàn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：多參數(shù)；測(cè)量不確定度；應(yīng)用

0 引言

近年來(lái)，隨著我公司型號(hào)產(chǎn)品的升級(jí)換代，科研生產(chǎn)技術(shù)水平不斷提高，各單位的試驗(yàn)設(shè)備、儀器儀表也不斷更新和增加，而且測(cè)量設(shè)備日趨參數(shù)多、功能強(qiáng)、指標(biāo)高，這些儀器儀表的準(zhǔn)確性將直接影響我公司產(chǎn)品高質(zhì)量發(fā)展。

1 多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置的設(shè)想

近年來(lái)，我公司陸續(xù)購(gòu)置了部分試驗(yàn)設(shè)備、儀器儀表，種類繁多、數(shù)量大、使用頻次高、涉及面廣。這些儀器儀表的準(zhǔn)確與否將直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和人身的安全。在這之前，這些計(jì)量?jī)x器都是送檢。周期長(zhǎng)（10-30天）、費(fèi)用高，而且對(duì)我公司的軍民品交付速度有較大的影響。為了提高我公司的檢測(cè)水平、為了使我公司的量值傳遞工作能迅速、準(zhǔn)確、統(tǒng)一。因此迫切需要一種準(zhǔn)確度高、能進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)、覆蓋面廣、校準(zhǔn)參數(shù)多的綜合性校準(zhǔn)裝置。

顧名思義，多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置就是把若干個(gè)測(cè)量參數(shù)根據(jù)不同的場(chǎng)合，不同的需要組合在一起，成為一種新的校準(zhǔn)裝置。運(yùn)用這一設(shè)計(jì)思想，即用綜合效能代替單一性能。并以高可靠性、高質(zhì)量、高精度、多功能合一為中心設(shè)計(jì)來(lái)保證多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置具有良好的性能。

由于大量的力學(xué)設(shè)備具有固定安裝和連續(xù)性，如按傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法要覆蓋我公司現(xiàn)有的力學(xué)設(shè)備、儀器儀表需要建立四套標(biāo)準(zhǔn)器：（1）測(cè)力計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；（2）壓力傳感器、壓力表標(biāo)準(zhǔn)；（3）萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)；（4）扭矩標(biāo)準(zhǔn)。并且存在功能單一、科技含量低、精度等級(jí)低、覆蓋面窄、配套設(shè)備多、建標(biāo)費(fèi)用高、不能現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等缺點(diǎn)，限制了我公司計(jì)量檢測(cè)工作向在線測(cè)量和自動(dòng)化方向的發(fā)展。

拋開傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想，依照多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)目標(biāo)，對(duì)全公司的計(jì)量器具進(jìn)行了研究和論證。綜合設(shè)想了力值、壓力、扭矩三參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系。即設(shè)想到不同之處又綜合了相似之處，可以設(shè)計(jì)集高質(zhì)量、多功能為一體的多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置。該校準(zhǔn)裝置能隨時(shí)隨地現(xiàn)場(chǎng)在線校準(zhǔn)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，采取措施，確保計(jì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。且有攜帶使用方便、準(zhǔn)確度高、實(shí)時(shí)性好等優(yōu)點(diǎn)。

2 多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置的校準(zhǔn)原理及組成

隨著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展很多經(jīng)典的力學(xué)量如力值、壓力、扭矩、振動(dòng)、沖擊、質(zhì)量等都采用傳感器+（A/D）+計(jì)算機(jī)采集處理來(lái)實(shí)現(xiàn)量值的傳遞，多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置采用同樣的原理（傳感器+智能儀表），即將一種能感受力并按一定的規(guī)律將力轉(zhuǎn)換成可用的輸出信號(hào)（一般為電信號(hào)）。校準(zhǔn)時(shí)采用直接比較法進(jìn)行校準(zhǔn)，這樣不僅可以獲得較高的校準(zhǔn)準(zhǔn)確度并且系統(tǒng)組建簡(jiǎn)單、成本較低、使用方便。通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn)證明該系統(tǒng)是可靠、實(shí)用的，它的投入使用將能迅速、準(zhǔn)確、統(tǒng)一的開展我公司力學(xué)量值的傳遞工作，提高經(jīng)濟(jì)效益。

