FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩計量校準(zhǔn)研究

張華，張昌俊，張伏龍

(中國人民解放軍63963 部隊計量站，北京100072)

0 引言

發(fā)動機(jī)試驗作為裝備鑒定、論證和綜合技術(shù)保障研究的重要組成部分，是制約動力系統(tǒng)發(fā)展的重要因素之一。針對國內(nèi)發(fā)動機(jī)試驗臺單臺架、單發(fā)動機(jī)試驗?zāi)Ｊ?，無法解決用一系統(tǒng)實現(xiàn)對不同發(fā)動機(jī)、測功器的測量多樣性問題，根據(jù)被測信號和控制對象特征，利用原有的試驗臺臺架，采用自適應(yīng)控制、智能化測量和現(xiàn)場總線技術(shù)等開發(fā)的FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺，有效的解決了上述難題。保證該試驗臺的量值準(zhǔn)確是其開展試驗工作的前提和基礎(chǔ)，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩是發(fā)動機(jī)功率輸出的一項重要技術(shù)參數(shù)，本文以轉(zhuǎn)矩參數(shù)為計量校準(zhǔn)對象，對其進(jìn)行不確定度的分析與評定。

1 FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩測量介紹

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

FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺選用工業(yè)控制計算機(jī)為主控計算機(jī)，配以A/D 板、計數(shù)板等組成。轉(zhuǎn)矩、油門、水門反饋信號調(diào)理成0 ～10 V 的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換，變成計算機(jī)所需的控制量。轉(zhuǎn)速信號經(jīng)過整形、光電隔離處理后，送到計數(shù)板，經(jīng)計數(shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制量。計算機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，綜合使用者的給定狀態(tài)，經(jīng)過一系列控制算法的運算，變成直接推動油、水門控制器的模擬信號，實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)和測功機(jī)的工況控制。測功機(jī)采用了Y ～660 S 水力測功機(jī)，可運行自然特性、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)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩計量方法確定及計量試驗驗證

2.1 FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩測量參數(shù)計量方法確定

針對FCKS 發(fā)動機(jī)臺轉(zhuǎn)矩測量參數(shù)的計量測試需求，依據(jù)JJG653 －2003《測功裝置檢定規(guī)程》，以順向加載為例，采用直接比較法對其進(jìn)行計量檢定，既在測控系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩輸入端杠桿上依次添加多個標(biāo)準(zhǔn)砝碼，轉(zhuǎn)矩傳感器將砝碼產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩信號進(jìn)行放大后，輸入到工控計算機(jī)，經(jīng)通過工控計算機(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)行對比，從而實現(xiàn)對其的計量測試。

2.2 FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩參數(shù)測量的計量驗證

采用上述方法對FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩測量參數(shù)的計量測試結(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為被檢測功裝置轉(zhuǎn)矩測量范圍的上限值，為5000 Nm。

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

示值重復(fù)性測試:

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

表2 示值重復(fù)性測試結(jié)果

表2 中，Sn( x) 貝塞爾公式法計算，Sx1=

3 FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺轉(zhuǎn)矩測量結(jié)果不確定度評定

對被檢FCKS 發(fā)動機(jī)試驗臺，出廠編號為:981003(環(huán)境條件:溫度20℃，濕度42%)進(jìn)行不確定度評定。系統(tǒng)的不確定度分量有:測量重復(fù)性引入的不確定度、測量標(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 點為例進(jìn)行不確定度分析:

1)被測系統(tǒng)600 Nm 點測量重復(fù)性引入的不確定度分量為

2)測量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度

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

杠桿的極限誤差: ±0.05%，估計為均勻分布，包含因子k 取，則uL= 0.0005/=2.9 ×10－4，絕對值為: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)動機(jī)試驗臺轉(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《測功裝置檢定規(guī)程》要求，不確定度評定得到了驗證。本文對測量結(jié)果的不確定度分析和評定，也可以為該試驗臺其余參數(shù)的測量結(jié)果的不確定度評定提供參考。

［1］Y 系列P 型水力測功機(jī)使用說明書［Z］

［2］《發(fā)動機(jī)測控試驗臺的研制》歸檔材料［Z］