基于數(shù)控機(jī)床的保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測(cè)量不確定度評(píng)定

李麟，張軍，葉超

(中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽(yáng)621900)

隨著數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床水平不斷提高，機(jī)械制造業(yè)發(fā)生了根本性的變化。目前，數(shù)控機(jī)床已經(jīng)作為制造業(yè)的母機(jī)而被廣泛使用，數(shù)控機(jī)床水平的高低也成為了一個(gè)國(guó)家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和增強(qiáng)國(guó)防實(shí)力起著舉足輕重的作用。因此，數(shù)控機(jī)床質(zhì)量好壞和安全與否，將直接影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。機(jī)床安全檢查是國(guó)家規(guī)定的強(qiáng)制性檢測(cè)項(xiàng)目，而保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)作為電氣安全中重要的組成部分，其準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果對(duì)人和設(shè)備的安全顯得尤為重要。但是，目前對(duì)保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測(cè)量的不確定度評(píng)定分析較少，測(cè)量結(jié)果不夠精確。因此，針對(duì)數(shù)控機(jī)床的保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)，詳細(xì)介紹了保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測(cè)量時(shí)標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成不確定度和擴(kuò)展不確定度的評(píng)定方法。期望通過(guò)對(duì)該類測(cè)量的不確定度分析，為今后保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性電阻的精確測(cè)量提供理論依據(jù)。

1 測(cè)量方法和過(guò)程

機(jī)床保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)方法主要參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 26679-2011 《機(jī)床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)規(guī)范》［1］。試驗(yàn)在被測(cè)電氣設(shè)備的外部保護(hù)接地端子PE 和保護(hù)聯(lián)結(jié)電路部件的有關(guān)點(diǎn)之間進(jìn)行，試驗(yàn)電流為0.2 ～10 A，試驗(yàn)電源選為24 V AC 或DC 的獨(dú)立電源SELV［2］。文中以數(shù)控機(jī)床電柜門(mén)的PE 點(diǎn)作為測(cè)試點(diǎn)，通過(guò)多次測(cè)量，分析保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測(cè)量的不確定度。

測(cè)量方法為使用安規(guī)測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。安規(guī)測(cè)試儀是經(jīng)過(guò)法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)的合格產(chǎn)品，并處在有效期內(nèi)，其最大允許誤差為±10%rdg。測(cè)試時(shí)，選擇“Protective conductor”擋位，設(shè)置Duration 值為10 s，根據(jù)實(shí)際測(cè)試情況選擇測(cè)試導(dǎo)線截面積和Limit Value，參數(shù)設(shè)置好后即可按“Start”開(kāi)始測(cè)試。安規(guī)測(cè)試儀測(cè)試結(jié)果顯示為電壓降和保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻值，因此，測(cè)試結(jié)果可以直接讀出。

2 測(cè)量不確定度來(lái)源分析

當(dāng)測(cè)試環(huán)境溫度5 ～40 ℃、相對(duì)濕度40% ～75%RH 時(shí)，溫度影響可以忽略不計(jì)。因此，保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻RE測(cè)量不確定度的來(lái)源主要有:

(1) 在相同條件下被測(cè)量在重復(fù)觀測(cè)中的變化;

(2) 安規(guī)測(cè)試儀測(cè)量保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻值時(shí)的儀器測(cè)量誤差;

(3) 安規(guī)測(cè)試儀測(cè)量保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻值時(shí)的分辨率所引起的誤差(電子式儀表) 。

3 數(shù)學(xué)模型

由于保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻RE的測(cè)量結(jié)果是由安規(guī)測(cè)試儀的示值RD直接給出，因此其數(shù)學(xué)模型可以寫(xiě)為:

4 方差和傳播系數(shù)［3］

根據(jù):

求得:

由于式中:

因此:

5 不確定度評(píng)定

5.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

5.1.1 由測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1(RE)

