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精密制造与自动化 2023 年第 1 期 40 电测仪表计量检定工作质量自动评估模型构建 盛 杰 刘 鹏（1.杭州市临安区产品质量监测中心 杭州 311300；2.方圆标志认证集团浙江有限公司 杭州 311300）摘 要 为实现对电磁仪表计量检定工作质量的自动化评估，开展对其自动评估模型构建研究。电测仪表计量检定工作需要，建立质量评估数学函数；分别从设备运行质量、外部环境、检定样品、量值溯源等方面，选择评估指标并建立评估指标体系；结合不确定度计算，确定检定工作不确定度传播律；判定检定工作质量等级，并利用虚拟仪器完成自动评估。通过将该评估模型应用于实际证明，该模型得到的评估结果精度更高，且模型自身运行稳定，具备极大的应用优势。关键词 质量评估 计量检定 电测仪表 1 1 引言引言 随着科技的飞速发展，电子测量仪器的使用范围日益扩大，其产品的品种和功能也日益丰富，其检测工作也日益引起人们的关注1。为推动我国电力工业的迅速发展，适应计量技术和检测技术的发展，必须对其工作性能进行优化，并对其性能参数有一定的了解，从而掌握更详细的数据资料，将检定规程作为依据，为计量检定工作的进行提供基础条件。计量是实现单位统一和准确、可靠的重要环节2。以电测仪表为例，在测量中，由于在检测器前端的硅片与电离微粒发生碰撞时，会产生晶格损伤，从而导致带隙宽度增大，从而大大减少带电粒子的捕获速率，从而使电测仪表读取值偏低。所以，对电测仪表的计量性能进行检定是必须的。同时，检定工作的质量也在极大程度上影响着最终校准工作的质量，因此，本文将开展电测仪表计量检定工作质量自动评估模型构建研究。2 2 建立电测仪表计量检定工作质量评估数学函数建立电测仪表计量检定工作质量评估数学函数 计量工作的品质是指在何种程度上，其内在特性符合顾客的需求。计量检验工作的关键在于计量工作的质量，它包含着检验结果和检验程序，二者互为补充，良好的检验工艺质量是保证计量工作质量的基础3。通常情况下，电测仪表计量检定工作的质量无法直接测得，而是由 N 个其他量通过函数关系确定，其表达式为：=(X1,2,)（1）式中：表示电测仪表计量检定工作的质量；1,2，,表示其他量；表示函数关系。公式中 又可以认为是影响检定工作质量评价的输入数量。将式（1）作为电测仪表计量检定工作质量评估数学函数。输出量的输入量 1,2，,，它自身可以被认为是被评价的和受影响的已知变量。假设被评估量 的估计值为 y，输入量 的估计值为，则进一步推导得出下述关系：=(1,2,)（2）上述式（1）中，大写字母所表示的量的符号，既可以表示可测量，也可以表示随机量。当提出 X具有某概率分布条件时，则该符号的含义就表示为随机变量。再根据式（2），用两种方法对输入量的估计值进行求解，以此得到被测量的最佳评估结果。3 3 构建检定工作质量评估指标体系构建检定工作质量评估指标体系 在上述评估数学函数建立的基础上，确定影响电测仪表计量检定工作质量的具体因素，包括设备自身运行质量、外部环境、检定样品、量值溯源等4。将各项影响因素作为评估的指标，完成对评估指标体系的构建，如表 1 所示。将表 1 中的内容作为电测仪表计量检定工作质量评估指标体系，在该体系当中包含了 4 个一级指标和 15 个二级指标。各项指标与质量评估结果之间可能存在线性关系和非线性关系，也可能存在正相关性和负相关性5。图 1 为电测仪表灵敏度与射线束入射角度的关系曲线。盛 杰 等 电測仪表计量检定工作质量自动评估模型构建 41 表表 1 电测仪表计量检定工作质量评估指标体系电测仪表计量检定工作质量评估指标体系 序号 一级指标 二级指标 1 设备运行质量 KI 灵敏度 KI1 饱和特性 KI2 复合特性 KI3 方向性 KI4 2 外部环境 KII 温度 KII1 湿度 KII2 机械环境 KII3 电磁干扰 KII4 3 检定样品 KIII 运输 KIII1 接收 KIII2 处置 KIII3 保护 KIII4 清理 KIII5 4 量值溯源 KIV 流畅性 KIV1 准确性 KIV2 9090270270180180X X射线射线 图图 1 电测仪表灵敏度与射线束入射角度的关系曲线电测仪表灵敏度与射线束入射角度的关系曲线 根据图 1 所示，光线入射角的偏移将会对光线强度的测量造成很大的影响，从而对检测工作的质量造成很大的影响。图 2 为电测仪表饱和特性曲线。A段B段C段电测仪表工作电压收集极电流 图图 2 电测仪表饱和特性变化电测仪表饱和特性变化 从图 2 可以看出电测仪表的工作电压与收集极电流之间存在一定相关性。只有在 B 段电测仪表才能够处于正常工作状态，因此在进行计量检定工作时必须确保电测仪表工作在饱和区域，避免测量差错产生。4 4 检定工作不确定度传播律计算检定工作不确定度传播律计算 在完成对检定工作质量评估指标体系的构建后，针对检定工作的不确定度传播律进行计算。