呼延剛毅，雷天人

（西控國際，陜西 西安 710000）

目前，我公司產(chǎn)品性能測試試驗器從其產(chǎn)品研制過程，可分為預(yù)研產(chǎn)品專用測試設(shè)備，批產(chǎn)產(chǎn)品試驗器。對于批產(chǎn)產(chǎn)品試驗器，從功能試驗上分為產(chǎn)品性能調(diào)整試驗臺、磨合運轉(zhuǎn)試驗臺，從元件試驗臺到產(chǎn)品調(diào)試試驗臺基本定位為性能調(diào)試試驗臺，關(guān)系到產(chǎn)品功能特性，極其重要。

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

產(chǎn)品試驗器設(shè)計依據(jù)產(chǎn)品性能試驗技術(shù)協(xié)議書而設(shè)計，技術(shù)協(xié)議書是根據(jù)產(chǎn)品性能試驗大綱要求編制的，依據(jù)產(chǎn)品試驗器各種測試系統(tǒng)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(shù)據(jù)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(chǎn)品試驗器測試系統(tǒng)特點

產(chǎn)品試驗器是一種非標試驗設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能特殊，主要針對滿足軍工產(chǎn)品性能試驗而設(shè)計的，屬于特種試驗設(shè)備。產(chǎn)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(chǎn)品工作各種模擬工況狀態(tài)；試驗器測試系統(tǒng)主要承擔產(chǎn)品模擬工作狀態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)采集與試驗器模擬工作狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測與控制。另外，測控部分還承擔設(shè)備正常工作運行參數(shù)的監(jiān)測，根據(jù)試驗器的組成及其功能，依據(jù)測試儀表所承擔的測量與監(jiān)視任務(wù)，可按以下原則進行分類管理。

從試驗器設(shè)計理念來說，產(chǎn)品試驗器測試儀表可劃分為四類：第一類是產(chǎn)品工作狀態(tài)性能參數(shù)測量儀表；第二類是試驗器為產(chǎn)品提供模擬工作狀態(tài)的控制參數(shù)，也可認為是產(chǎn)品模擬工作狀態(tài)條件參數(shù)，承擔這類參數(shù)測量儀表劃分第二類；第三類是產(chǎn)品試驗器正常工作狀態(tài)監(jiān)測儀表或安全防護參數(shù)測量儀表；第四類是針對一個測試口而設(shè)計的模擬指針儀表及具備遠傳通信功能的數(shù)字測量儀表，它們承擔同樣測試功能，規(guī)定模擬指針儀表為監(jiān)視測量儀表，數(shù)顯通信功能數(shù)字測量系統(tǒng)儀表（或計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）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(yīng)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(xù)檢定時保持在所期望的合格范圍內(nèi)的概率。從圖1不難看出，測量儀表經(jīng)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(jié)合產(chǎn)品試驗器測試系統(tǒng)功能進行儀表分類管理[4-5]

依據(jù)試驗器測試系統(tǒng)設(shè)計理念，按照儀表測量可靠性R（t）變化機理，結(jié)合產(chǎn)品試驗器測試儀表特點進行如下儀表分類和檢定周期預(yù)假設(shè)：

1）產(chǎn)品在工作狀態(tài)下用于性能錄取的測量儀表按B類儀表管理

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

2）試驗器為產(chǎn)品提供模擬工況狀態(tài)的監(jiān)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(chǎn)品模擬工況狀態(tài)，用于監(jiān)測與控制這種狀態(tài)的測量儀表，視為產(chǎn)品錄取性的條件參數(shù)，依據(jù)現(xiàn)有關(guān)定期管理規(guī)定，用于定型批產(chǎn)產(chǎn)品測量儀表按2個月預(yù)假設(shè)周期進行檢定，用于研制階段的測量儀表按3個月預(yù)假設(shè)周期進行檢定。

3）用于試驗器正常工作監(jiān)測或安全預(yù)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(jiān)測及安全防護檢測儀表，由于不作為產(chǎn)品性能錄取參數(shù)，可按監(jiān)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(tǒng)的測試儀表管理。一個測試口兩套測試系統(tǒng)試驗器，普遍存在有調(diào)試間和操控間的試驗間，調(diào)試間存在一套模擬指針儀表測試系統(tǒng)，操控間存在一套數(shù)顯測試系統(tǒng)或計算機數(shù)采系統(tǒng)。產(chǎn)品性能錄取以數(shù)顯測試系統(tǒng)或計算機數(shù)采測試系統(tǒng)為準，調(diào)試間模擬儀表主要是以試驗工作為參考調(diào)整產(chǎn)品。因此，對于調(diào)試間的模擬儀表可作為B類表，按4個月預(yù)假設(shè)周期進行檢定；對于數(shù)顯測試儀表及傳感器按B類，按6個月預(yù)假設(shè)周期進行檢定；數(shù)采系統(tǒng)按12個月預(yù)假設(shè)周期進行校準。

