電梯限速器動作速度校驗結果不確定度評定

陳世澤

（廣州特種機電設備檢測研究院 廣州 510080）

1 概述

電梯限速器，是電梯安全保護系統中的安全控制部件之一。當電梯在運行中無論何種原因使轎廂發生超速，甚至發生墜落的危險，而所有其他安全保護裝置不起作用的情況下，則限速器和安全鉗發生聯動動作，使電梯轎廂停住。GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規范》中9.9項明確了限速器動作速度的合格范圍。TSG T7001—2009《電梯監督檢驗與定期檢驗規則——曳引與強制驅動電梯》中規定，電梯每兩年必須進行一次限速器動作速度校驗。

測量不確定度是對測量結果可能誤差的度量，也是定量說明測量結果質量好壞的一個參數，因此它是一個與測量結果相聯系的參數。一個完整的測量結果，除了應給出被測量的最佳估計值外，還應同時給出測量結果的不確定度[1]。

2 限速器動作速度現場測試設備及方法

1)測試設備：便攜式限速器測試儀，具備自動加速功能的驅動手槍鉆、具備直徑測量功能，電氣觸發記錄功能的轉速表；數顯深度尺，測量范圍0～25mm，分度值0.01mm，最大允許誤差為±0.02mm；游標卡尺，測量范圍0～200mm，分度值0.02mm，最大允許誤差為±0.02mm。

2)被測對象：在用電梯限速器。

3)測量地點：電梯機房。

4)測試方法：測試人員用限速器測試儀的直徑測量模塊測量限速器輪的外緣直徑，用深度尺測量限速器繩距外緣高度，用游標卡尺測量限速器繩直徑。獲得以上參數后，測試人員再用專用工具提拉鋼絲繩，使其脫離輪槽不阻礙限速器輪的自由轉動；然后，一位操作人員用驅動元件帶動限速器輪逐漸加速，直到限速器電氣和機械動作，另一位操作人員用限速器測試儀的轉速表記錄相應動作速度值。

限速器的動作速度為限速器鋼絲繩中心所在節圓位置的線速度，轉速表無法直接測量限速器輪節圓位置的線速度（部分專門設有限速器測試位置的限速器除外），因此，操作人員只能通過測量限速器外緣位置的線速度，并結合外緣直徑與節圓直徑的比值將讀數換算成節圓位置的線速度即為限速器動作速度。

3 限速器動作速度測試的數學模型

限速器動作速度測試的數學模型為：

式中：

V0——限速器動作速度；

V——限速器輪外緣線速度；

D——限速器輪外緣直徑；

h——限速器鋼絲繩距限速器輪外緣高度；

d——限速器鋼絲繩直徑。

限速器動作速度包括電氣動作速度和機械動作速度。根據GB 7588—2003的要求，在電梯限速器達到動作速度之前，應該有一個電氣安全裝置使驅動主機停止運轉[2]，所以電氣動作速度應小于等于機械動作速度，電氣和機械動作是時間先后關系，兩者動作觸發的原理相同，測試的方法一致。因此，以上數學模型適用于限速器電氣動作速度與機械動作速度的計算。

4 輸入量標準不確定度的評定

由測試數學模型可知，限速器動作速度測試的輸入量包括，限速器電氣和機械動作時的限速器輪外緣位置線速度、限速器輪外緣直徑、限速器繩距離外緣高度、限速器鋼絲繩直徑。本文選取在用電梯，電梯限速器型號為XS3-B，額定速度為1.0m/s，電氣動作速度標稱值為：1.27m/s，機械動作速度標稱值為：1.38m/s。按照前文的測試方法，測得數值10組，見表1。

表1 限速器電氣動作速度測試數據記錄

4.1 限速器輪外緣線速度測量標準不確定度u(V1)、u(V2)的評定

1）測量重復性引起的標準不確定度評定，采用A類方法進行評定。根據表1所測數據，電氣動作時輪外緣位置線速度V1和機械動作時輪外緣位置的線速度V2，進行10次獨立測量結果的平均值分別為：

根據貝塞爾公式，電氣動作時輪外緣位置線速度的標準不確定度u1(V1)為：

同理，計算得到機械動作時輪外緣位置線速度的標準不確定度u1(V2)為：

在重復性條件下，對同一被測量進行n次獨立重復測量，用貝塞爾公式求A類評定的標準不確定時，其自由度v=n-1，因此v1(V1) = v1(V2) = n-1 = 9。

