張華，張昌俊，張伏龍

(中國(guó)人民解放軍63963 部隊(duì)計(jì)量站，北京100072)

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)作為裝備鑒定、論證和綜合技術(shù)保障研究的重要組成部分，是制約動(dòng)力系統(tǒng)發(fā)展的重要因素之一。針對(duì)國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)單臺(tái)架、單發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，無(wú)法解決用一系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)不同發(fā)動(dòng)機(jī)、測(cè)功器的測(cè)量多樣性問(wèn)題，根據(jù)被測(cè)信號(hào)和控制對(duì)象特征，利用原有的試驗(yàn)臺(tái)臺(tái)架，采用自適應(yīng)控制、智能化測(cè)量和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)等開發(fā)的FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，有效的解決了上述難題。保證該試驗(yàn)臺(tái)的量值準(zhǔn)確是其開展試驗(yàn)工作的前提和基礎(chǔ)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩是發(fā)動(dòng)機(jī)功率輸出的一項(xiàng)重要技術(shù)參數(shù)，本文以轉(zhuǎn)矩參數(shù)為計(jì)量校準(zhǔn)對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行不確定度的分析與評(píng)定。

1 FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩測(cè)量介紹

系統(tǒng)由PC 總線工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、測(cè)量控制系統(tǒng)、水力測(cè)功機(jī)等組成。系統(tǒng)總體框圖見圖1。

FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為主控計(jì)算機(jī)，配以A/D 板、計(jì)數(shù)板等組成。轉(zhuǎn)矩、油門、水門反饋信號(hào)調(diào)理成0 ～10 V 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，變成計(jì)算機(jī)所需的控制量。轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)整形、光電隔離處理后，送到計(jì)數(shù)板，經(jīng)計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制量。計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，綜合使用者的給定狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一系列控制算法的運(yùn)算，變成直接推動(dòng)油、水門控制器的模擬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和測(cè)功機(jī)的工況控制。測(cè)功機(jī)采用了Y ～660 S 水力測(cè)功機(jī)，可運(yùn)行自然特性、轉(zhuǎn)速平方控制、恒轉(zhuǎn)速控制及恒轉(zhuǎn)矩控制方式等。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩計(jì)量方法確定及計(jì)量試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩測(cè)量參數(shù)計(jì)量方法確定

針對(duì)FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)轉(zhuǎn)矩測(cè)量參數(shù)的計(jì)量測(cè)試需求，依據(jù)JJG653 －2003《測(cè)功裝置檢定規(guī)程》，以順向加載為例，采用直接比較法對(duì)其進(jìn)行計(jì)量檢定，既在測(cè)控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸入端杠桿上依次添加多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)砝碼，轉(zhuǎn)矩傳感器將砝碼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行放大后，輸入到工控計(jì)算機(jī)，經(jīng)通過(guò)工控計(jì)算機(jī)處理后在顯示器上顯示，然后將顯示值與標(biāo)準(zhǔn)砝碼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行對(duì)比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)其的計(jì)量測(cè)試。

2.2 FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩參數(shù)測(cè)量的計(jì)量驗(yàn)證

采用上述方法對(duì)FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩測(cè)量參數(shù)的計(jì)量測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

式中:WF為示值誤差;為進(jìn)程中的三次平均值;M 為標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)矩。

表1 測(cè)試結(jié)果

示值重復(fù)性:RF=，其中Tmax為進(jìn)程中示值的最大值，Tmin為進(jìn)程中示值的最小值;Tu為被檢測(cè)功裝置轉(zhuǎn)矩測(cè)量范圍的上限值，為5000 Nm。

通過(guò)上表可以知道，該系統(tǒng)的示值誤差絕對(duì)值小于0.5%，示值重復(fù)性小于0.5%，示值回程誤差絕對(duì)值小于0.5%，則該系統(tǒng)滿足其設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，達(dá)到了B 級(jí)。

示值重復(fù)性測(cè)試:

分別選取:600，2400，4800Nm 進(jìn)行進(jìn)程重復(fù)性測(cè)試，分別測(cè)量六次，數(shù)據(jù)如表2 所示。

表2 示值重復(fù)性測(cè)試結(jié)果

表2 中，Sn( x) 貝塞爾公式法計(jì)算，Sx1=

3 FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

對(duì)被檢FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)，出廠編號(hào)為:981003(環(huán)境條件:溫度20℃，濕度42%)進(jìn)行不確定度評(píng)定。系統(tǒng)的不確定度分量有:測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度、分辯力引入的不確定度分量等。下面以600 Nm 點(diǎn)為例進(jìn)行不確定度分析:

1)被測(cè)系統(tǒng)600 Nm 點(diǎn)測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量為

2)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度

砝碼的極限誤差為: ±0.02%，估計(jì)為均勻分布，包含因子k 取，則uF= 0.0002/=1.2 ×10－4，絕對(duì)值為:0.047 N;

杠桿的極限誤差: ±0.05%，估計(jì)為均勻分布，包含因子k 取，則uL= 0.0005/=2.9 ×10－4，絕對(duì)值為:4.4 ×10－4m

3)系統(tǒng)的分辯力引入的不確定度分量

系統(tǒng)的分辯力為0.1 Nm

4)合成不確定度

同理可以求出2400 Nm 點(diǎn)和4800 Nm 的合成不確定度分別為:0.70 Nm 和3.3 Nm

則其擴(kuò)展不確定度范圍為:0.380.19 ～6.6 Nm(k=2)。

4 結(jié)論

該FCKS 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)轉(zhuǎn)矩的擴(kuò)展不確定度小于其允許誤差極限±25 Nm，符合檢定規(guī)程JJG653 －2003《測(cè)功裝置檢定規(guī)程》要求，不確定度評(píng)定得到了驗(yàn)證。本文對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析和評(píng)定，也可以為該試驗(yàn)臺(tái)其余參數(shù)的測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定提供參考。

［1］Y 系列P 型水力測(cè)功機(jī)使用說(shuō)明書［Z］

［2］《發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)控試驗(yàn)臺(tái)的研制》歸檔材料［Z］