基于數控機床的保護聯結電路連續性測量不確定度評定

李麟，張軍，葉超

(中國工程物理研究院機械制造工藝研究所，四川綿陽621900)

隨著數控技術不斷發展，數控機床水平不斷提高，機械制造業發生了根本性的變化。目前，數控機床已經作為制造業的母機而被廣泛使用，數控機床水平的高低也成為了一個國家工業現代化水平的重要標志，對國民經濟的發展和增強國防實力起著舉足輕重的作用。因此，數控機床質量好壞和安全與否，將直接影響國民經濟的發展。機床安全檢查是國家規定的強制性檢測項目，而保護聯結電路連續性試驗作為電氣安全中重要的組成部分，其準確的檢測結果對人和設備的安全顯得尤為重要。但是，目前對保護聯結電路連續性測量的不確定度評定分析較少，測量結果不夠精確。因此，針對數控機床的保護聯結電路連續性試驗，詳細介紹了保護聯結電路連續性測量時標準不確定度、合成不確定度和擴展不確定度的評定方法。期望通過對該類測量的不確定度分析，為今后保護聯結電路連續性電阻的精確測量提供理論依據。

1 測量方法和過程

機床保護聯結電路連續性試驗方法主要參考標準GB/T 26679-2011 《機床電氣、電子和可編程電子控制系統保護聯結電路連續性試驗規范》［1］。試驗在被測電氣設備的外部保護接地端子PE 和保護聯結電路部件的有關點之間進行，試驗電流為0.2 ～10 A，試驗電源選為24 V AC 或DC 的獨立電源SELV［2］。文中以數控機床電柜門的PE 點作為測試點，通過多次測量，分析保護聯結電路連續性測量的不確定度。

測量方法為使用安規測試儀進行測試。安規測試儀是經過法定檢測機構檢測的合格產品，并處在有效期內，其最大允許誤差為±10%rdg。測試時，選擇“Protective conductor”擋位，設置Duration 值為10 s，根據實際測試情況選擇測試導線截面積和Limit Value，參數設置好后即可按“Start”開始測試。安規測試儀測試結果顯示為電壓降和保護聯結電路電阻值，因此，測試結果可以直接讀出。

2 測量不確定度來源分析

當測試環境溫度5 ～40 ℃、相對濕度40% ～75%RH 時，溫度影響可以忽略不計。因此，保護聯結電路電阻RE測量不確定度的來源主要有:

(1) 在相同條件下被測量在重復觀測中的變化;

(2) 安規測試儀測量保護聯結電路電阻值時的儀器測量誤差;

(3) 安規測試儀測量保護聯結電路電阻值時的分辨率所引起的誤差(電子式儀表) 。

3 數學模型

由于保護聯結電路電阻RE的測量結果是由安規測試儀的示值RD直接給出，因此其數學模型可以寫為:

4 方差和傳播系數［3］

根據:

求得:

由于式中:

因此:

5 不確定度評定

5.1 標準不確定度評定

5.1.1 由測量重復性引起的標準不確定度分量u1(RE)

在重復性條件下，用安規測試儀對某數控機床電柜門上PE 點的保護聯結電路電阻進行10 次測量，結果見表1。

表1 保護連接電路連續性10 次測量結果

10 次測量平均值為:

根據貝塞爾公式計算單次測量標準偏差［4］:

因為實際保護聯結電路電阻測量只由一次測量值計算給出，所以測量重復性引起的標準不確定度等于單次測量實驗標準差:

5.1.2 由安規測試儀測量誤差引起的標準不確定度分量u2(RE)

根據測試過程中的使用要求，安規測試儀示值的最大允差為±8.6%rdg。經查，該設備經過校準，且符合要求。根據校準證書的測試結果，安規測試儀的示值誤差服從矩形(均勻) 分布，因此，包含因子k=取第一次測量結果為最終測量結果，則由安規測試儀測量誤差引起的標準不確定度分量u2(RE) 為:

5.1.3 由安規測試儀分辨率引起的標準不確定度分量u3(RE)

安規測試儀分辨率為0.1 mΩ，估計其分辨率誤差服從均勻分布，則包含因子則由安規測試儀分辨率引起的標準不確定度分量u3(RE) 為［5］:

5.1.4 標準不確定度分量一覽表

表2 不確定度分量評定預估

5.2 相關性

沒有任何輸入量具有值得考慮的相關性。

5.3 合成標準不確定度分量uc(RE) 評定

保護聯結電路電阻RE測量的合成標準不確定度

5.4 擴展不確定度評定

取包含因子k =2，則保護聯結電路電阻R 測量結果的擴展標準不確定度U :

5.5 不確定度報告

取第一次測量的結果作為最終測量結果，則某數控立車變壓器(T2) 上PE 點的保護聯結電路電阻RE的測試結果為: (20.8 ±3.8) mΩ。報告中的擴展不確定度是由標準不確定度乘以包含因子k=2 得到的，對于正態分布，它對應于大約95%的置信概率［4］。

6 結束語

保護聯結電路連續性試驗作為機床電氣3 項試驗的重要組成部分，其檢測結果的正確與否對評價機床的安全性具有重要影響。文中以實際案例為例，分析了保護聯結電路連續性測試過程的不確定評定方法，可提高測試結果的準確性，降低人員觸電危險，避免不必要的人員和經濟損失。同時，也可為電氣安全其他試驗(如絕緣電阻測試、耐壓測試等) 在不確定度評定上提供借鑒。

［1］全國工業機械電氣系統標準化技術委員會．GB 5226.1-2008 機械電氣安全 機械電氣設備第1 部分:通用技術條件［S］．北京:中國標準出版社，2008．

［2］全國工業機械電氣系統標準化技術委員會．GB/T 26679-2011 機床電氣、電子和可編程電子控制系統保護聯結電路連續性試驗規范［S］．北京:中國標準出版社，2011．

［3］劉瑋蔚．數字式絕緣電阻表測量不確定度的分析與評定［J］．河南電力，2012(3) :5－6．

［4］全國法制計量技術委員會．JJF1059-1999 測量不確定度評定與表示［S］．北京:中國計量出版社，1999．

［5］錢紹圣．測量不確定度實驗數據的處理與表示［M］．北京:清華大學出版社，2002:35－112．