2）轉速表計量性能的局限性引入的不確定度評定，采用B類方法進行評定。校準證書給出的轉速表在量程范圍內，按包含因k=2給出的擴展不確定度為0.3%。于是其標準不確定度為：

根據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》，B類評定的不確定度分量的自由度與所得到的標準不確定度的相對標準不確定度有關，其關系為

對于B類評定，其標準不確定度并不是由實驗測量得到的，因此，通常情況下，對絕大多數的檢測機構出具的測量結果或諸如示值誤差、讀數誤差、分辨力等引起的標準不確定度u(xi)，其相對標準不確定度根據經驗值就取10%[3]。即可得自由度

4.2 外緣直徑測量標準不確定度u(D)的評定

外緣直徑是通過轉速表在限速器外緣上旋轉一周所測量的周長計算而得。在實際測量中，首先在限速器外緣上標記起始旋轉位置，保持轉速表不動，旋轉限速器輪，目測轉速表輪與所做標記重合，則旋轉角度為一周。轉速表在限速器外緣上旋轉的角度偏離會引入測量不確定度。根據表1所測數據，采用A類方法進行評定對測量重復性引起的標準不確定度進行評定，10次獨立測量結果的平均值

根據貝塞爾公式，測量重復性引起的標準不確定度為：

4.3 繩距外緣高度測量標準不確定度u(h)的評定

繩距外緣高度的測量，采用深度尺測量鋼絲繩最高點距離限速器輪外緣的距離。多次測量，選取其中最低值為所測量值，根據表1實驗數據，本次測量繩距外緣高度的值為0.13mm。深度尺的最大允許誤差為±0.02mm，于是繩距外緣高度測量的B類標準不確定度：

與本文的計算方法相同，根據經驗，允許誤差引起的標準不確定度u的相對標準不確定度的估計值為10%，于是通過計算得到自由度v(h)=50。

4.4 鋼絲繩直徑測量標準不確定度u(d)的評定

1）鋼絲繩直徑測量重復性引起的標準不確定度評定，采用A類方法進行評定。根據表1所測得的數據，根據貝塞爾公式，測量重復性引起的標準不確定度為：

2）游標卡尺最大允許誤差引入的不確定度，采用B類方法進行評定，游標卡尺的允許誤差為±0.02mm，于是允許誤差引入的不確定度u2(d) =0.02/2=0.01mm。根據經驗值，u2(d)的相對標準不確定度的估計值為10%，得到自由度v2( d )=50[4]。

5 合成標準不確定度的評定

5.1 靈敏系數

根據公式

各輸入量的靈敏系數ci可由測量模型對輸入量求偏導數而得到，即

由此可得：

5.2 標準不確定度匯總表

標準不確定度匯總表見表2。

表2 標準不確定度匯總表

5.3 合成標準不確定度的計算

各輸入量彼此獨立不存在相關性，所以限速器動作速度的計算式如下：

將表2中的不確定度分量代入計算可得，限速器電氣動作速度合成標準不確定度uc1= 0.032m/s，機械動作速度合成標準不確定度uc2= 0.018m/s。

6 擴展不確定度的評定

選取包含概率p = 95%，通過查t分布表得到t的值為2.26。則限速器電氣動作速度與機械動作速度的擴展不確定分別為

7 結束語

本文簡要介紹了電梯限速器動作速度測試的常規方法，分析了測量不確定度來源，建立測量模型，計算了輸入量標準不確定度、不確定度分量以及合成標準不確定度，最終得出限速器動作速度測試的擴展不確定度。從輸入量標準不確定度匯總表可以看出，影響電梯限速器動作速度測試不確定度的主要因素為用轉速表在限速器輪外緣進行線速度測量的標準不確定度，其他不確定來源基本可以忽略。根據實際操作經驗可知，為了提高測試結果的質量，在進行限速器動作測試時，校驗人員應控制限速器以較小的加速度均勻加速，提高動作速度測試的重復性，從而降低測量不確定度。

[1] 倪育才.實用測量不確定度評定[M].北京：中國質檢出版社，2000.

[2] GB 7588—2003 電梯制造與安裝安全規范[S].

[3] 鄭紅. 測量不確定度的自由度的計算[J]. 計量與測試技術，2014，41（12）：44-46+48.

[4] 折凱瑞.電梯曳引鋼絲繩直徑測量結果不確定度評定[J].中國電梯，2012，23(21)：60+68.