根据上述公式（2）可求得被测量 的估计值，在此基础上，对 的不确定度进行计算：2221()()()Niiifuyuxx=（3）公式中，2()uy 表示y 的不确定度；ifx 表示灵敏系数。公式（3）可被称为灵敏系数，表示在 iX=ix的情况下，导出的偏导数。根据灵敏系数的变化情况可以反应输入量的估计值如何随着输入量的变化而变化，以此根据这一结果可以实现对检定工作质量评估结果的量化。5 5 检定工作质量等级判定与自动评估检定工作质量等级判定与自动评估 结合上述计算得到的检定工作不确定度传播律，为实现对评估结果更直观判定，对检定工作质量划分等级。设置2()uy 的取值为从 01 的数，根据电测仪表计量检定工作需要，将其质量划分为五个等级，分别为第一等级：2()uy(0,0.2；第二等级：2()uy(0.2,0.4；第三等级：2()uy(0.4,0.6；第四等级：2()uy(0.6,0.8；第五等级：2()uy(0.8,1，根据2()uy 的结果，划分上述五个等级，五个等级依次对应检定工作质量最高、较高、中等、较低、最低。以此，根据模型输出的数值确定对应的质量等级实现对检定工作质量等级的判定6。在此基础上，为实现自动化评估，按照图 3 所示流程 精密制造与自动化 2023 年第 1 期 42 进行对检定结果的输出。标准源标准表计算机被检表控制信号数字量输出串口串口或网口数字量输出 图图 3 自动评估流程自动评估流程 按照图 3 所示的流程，进行对电磁仪表计量检定工作质量的自动评估，结合虚拟仪器实现自动评估，虚拟仪器当中包含了数据采集、总线设备、接口仪器等。将本文上述设计的评估模型导入到该仪器当中。为确保评估模型能够被该仪器识别，引入A/D 转换模块，并在仪器输出模块中引入 D/A 转换模块，以此确保最终输出的结果为用户能够直观判定检定工作质量的数据，实现自动评估。6 6 实例应用分析实例应用分析 根据上述论述，完成对电测仪表计量检定工作质量自动评估模型的理论设计，在此基础上，对该模型实际应用性能进行检验。以 PZ48-AI/C 型号电测仪表为评估对象，对五台该型号电测仪表计量检定工作的质量进行评估。该型号电测仪表的电源为100V，相关性能指标如表 2 所示。表表 2 PZ48-AI/C 型号电测仪表性能指标记录表型号电测仪表性能指标记录表 序号 性能指标 参数 1 精确度 0.5 级 2 工作电压/V 100 3 频率范围/Hz 4565 4 输入信号电压/V 100 5 显示方式 LED 6 通讯协议 RS485 MODBUS-RTU 针对该电测仪表，利用本文上述提出的评估模型对其鉴定工作质量进行评估，将评估结果精度作为该模型是否具备可行性的判定依据7。对比评估结果与电测仪表计量检定工作的实际质量，并通过下述公式计算得出评估精度：=*100%TTFg+（4）公式中，g表示评估模型的评估精度；T表示评估结果与实际情况一致的评估次数；F表示评估结果与实际情况不一致的评估次数。根据上述计算公式，将得出的结果记录如表 3 所示。表表 3 评估模型评估效果记录表评估模型评估效果记录表 设备编号 评估次数（次）百分值/（%）DC-#1 100 98.85 DC-#2 200 98.65 DC-#3 300 98.36 DC-#4 400 98.58 DC-#5 500 98.65 从表 3 评估模型评估结果记录中可以看出，将本文提出的评估模型应用于实际g值均在 98%以上，说明具备极高的评估精度。同时，对五台设备进行评估，其评估结果精度均在 98%99%范围内，说明评估模型在运行时具有良好的稳定性8。因此，综合上述得出的结果证明，本文提出评估模型具备实际应用可行性，可以为电测仪表计量检定工作质量的评估提供可靠的依据，同时也能够为电测仪表的运维提供决策依据。7 7 结语结语 计量检定工作与人们的日常生活和生产工作息息相关，随着人们的生活和工作的日益深入，电力产品的型号、性能和使用环境也日益多样化，对仪器的检测工作提出了更高的要求。基于此，本文上述提出了一种全新的自动评估模型，专门用于实现对电测仪表计量检定工作的质量进行评估。将该评估模型运用于实际可以为相关领域实现自动化提供帮助，并更能够满足不断更新的计量检定工作质量要求。盛 杰 等 电測仪表计量检定工作质量自动评估模型构建 43 参考文献 1 刘仍礼.石墨制化工装置自控仪表工程施工质量控制分析J.全面腐蚀控制,2022,36(09):50-52.2 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Geomagic Design X 的弧面分度凸轮逆向建模J.黑龙江工业学院学报(综合版),2020,20(04):81-84.5 龚青山,田省洋,张光国,等.基于可拓的弧面凸轮减速机构设计及廓面通用建模J.机械设计,2022,39(06):90-99.6 张文光,王大镇,袁静云,等.弧面分度凸轮建模方法及有限元分析研究J.制造技术与机床,2019(08):68-72.7 张文光,王大镇,应帅,等,采用 Solidworks 弧面分度凸轮建模新方法及静态分析J.中国工程机械学报,2018,16(05):410-415.