旋入式檢驗(yàn)級測壓器鑒選方法研究

王 芳， 李 靜， 孔德仁， 高路鵬

（南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

旋入式檢驗(yàn)級測壓器鑒選方法研究

王 芳， 李 靜， 孔德仁， 高路鵬

（南京理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇南京 210094）

為消除壓力源的波動(dòng)，提出了一種運(yùn)用相對偏差進(jìn)行誤差處理的鑒選方法。以1 cm2旋入式測壓器及常用的φ6mm×9.8mm錐形銅柱作為研究對象，對旋入式檢驗(yàn)級測壓器進(jìn)行了鑒選試驗(yàn)，并結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析處理，對該方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果顯示該鑒選方法更科學(xué)合理。

計(jì)量學(xué)；旋入式檢驗(yàn)級測壓器；鑒選方法；鑒選判據(jù)

1 引 言

銅柱測壓器按照其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及使用對象的不同，可分為旋入式測壓器和放入式測壓器2種［1］。旋入式測壓器主要用于各種槍械、迫擊炮和無后座力炮的火藥燃?xì)鈮毫y量［2］。使用旋入式測壓器進(jìn)行壓力測量，需在被試裝置上加工專用的測壓孔，其測壓精度與銅柱及測壓器的性能密切相關(guān)。按旋入式測壓器的精度等級可分為：工作級測壓器、檢驗(yàn)級測壓器、副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器和標(biāo)準(zhǔn)級測壓器4種［3］。

測壓器的鑒選是從測壓精度和量值傳遞的角度上提出的，是十分重要的工程問題。工程測壓時(shí)采用工作級測壓器及工作級的銅柱。為確保工作級測壓器的測壓準(zhǔn)確度，工程中常采用檢驗(yàn)級測壓器對其性能進(jìn)行考核，檢驗(yàn)級測壓器性能的優(yōu)劣將影響到工作級測壓器的性能［4］。因此，對檢驗(yàn)級測壓器的鑒選及其鑒選判據(jù)研究具有十分重要的工程應(yīng)用意義。

旋入式測壓器分級鑒選［5］通常在專用的彈道槍上進(jìn)行。采用測量精度較被選測壓器精度更高的測壓器作為考核基準(zhǔn)，考核的壓力點(diǎn)有兩點(diǎn)，即高壓點(diǎn)與低壓點(diǎn)。在檢驗(yàn)級測壓器鑒選時(shí)，采用副標(biāo)準(zhǔn)級或標(biāo)準(zhǔn)級測壓器作為參考基準(zhǔn)。在專用彈道槍上設(shè)置有高壓及低壓2個(gè)壓力氣包（2個(gè)氣包在彈道槍上的安裝位置不同），在氣包上可同時(shí)安裝副標(biāo)準(zhǔn)級或標(biāo)準(zhǔn)級測壓器1個(gè)及3個(gè)要鑒選的測壓器［6］。本文將結(jié)合鑒選試驗(yàn)，針對旋入式檢驗(yàn)級測壓器的鑒選方法及判據(jù)進(jìn)行深入研究。

2 旋入式檢驗(yàn)級測壓器鑒選試驗(yàn)

2.1 鑒選試驗(yàn)方法

被遴選的測壓器可以從工作級測壓器中挑選測壓性能較好的，也可以從新生產(chǎn)的測壓器中選取，參考測壓器選用副標(biāo)準(zhǔn)級或標(biāo)準(zhǔn)級的測壓器。由1個(gè)副標(biāo)準(zhǔn)級或標(biāo)準(zhǔn)級測壓器與3個(gè)被選測壓器構(gòu)成1個(gè)測壓組，4個(gè)測壓器分別安裝在同1個(gè)壓力氣包上，如圖1所示。對每個(gè)測壓組分別在高、低壓兩點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)。為反映測壓器的隨機(jī)波動(dòng)及測壓性能的穩(wěn)定性，一般要求有效發(fā)數(shù)大于7發(fā)，并重復(fù)進(jìn)行3個(gè)工作日。本文以1 cm2旋入式測壓器及常用φ6mm×9.8mm錐形銅柱為研究對象進(jìn)行試驗(yàn)研究。

φ6 mm×9.8 mm錐形銅柱測壓范圍為2～156.9 MPa，由于旋入式測壓器主要用于各種輕武器和小口徑炮的膛壓測量，測壓量程較低；同時(shí)，不同的量程范圍需選用不同的壓力對照表，故在鑒選測壓器時(shí)擬定兩個(gè)壓力段進(jìn)行考核：低壓段為10.78 MPa±2.94 MPa；高壓段為38.22 MPa± 3.92 MPa。試驗(yàn)前應(yīng)先對銅柱進(jìn)行預(yù)壓，根據(jù)壓力點(diǎn)范圍，φ6mm×9.8mm錐形銅柱預(yù)壓值為：低壓預(yù)壓值2.9MPa；高壓預(yù)壓值24.5MPa。記錄測壓銅柱的射前高與射后高，查銅柱壓力表后得到所測壓力值。