2 測試系統(tǒng)儀表周期管理技術(shù)論證[8-10]

2.1 測試系統(tǒng)可靠性模型建立

可靠性指標是測試系統(tǒng)的一個重要指標，合理確定檢定周期既關(guān)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(yù)假設(shè)周期合理性進行一下技術(shù)論證。

我公司產(chǎn)品性能試驗器，承擔測試工作主要由模擬指針儀表、數(shù)顯測試系統(tǒng)或計算機數(shù)采系統(tǒng)構(gòu)成，這三種測試系統(tǒng)在公司產(chǎn)品性能試驗器上廣泛存在，因此，研究建立測試系統(tǒng)可靠性數(shù)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(tǒng)建立數(shù)學模型，來研究其可靠性，以驗證預(yù)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(tǒng)可靠性，可以通過評價壓力表在一定時間間隔內(nèi)其計量性能在規(guī)定測量精度范圍內(nèi)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(shù)性能指標超出其規(guī)定技術(shù)范圍內(nèi)的概率將增大。利用可靠性模型（即通過對測量器具參數(shù)建立相應(yīng)的數(shù)學模型）確定壓力表的檢定周期，可根據(jù)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(jù)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(nèi)，壓力表的可靠性水平維持在合格范圍之內(nèi)，保障壓力表能夠可靠地、準確地完成產(chǎn)品性能試驗測量任務(wù)。

壓力表可靠性主要通過其內(nèi)部的關(guān)鍵敏感元件（彈簧管）可靠性來保證，根據(jù)敏感元件的可靠性知識，壓力表的故障模型服從指數(shù)分布。根據(jù)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(tǒng)的可靠性示值指標與使用時間服從指數(shù)函數(shù)的模型，即

式中：λ為常數(shù)；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(tǒng)計的不合格數(shù)，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(tǒng)計之列，對于與測量準確度無關(guān)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(xiàn)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(yīng)列入壓力表測量器具計量周期的不合格數(shù)種，否則就改變了數(shù)學模型。另外，在作檢定數(shù)據(jù)統(tǒng)計時，一定要注意所采用數(shù)據(jù)的有效性、一致性和連續(xù)性。

2.2 可靠性模型參數(shù)的確定

通過采用最大似然估計法對可靠性模型的相應(yīng)參數(shù)進行評估。最大似然估計法是建立在數(shù)理統(tǒng)計和大量數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，通過對似然函數(shù)的概率分布函數(shù)，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(shù)。

根據(jù)確定的壓力表測量系統(tǒng)可靠性函數(shù)，可以假設(shè)壓力測量器具失效時間概率分布函數(shù)也為指數(shù)函數(shù)，其失效時間概率分布函數(shù)為

構(gòu)造似然函數(shù)如下：

n為所觀測的檢定樣本數(shù)；Ii為第i次所觀察到的檢定時間。

對似然函數(shù)取對數(shù)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(shù)為R（Ii）e-λIi

＝e-λˉIi.設(shè)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(jù)樣本量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計確立對應(yīng)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(shù)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(jié)果進行取整操作。

2.3 壓力表測量系統(tǒng)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(xù)40個月檢定結(jié)果進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，XC578試驗設(shè)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(shè)備壓力表測量系統(tǒng)可靠性目標滿足期望值R.

表1 檢定結(jié)果統(tǒng)計表

則

一般情況下，壓力表測試系統(tǒng)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(shù)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(nèi)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(yù)估的檢定周期一致，說明預(yù)估的檢定周期能保證測試系統(tǒng)可靠，否則，重新確定壓力表的檢定周期，根據(jù)后期檢定數(shù)據(jù)，按此類方法進行統(tǒng)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(tǒng)均可建立相應(yīng)的數(shù)學模型，用同樣的評估方法驗證預(yù)先設(shè)置的檢定周期是否合理，根據(jù)這一原則，進行相應(yīng)的周期調(diào)整。

3 結(jié)束語

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

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