多參數(shù)綜合校準裝置的構想

李長征 李雅馨

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

關鍵詞：多參數(shù)；測量不確定度；應用

0 引言

近年來，隨著我公司型號產(chǎn)品的升級換代，科研生產(chǎn)技術水平不斷提高，各單位的試驗設備、儀器儀表也不斷更新和增加，而且測量設備日趨參數(shù)多、功能強、指標高，這些儀器儀表的準確性將直接影響我公司產(chǎn)品高質量發(fā)展。

1 多參數(shù)綜合校準裝置的設想

近年來，我公司陸續(xù)購置了部分試驗設備、儀器儀表，種類繁多、數(shù)量大、使用頻次高、涉及面廣。這些儀器儀表的準確與否將直接影響著產(chǎn)品的質量和人身的安全。在這之前，這些計量儀器都是送檢。周期長（10-30天）、費用高，而且對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水平、為了使我公司的量值傳遞工作能迅速、準確、統(tǒng)一。因此迫切需要一種準確度高、能進行現(xiàn)場校準、覆蓋面廣、校準參數(shù)多的綜合性校準裝置。

顧名思義，多參數(shù)綜合校準裝置就是把若干個測量參數(shù)根據(jù)不同的場合，不同的需要組合在一起，成為一種新的校準裝置。運用這一設計思想，即用綜合效能代替單一性能。并以高可靠性、高質量、高精度、多功能合一為中心設計來保證多參數(shù)綜合校準裝置具有良好的性能。

由于大量的力學設備具有固定安裝和連續(xù)性，如按傳統(tǒng)的設計方法要覆蓋我公司現(xiàn)有的力學設備、儀器儀表需要建立四套標準器：（1）測力計標準；（2）壓力傳感器、壓力表標準；（3）萬能試驗機標準；（4）扭矩標準。并且存在功能單一、科技含量低、精度等級低、覆蓋面窄、配套設備多、建標費用高、不能現(xiàn)場檢測等缺點，限制了我公司計量檢測工作向在線測量和自動化方向的發(fā)展。

拋開傳統(tǒng)設計思想，依照多參數(shù)綜合校準裝置設計目標，對全公司的計量器具進行了研究和論證。綜合設想了力值、壓力、扭矩三參數(shù)之間的內(nèi)在關系。即設想到不同之處又綜合了相似之處，可以設計集高質量、多功能為一體的多參數(shù)綜合校準裝置。該校準裝置能隨時隨地現(xiàn)場在線校準，能及時發(fā)現(xiàn)問題，采取措施，確保計量檢測數(shù)據(jù)準確可靠。且有攜帶使用方便、準確度高、實時性好等優(yōu)點。

2 多參數(shù)綜合校準裝置的校準原理及組成

隨著傳感器技術和微機技術的發(fā)展很多經(jīng)典的力學量如力值、壓力、扭矩、振動、沖擊、質量等都采用傳感器+（A/D）+計算機采集處理來實現(xiàn)量值的傳遞，多參數(shù)綜合校準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)律將力轉換成可用的輸出信號（一般為電信號）。校準時采用直接比較法進行校準，這樣不僅可以獲得較高的校準準確度并且系統(tǒng)組建簡單、成本較低、使用方便。通過分析和實驗證明該系統(tǒng)是可靠、實用的，它的投入使用將能迅速、準確、統(tǒng)一的開展我公司力學量值的傳遞工作，提高經(jīng)濟效益。

多參數(shù)綜合校準裝置采用了高精度數(shù)字測力儀的功能，其核心的技術是高精度的運算放大電路，A/D轉換電路和配套的高穩(wěn)定度傳感器激勵穩(wěn)壓電源。針對力值計量中測力計量要求精度高的特點，對以上幾點核心技術，規(guī)定了必須達到的技術要求。

3 測量不確定度的分析

不確定度的分析與評定是自動檢測系統(tǒng)研制前、研制中尤其是研制后一個很突出的問題。一般可程控儀器的不確定度可以很方便在技術說明書中查到，但是可程控儀器的不確定度不能作為校準系統(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，一個校準裝置的不確定度實際上是其可作為校準裝置的資格證明。

3.1測量不確定度的評定

3.1.1數(shù)學模型

3.1.2 標準不確定度的來源

3.1.3 標準不確定度分量的評定

3.14 合成標準不確定度的評定

因為各不確定度分量都是相互獨立的，相對合成不確定度uc為：

3.15 相對擴展不確定度的評定

U=kuc=1.08×10-3，k=2

綜合以上理論分析和評定，證明力學量多參數(shù)綜合校準裝置作為力學量的校準是可靠、實用。

在對校準裝置的不確定度評定中，一次測量的數(shù)據(jù)不足以反映誤差模式的全部。一套校準裝置性能指標的評定需要較長時間的數(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系統(tǒng)的真正性能。

4 應用

多參數(shù)綜合校準裝置的配置可完善我公司力學計量手段，為我公司開展對大型測量設備全方位的質量管理提供有力的技術支持。以往我公司的大型力學測量設備（萬能材料試驗機、數(shù)顯彈簧試驗機、數(shù)顯測力計、綜合測試儀等）都是上級計量技術機構每年現(xiàn)場校準一次，在這一年中這些測量設備的計量特性是否在使用要求范圍內(nèi)，我們無法監(jiān)控。就會對產(chǎn)品的質量產(chǎn)生影響。該多參數(shù)綜合校準裝置建標后我們根據(jù)測量設備使用頻次、穩(wěn)定性、環(huán)境條件、計量特性等客觀因素，重新確認了計量間隔。除了認真執(zhí)行測量設備的定期周檢外，狠抓關鍵設備的重點檢查、定期抽檢發(fā)現(xiàn)問題隨叫到，確保測量數(shù)據(jù)準確無誤及追溯的可施性。并根據(jù)測量設備的歷史曲線跟綜分析發(fā)現(xiàn)問題及時處理，測量數(shù)據(jù)基本作到了數(shù)出一門、量出一家確保測量數(shù)據(jù)的準確可靠。

5 結束語

通過實踐、理論分析和評定，證明了多參數(shù)綜合校準裝置設計思想正確、具有良好的可靠性。多參數(shù)綜合校準裝置在滿足設計要求的同時，可對多種力學設備、儀器儀表進行校準。其操作簡便、輕巧、實用?？稍诂F(xiàn)場對設備進行校準，校準精度高、穩(wěn)定性好、可靠性強、、具有廣泛的實用性。該裝置的應用可以更好地為我公司軍民品質量保駕護航。

參考文獻

[1] 曾令儒，計量培訓教材，原子能出版社，2002

[2] 潘必卿，劉玉俊，精密電工儀器修理，機械工業(yè)出版社