在重復(fù)性條件下，用安規(guī)測(cè)試儀對(duì)某數(shù)控機(jī)床電柜門(mén)上PE 點(diǎn)的保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻進(jìn)行10 次測(cè)量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 保護(hù)連接電路連續(xù)性10 次測(cè)量結(jié)果

10 次測(cè)量平均值為:

根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算單次測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)偏差［4］:

因?yàn)閷?shí)際保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻測(cè)量只由一次測(cè)量值計(jì)算給出，所以測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度等于單次測(cè)量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差:

5.1.2 由安規(guī)測(cè)試儀測(cè)量誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2(RE)

根據(jù)測(cè)試過(guò)程中的使用要求，安規(guī)測(cè)試儀示值的最大允差為±8.6%rdg。經(jīng)查，該設(shè)備經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，且符合要求。根據(jù)校準(zhǔn)證書(shū)的測(cè)試結(jié)果，安規(guī)測(cè)試儀的示值誤差服從矩形(均勻) 分布，因此，包含因子k=取第一次測(cè)量結(jié)果為最終測(cè)量結(jié)果，則由安規(guī)測(cè)試儀測(cè)量誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2(RE) 為:

5.1.3 由安規(guī)測(cè)試儀分辨率引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(RE)

安規(guī)測(cè)試儀分辨率為0.1 mΩ，估計(jì)其分辨率誤差服從均勻分布，則包含因子則由安規(guī)測(cè)試儀分辨率引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3(RE) 為［5］:

5.1.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

表2 不確定度分量評(píng)定預(yù)估

5.2 相關(guān)性

沒(méi)有任何輸入量具有值得考慮的相關(guān)性。

5.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uc(RE) 評(píng)定

保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻RE測(cè)量的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5.4 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

取包含因子k =2，則保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻R 測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U :

5.5 不確定度報(bào)告

取第一次測(cè)量的結(jié)果作為最終測(cè)量結(jié)果，則某數(shù)控立車變壓器(T2) 上PE 點(diǎn)的保護(hù)聯(lián)結(jié)電路電阻RE的測(cè)試結(jié)果為: (20.8 ±3.8) mΩ。報(bào)告中的擴(kuò)展不確定度是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子k=2 得到的，對(duì)于正態(tài)分布，它對(duì)應(yīng)于大約95%的置信概率［4］。

6 結(jié)束語(yǔ)

保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)作為機(jī)床電氣3 項(xiàng)試驗(yàn)的重要組成部分，其檢測(cè)結(jié)果的正確與否對(duì)評(píng)價(jià)機(jī)床的安全性具有重要影響。文中以實(shí)際案例為例，分析了保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性測(cè)試過(guò)程的不確定評(píng)定方法，可提高測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，降低人員觸電危險(xiǎn)，避免不必要的人員和經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，也可為電氣安全其他試驗(yàn)(如絕緣電阻測(cè)試、耐壓測(cè)試等) 在不確定度評(píng)定上提供借鑒。

［1］全國(guó)工業(yè)機(jī)械電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB 5226.1-2008 機(jī)械電氣安全 機(jī)械電氣設(shè)備第1 部分:通用技術(shù)條件［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008．

［2］全國(guó)工業(yè)機(jī)械電氣系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)．GB/T 26679-2011 機(jī)床電氣、電子和可編程電子控制系統(tǒng)保護(hù)聯(lián)結(jié)電路連續(xù)性試驗(yàn)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011．

［3］劉瑋蔚．?dāng)?shù)字式絕緣電阻表測(cè)量不確定度的分析與評(píng)定［J］．河南電力，2012(3) :5－6．

［4］全國(guó)法制計(jì)量技術(shù)委員會(huì)．JJF1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示［S］．北京:中國(guó)計(jì)量出版社，1999．

［5］錢(qián)紹圣．測(cè)量不確定度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與表示［M］．北京:清華大學(xué)出版社，2002:35－112．