機(jī)車速度表速度示值誤差測量結(jié)果不確定度評(píng)定

王明磊+崔素梅

摘 要：隨著鐵路運(yùn)輸量的持續(xù)增長，鐵路運(yùn)輸安全問題日益嚴(yán)重，為保障鐵路運(yùn)輸安全，機(jī)車司機(jī)操縱臺(tái)安裝了機(jī)車速度表，其可準(zhǔn)確客觀地反應(yīng)機(jī)車行駛過程中的速度。本文對機(jī)車速度表速度示值誤差測量結(jié)果進(jìn)行了不確定度評(píng)定，按照不確定度來源分兩個(gè)方面，即被校機(jī)車速度表和速度表校驗(yàn)臺(tái)兩個(gè)來源，進(jìn)行分析探討，為實(shí)際機(jī)車速度表校準(zhǔn)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：機(jī)車；速度表；不確定度

1 概述

機(jī)車用于推送或牽引鐵路車輛運(yùn)行，俗稱火車頭，是能耗最少的陸地運(yùn)輸工具，也是鐵路運(yùn)輸?shù)闹匾ぞ咧?。機(jī)車速度表（以下簡稱速度表）顯示器安裝于機(jī)車司機(jī)操縱臺(tái)上，其配套傳感器安裝于車輛軸端，機(jī)車速度值通過顯示器顯示出來。機(jī)車速度表是用于監(jiān)測機(jī)車行駛速度的專用計(jì)量器具，為保障鐵路運(yùn)輸安全起到了重要作用。

機(jī)車速度表一般有磁電式速度表和光電式速度表兩種。磁電式速度表通過機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)磁電傳感器內(nèi)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生交流電壓，根據(jù)電壓值與機(jī)車速度值的比例關(guān)系來確定機(jī)車速度。光電式速度表則通過機(jī)車輪軸驅(qū)動(dòng)光電傳感器內(nèi)光柵轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，根據(jù)脈沖信號(hào)與與機(jī)車速度值的比例關(guān)系來確定機(jī)車速度。

將被檢機(jī)車速度表與速度表校驗(yàn)臺(tái)（以下簡稱校驗(yàn)臺(tái)）連接，由低速平穩(wěn)地向高速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，達(dá)到測量上限后，再由高速平穩(wěn)地向低速調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，記錄各檢定點(diǎn)進(jìn)回程時(shí)速度表和校驗(yàn)臺(tái)的示值。速度表示值即為測量值，校驗(yàn)臺(tái)示值即為標(biāo)準(zhǔn)值，測量值與標(biāo)準(zhǔn)值之差為示值誤差。

2 測量數(shù)學(xué)模型

速度表示值與校驗(yàn)臺(tái)示值之差即為示值誤差，數(shù)學(xué)模型如下：

Δv=v-v0 （1）

式中，Δv——速度示值誤差，km/h；

v——速度表示值，km/h；

v0——校驗(yàn)臺(tái)示值，km/h。

由式（1）可得方差如下：

式中，——被校速度表引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

——速度表校驗(yàn)臺(tái)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

靈敏系數(shù)：

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

3.1 被校速度表測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1

在正常工作條件下，當(dāng)速度校驗(yàn)臺(tái)示值為60.0km/h時(shí)，被檢速度表進(jìn)行等精度重復(fù)性測量10次，測量結(jié)果如下表1所示：

單次測量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

（km/h） （5）

重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

u1=0.88（km/h） （6）

3.2 被校速度表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2

被校速度表的分辨力為1km/h，其量化誤差以等概率分布在半寬度為1km/h/2=0.5km/h的區(qū)間內(nèi)，取，則其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（km/h） （7）

由被校速度表引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（km/h） （8）

3.3 速度表校驗(yàn)臺(tái)由上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢定的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3

速度表校驗(yàn)臺(tái)由上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢定，校驗(yàn)臺(tái)的示值誤差為1km/h，取包含因子，因此：

（km/h） （9）

3.4 速度表校驗(yàn)臺(tái)數(shù)顯量化誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4

校驗(yàn)臺(tái)數(shù)顯儀表的分辨力為0.1km/h，其量化誤差以等概率分布在半寬度為0.1km/h/2=0.05km/h的區(qū)間內(nèi)，取包含因子，其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（km/h） （10）

由速度表校驗(yàn)臺(tái)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（km/h） （11）

4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量不相關(guān)，故：

6 擴(kuò)展不確定度

取包含因子，則擴(kuò)展不確定度應(yīng)為：

7 結(jié)束語

近幾年鐵路運(yùn)輸量日益增大，列車速度不斷提高，目前在運(yùn)行高鐵及動(dòng)車占全部載客列車量的近60%，安全問題也日益突出。機(jī)車運(yùn)行速度的可控性，在鐵路運(yùn)輸安全中起著關(guān)鍵作用。機(jī)車速度表用于監(jiān)測機(jī)車運(yùn)行速度，其合格與否，至關(guān)重要。機(jī)車速度表應(yīng)每年都進(jìn)行計(jì)量溯源，以保證其準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

[1]李旭輝.國家計(jì)量檢定規(guī)程《機(jī)車速度表》解讀[J].鐵道技術(shù)監(jiān)督，2014，11：10-12

作者簡介

王明磊（1987-），男，天津，本科，科員，計(jì)量檢測。

崔素梅（1987-），女，天津，研究生，科員，計(jì)量檢測。