多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置采用了高精度數(shù)字測(cè)力儀的功能，其核心的技術(shù)是高精度的運(yùn)算放大電路，A/D轉(zhuǎn)換電路和配套的高穩(wěn)定度傳感器激勵(lì)穩(wěn)壓電源。針對(duì)力值計(jì)量中測(cè)力計(jì)量要求精度高的特點(diǎn)，對(duì)以上幾點(diǎn)核心技術(shù)，規(guī)定了必須達(dá)到的技術(shù)要求。

3 測(cè)量不確定度的分析

不確定度的分析與評(píng)定是自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)研制前、研制中尤其是研制后一個(gè)很突出的問(wèn)題。一般可程控儀器的不確定度可以很方便在技術(shù)說(shuō)明書中查到，但是可程控儀器的不確定度不能作為校準(zhǔn)系統(tǒng)的不確定度。不確定度的最終目的是為了給出量值在給定置信概率下的可能變化范圍，一個(gè)校準(zhǔn)裝置的不確定度實(shí)際上是其可作為校準(zhǔn)裝置的資格證明。

3.1測(cè)量不確定度的評(píng)定

3.1.1數(shù)學(xué)模型

3.1.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度的來(lái)源

3.1.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

3.14 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

因?yàn)楦鞑淮_定度分量都是相互獨(dú)立的，相對(duì)合成不確定度uc為：

3.15 相對(duì)擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

U=kuc=1.08×10-3，k=2

綜合以上理論分析和評(píng)定，證明力學(xué)量多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置作為力學(xué)量的校準(zhǔn)是可靠、實(shí)用。

在對(duì)校準(zhǔn)裝置的不確定度評(píng)定中，一次測(cè)量的數(shù)據(jù)不足以反映誤差模式的全部。一套校準(zhǔn)裝置性能指標(biāo)的評(píng)定需要較長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累。只有這樣才能包容引起誤差的各種因素和各種模態(tài)，求得的不確定度才能反應(yīng)系統(tǒng)的真正性能。

4 應(yīng)用

多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置的配置可完善我公司力學(xué)計(jì)量手段，為我公司開展對(duì)大型測(cè)量設(shè)備全方位的質(zhì)量管理提供有力的技術(shù)支持。以往我公司的大型力學(xué)測(cè)量設(shè)備（萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)、數(shù)顯彈簧試驗(yàn)機(jī)、數(shù)顯測(cè)力計(jì)、綜合測(cè)試儀等）都是上級(jí)計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)每年現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)一次，在這一年中這些測(cè)量設(shè)備的計(jì)量特性是否在使用要求范圍內(nèi)，我們無(wú)法監(jiān)控。就會(huì)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。該多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置建標(biāo)后我們根據(jù)測(cè)量設(shè)備使用頻次、穩(wěn)定性、環(huán)境條件、計(jì)量特性等客觀因素，重新確認(rèn)了計(jì)量間隔。除了認(rèn)真執(zhí)行測(cè)量設(shè)備的定期周檢外，狠抓關(guān)鍵設(shè)備的重點(diǎn)檢查、定期抽檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題隨叫到，確保測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤及追溯的可施性。并根據(jù)測(cè)量設(shè)備的歷史曲線跟綜分析發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，測(cè)量數(shù)據(jù)基本作到了數(shù)出一門、量出一家確保測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐、理論分析和評(píng)定，證明了多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置設(shè)計(jì)思想正確、具有良好的可靠性。多參數(shù)綜合校準(zhǔn)裝置在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，可對(duì)多種力學(xué)設(shè)備、儀器儀表進(jìn)行校準(zhǔn)。其操作簡(jiǎn)便、輕巧、實(shí)用。可在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)精度高、穩(wěn)定性好、可靠性強(qiáng)、、具有廣泛的實(shí)用性。該裝置的應(yīng)用可以更好地為我公司軍民品質(zhì)量保駕護(hù)航。

參考文獻(xiàn)

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[2] 潘必卿，劉玉俊，精密電工儀器修理，機(jī)械工業(yè)出版社