圖1 測壓裝置

2.2 鑒選試驗(yàn)結(jié)果

將多個(gè)被選測壓器分成了若干個(gè)測壓組在某專用彈道槍上進(jìn)行了膛壓測試試驗(yàn)。由于試驗(yàn)數(shù)據(jù)量較大，在此僅列出其中1個(gè)測壓組的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。將副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器和被選1號、2號、3號測壓器組成1個(gè)測壓組。該測壓組3天低壓段與高壓段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示，每天測量7（發(fā)）組數(shù)據(jù)。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)MPa

對試驗(yàn)結(jié)果中每1發(fā)彈被選測壓器的測量值與該發(fā)所有測壓器的測量值之間求跳差，結(jié)果見表2。

3 鑒選判據(jù)研究

由表2可以看出：在低壓段中，1號被選測壓器單發(fā)跳差波動(dòng)范圍為－0.18～0.33 MPa，而在高壓段的波動(dòng)范圍為－0.57～0.47 MPa，即在高壓段波動(dòng)范圍明顯大于低壓段波動(dòng)范圍；同理，2號測壓器單發(fā)跳差波動(dòng)范圍在低壓段為－0.35～0.05 MPa，高壓段為－0.83～0.52 MPa，高壓段波動(dòng)范圍也大于低壓段波動(dòng)范圍；3號測壓器單發(fā)跳差波動(dòng)范圍在低壓段為－0.38～0.15 MPa，高壓段為－0.67～0.73 MPa，也存在高壓段波動(dòng)范圍大于低壓段波動(dòng)范圍。但3只被選測壓器3天統(tǒng)計(jì)跳差高壓、低壓相差并不大。

同時(shí)對3個(gè)工作日3只被選測壓器綜合分析發(fā)現(xiàn)：在低壓段中，3只被選測壓器單發(fā)跳差總體波動(dòng)范圍為－0.38～0.33 MPa，在高壓段為－0.83～0.73 MPa，仍存在低壓段波動(dòng)范圍小于高壓段的現(xiàn)象，難以評判測壓器的穩(wěn)定性。故需要選擇一種合理的方法消除低壓段與高壓段波動(dòng)范圍相差較大的現(xiàn)象，確定科學(xué)的考核依據(jù)，從而達(dá)到對測壓器有效的鑒選。

表2 跳差統(tǒng)計(jì)表MPa

經(jīng)由上述分析，本文提出了基于相對偏差［7］的判據(jù)方法。采用相對偏差的方法，可以有效消除壓力源波動(dòng)的影響，消除絕對壓力值的偏差。擬選每個(gè)測壓組連續(xù)試驗(yàn)3個(gè)工作日，記為t（t＝1，2，3），分別在高壓和低壓兩個(gè)壓力點(diǎn)測試，記為j（j＝1，2），每個(gè)工作日在每個(gè)壓力點(diǎn)上重復(fù)試驗(yàn)的有效射擊發(fā)數(shù)，記為k（k＝1，…，7）。

（1）對同一壓力點(diǎn)j，考核被選測壓器單發(fā)測量值與副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量值的相對偏差，即：

式中：Pijtk為第i只被選測壓器第j個(gè)壓力點(diǎn)、第t個(gè)工作日、第k發(fā)的測量值；Pfjtk為第t個(gè)工作日副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器第j個(gè)壓力點(diǎn)、第t個(gè)工作日、第k發(fā)的測量值。

該指標(biāo)可考核被選測壓器相對于副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)所測壓力的波動(dòng)狀況，反映測壓器的隨機(jī)性與離散性。

（2）對同一壓力點(diǎn)j，考核被選測壓器單發(fā)測量值與被選測壓器及副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量均值的相對偏差，即：

該指標(biāo)可考核被選測壓器相對于被選測壓器及副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器所測壓力均值的單發(fā)波動(dòng)狀況，反映測壓器的隨機(jī)性及離散性。

（3）對同一壓力點(diǎn)j，考核被選測壓器單發(fā)測量值與被選測壓器及副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量均值的平均偏差，在3個(gè)工作日中21發(fā)數(shù)據(jù)的均值統(tǒng)計(jì)，即：

該指標(biāo)可考核被選測壓器相對被選測壓器及副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器所測壓力均值在3個(gè)工作日的總體波動(dòng)情況，反映測壓器的穩(wěn)定性。

