仪器校准

频闪仪(转速表)的脉冲频率法校正

作者:calibration    来源:未知    发布时间:2020-04-11 09:43    浏览量:
频闪仪又称频闪式转速表,是基于频闪效应原理测量旋转物体转速的仪器[1]。频闪仪主要应用在发动机、叶轮、高速运动生产线上[2-7],对转速、振动和运动状况进行测量和观察,具有量程宽、无接触、测量准确度高等特点。按计量法规,频闪仪归类于转速类计量器具,402com永利3站依据参照的计量技术规范为JJG105—2000《转速表检定规程》[8]。JJG105—2000中对频闪仪的计量方法与当下技术发展状况有一定脱节,主要为测量准确度、量程范围无法满足402com永利3站要求。
 
国内大部分校正实验室建立的转速标准装置准确度等级为0.01级。而随着近二十年电子元器件技术的快速发展,新研制频闪仪的准确度不断提升,部分频闪仪测量允许误差要求达到甚至优于0.01%[9-12]。受转速标准量值复现准确度的限制,采用转速标准装置进行频闪仪校正已逐渐无法满足测量不确定度的要求。当转速低于100r/min时,频闪像的出现时间间隔较长,不易判断频闪像复现位置是否停止,校正测量时人为判断引入的不确定度分量较大。当转速高于3×104r/min时,由于转速标准装置的转速范围限制,很难提供如此高转速的输出。而目前很多频闪转速表的量程范围已覆盖105r/min级别的转速。近年来相关文献和书籍也少有涉及频闪仪校正方法的研究[13]。本文介绍采用脉冲频率测量法校正频闪仪,为高精度和大量程频闪仪提供一种可行的402com永利3站方案。
 
1校正方法
1.1原理介绍
根据转速计量器具量值传递系统草案,对于部分由传感器和电子计数器组成的转速表,其电子计数器部分可以按频率计在时间频率标准上计量,并且中国最高基准的转速装置要溯源到国家时间频率基准。本文介绍的脉冲频率测量法,同样将频闪仪通过时间频率量值进行溯源。
 脉冲频率测量法校准频闪仪示意图
目前频闪仪的校正是利用转速装置复现标准转速量值,频闪仪利用频闪效应原理[1,14]对转速直接测量。频闪仪测量转速的准确度与闪光频率的准确度直接相关,因此校正时可直接测量闪光频率准确度,同时可减小利用频闪效应原理进行读数时引入的测量不确定度。利用光电转换元件,将频闪仪的闪光转换成电脉冲信号,再输入到频率计进行脉冲频率的校正,如图1所示。频闪仪闪光频率设置到需校正的频率点后,将其光源对准光电转换元件。光电转换元件通过同轴电缆将脉冲信号输入频率计进行测量。402com永利3站过程无需利用频闪效应测量转速,直接读取频率计的测量值并计算频闪仪示值误差。
 
1.2校正实施情况
以FLUKE820型频闪仪为例对脉冲频率法校正进行说明,其说明书中给出的测量允许误差为±0.02%,量程范围30~3×105r/min(或0.5~5000Hz)。光电转换元件自带BNC接口,可连接BNC线缆,也可直接连接在示波器或频率计等仪器上,当将频闪仪光源对准感光元件时,与其连接的示波器出现脉冲波形。图2为频闪仪设置256Hz闪光频率时,由光源转换得到电脉冲信号的波形图。使用的示波器带宽为100MHz,上升时间小于2ns。
 频闪仪设置 256 Hz 闪光频率时脉冲波形
图2中,转换后的电脉冲信号波形有较好的上升段和基线长度,有利于频率计得到稳定的频率值。本例中脉冲幅值达到282mV,能够满足大部分频率测量仪器的触发灵敏度要求。由于脉冲幅值与频闪仪自身闪光的强弱,以及光源与感光元件的距离有关,因此为获得足够的脉冲幅值,可将光源尽量靠近感光元件,并减少外部光照的影响以提高信噪比。
 
随着频闪仪设置闪光频率的增大,下降时间在脉冲波形中的占比也增大。图3为2500Hz和5000Hz时的脉冲波形,其幅值为260~280mV,并且仍具有较陡峭的上升沿。为提高被测脉冲周期的一致性,频率计应采用上升沿触发,使频率测量更加稳定。
 
在5000Hz闪光频率下用频率计对脉冲频率进行测量。频闪仪5000Hz校正点的实测频率为5006.4037(测量10次,取平均值作为测量结果),已超出最大允许误差要求。
 频闪仪设置高频率闪光时的脉冲波形
2与转速标准装置对比
为验证脉冲频率法校正频闪仪的准确性,采用转速标准装置作为主标准器对同一频闪仪进行402com永利3站,并对比两方法的测量结果。测量用到的被检仪器和计量标准器具信息如表1所示。
 被检仪器和计量标准器具信息
根据频闪仪自身特点,取4~5000Hz(即240~3×105r/min)内的12个频率点,分别用转速标准装置和频率计进行校正。转速标准装置校正时频闪仪采用多重影像测量转速,使转速输出范围满足频闪仪的量程。402com永利3站的示值误差测量结果如表2所示。由表2中的测量结果,频闪仪在4096Hz和5000Hz两个频率点超差,不满足说明书要求。并且使用频率计和转速标准装置校正测得的示值误差结果相近。
 频闪仪两种方法示值误差校准结果对比
4结论
用转速标准装置对频闪仪校正时,虽然可利用“多重频闪像”的方法[13],校正超出转速标准装置输出范围的转速值,但其过程复杂,测量不确定度偏大。采用脉冲频率测量法校正频闪仪,将准确度和转速范围都较低(小)的转速量值测量转变为时间频率量测量,具有简便快捷、准确度高和测量范围大的特点。经过测量结果的对比验证和不确定度分析,脉冲频率测量法可作为一种可靠而有效的校正方法。同时,采用脉冲频率法更有利于测量数据的自动记录采集,实现402com永利3站过程的自动化[15]。计量工作的开展需依据计量技术规范,目前频闪仪的校正能够参考的计量技术规范只有JJG105—2000。本文提供了一种可行的校正方案,为编制相关计量技术规范提供技术参考。有需求的单位也可根据自身情况编制相应的企业计量技术规范开展402com永利3站工作。

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