每只被選測壓器均在j個(gè)壓力點(diǎn)上對3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行考核，選出穩(wěn)定性較強(qiáng)、精度較高的測壓器。

采用上述考核指標(biāo)對低壓段與高壓段進(jìn)行分析，結(jié)果如表3所示。

表3 考核指標(biāo)分析（%）

由于指標(biāo)γ與δ的總體趨勢相同，僅對指標(biāo)γ進(jìn)行分析。對低壓段3只被選測壓器3天21發(fā)的單發(fā)測量值與副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量值的相對偏差γ的散點(diǎn)圖如圖2所示。

由圖2可以看出，在低壓段中，2號測壓器γ的波動(dòng)范圍比1號和3號測壓器波動(dòng)范圍小，離散程度較?。?號測壓器和3號測壓器γ波動(dòng)范圍均有個(gè)別值突然增大的現(xiàn)象，穩(wěn)定性相對較差。

對高壓段3只被選測壓器3天21發(fā)的單發(fā)測量值與副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量值的相對偏差γ的散點(diǎn)圖如圖3所示。

由圖3可以看出，在高壓段中，1號測壓器和2號測壓器γ的波動(dòng)范圍比3號測壓器小，離散性能較好；3號測壓器γ的個(gè)別值跳差太大，穩(wěn)定性較差。

考核被選測壓器單發(fā)測量值與被選測壓器及副標(biāo)準(zhǔn)級測壓器單發(fā)測量均值的平均偏差，在3個(gè)工作日中21發(fā)數(shù)據(jù)的均值統(tǒng)計(jì)η，所得統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

圖2 低壓段γ散點(diǎn)圖

圖3 高壓段γ散點(diǎn)圖

表4 η統(tǒng)計(jì)結(jié)果（%）

綜合考慮3個(gè)考核指標(biāo)γ、δ和η，不論在低壓段與高壓段，2號測壓器均表現(xiàn)出較好的性能狀態(tài)；1號測壓器次之；3號測壓器相對較差。

4 結(jié) 論

本文建立了一種旋入式檢驗(yàn)級測壓器的新評定方法，以1 cm2旋入式測壓器及常用φ6 mm×9.8 mm錐形銅柱作為研究對象進(jìn)行檢驗(yàn)級測壓器鑒選試驗(yàn)。并采用新的評定方法對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了評判。該判據(jù)能更客觀地表示出測壓器的性能優(yōu)劣，更加真實(shí)地描述了測量的精確程度。

［1］ 孔德仁，狄長安，范啟勝.塑性測壓技術(shù)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，2006，9－10.

［2］ 華東工學(xué)院《內(nèi)彈道實(shí)驗(yàn)原理》編寫組.內(nèi)彈道實(shí)驗(yàn)原理［M］.國防工業(yè)出版社，1984，14－17.

［3］ 王昌明.實(shí)用彈道學(xué)［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1994，124－126.

［4］ 劉素潔.測壓銅柱的靜態(tài)一致性及靜動(dòng)差研究［D］.南京：南京理工大學(xué).2008.

［5］ 劉冰冰.測壓銅柱靜態(tài)標(biāo)定體制的研究［D］.南京：南京理工大學(xué).2009.

［6］ 張超.塑性測壓器鑒選方法研究及實(shí)踐［D］.南京：南京理工大學(xué).2011.

［7］ 費(fèi)業(yè)泰.誤差理論與數(shù)據(jù)處理［M］.第5版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005，1－4.

［8］ 孔德仁，朱蘊(yùn)璞，狄長安.工程測試技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2004，107－109.

［9］ 鄧欣偉.內(nèi)彈道的膛壓檢測方法研究［J］.沈陽理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，27（3）：9－11.

Study on Selection Method for the Testing-level Crusher Gauge of Circum flex Type

WANG Fang， LI Jing， KONG De-ren， GAO Lu-peng
（School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Najing，Jiangsu 210094，China）

The selection method using relative deviation to execute error processing is proposed to eliminate the fluctuation of stressors.With the crusher gauge of circumflex type with 1 cm2and the conical copper cylinderswithφ6mm ×9.8mm as the research objects，the test selecting aremade for the testing-level crusher gauge of circumflex type.And with the analysis and treatment of the experimental data，the proposed assessment and the feasibility of themethod has been validated.The results showe that the electionmethod ismore scientific and rational.

Metrology；Testing-level crusher gauge of circumflex type；Selectionmethod；Selection criterion

TB935

A

1000-1158（2014）04-0339-05

10．3969／j．issn．1000-1158．2014．04．08

2012-06-25；

2012-09-14

王芳（1966－），女，山西大同人，南京理工大學(xué)博士研究生，主要從事武器動(dòng)態(tài)參數(shù)測試。wangfang＠m(xù)ail.njust.edu.cn