陳世澤

（廣州特種機(jī)電設(shè)備檢測(cè)研究院 廣州 510080）

1 概述

電梯限速器，是電梯安全保護(hù)系統(tǒng)中的安全控制部件之一。當(dāng)電梯在運(yùn)行中無(wú)論何種原因使轎廂發(fā)生超速，甚至發(fā)生墜落的危險(xiǎn)，而所有其他安全保護(hù)裝置不起作用的情況下，則限速器和安全鉗發(fā)生聯(lián)動(dòng)動(dòng)作，使電梯轎廂停住。GB 7588—2003《電梯制造與安裝安全規(guī)范》中9.9項(xiàng)明確了限速器動(dòng)作速度的合格范圍。TSG T7001—2009《電梯監(jiān)督檢驗(yàn)與定期檢驗(yàn)規(guī)則——曳引與強(qiáng)制驅(qū)動(dòng)電梯》中規(guī)定，電梯每?jī)赡瓯仨氝M(jìn)行一次限速器動(dòng)作速度校驗(yàn)。

測(cè)量不確定度是對(duì)測(cè)量結(jié)果可能誤差的度量，也是定量說(shuō)明測(cè)量結(jié)果質(zhì)量好壞的一個(gè)參數(shù)，因此它是一個(gè)與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。一個(gè)完整的測(cè)量結(jié)果，除了應(yīng)給出被測(cè)量的最佳估計(jì)值外，還應(yīng)同時(shí)給出測(cè)量結(jié)果的不確定度[1]。

2 限速器動(dòng)作速度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試設(shè)備及方法

1)測(cè)試設(shè)備：便攜式限速器測(cè)試儀，具備自動(dòng)加速功能的驅(qū)動(dòng)手槍鉆、具備直徑測(cè)量功能，電氣觸發(fā)記錄功能的轉(zhuǎn)速表；數(shù)顯深度尺，測(cè)量范圍0～25mm，分度值0.01mm，最大允許誤差為±0.02mm；游標(biāo)卡尺，測(cè)量范圍0～200mm，分度值0.02mm，最大允許誤差為±0.02mm。

2)被測(cè)對(duì)象：在用電梯限速器。

3)測(cè)量地點(diǎn)：電梯機(jī)房。

4)測(cè)試方法：測(cè)試人員用限速器測(cè)試儀的直徑測(cè)量模塊測(cè)量限速器輪的外緣直徑，用深度尺測(cè)量限速器繩距外緣高度，用游標(biāo)卡尺測(cè)量限速器繩直徑。獲得以上參數(shù)后，測(cè)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(zhuǎn)動(dòng)；然后，一位操作人員用驅(qū)動(dòng)元件帶動(dòng)限速器輪逐漸加速，直到限速器電氣和機(jī)械動(dòng)作，另一位操作人員用限速器測(cè)試儀的轉(zhuǎn)速表記錄相應(yīng)動(dòng)作速度值。

限速器的動(dòng)作速度為限速器鋼絲繩中心所在節(jié)圓位置的線速度，轉(zhuǎn)速表無(wú)法直接測(cè)量限速器輪節(jié)圓位置的線速度（部分專門(mén)設(shè)有限速器測(cè)試位置的限速器除外），因此，操作人員只能通過(guò)測(cè)量限速器外緣位置的線速度，并結(jié)合外緣直徑與節(jié)圓直徑的比值將讀數(shù)換算成節(jié)圓位置的線速度即為限速器動(dòng)作速度。

3 限速器動(dòng)作速度測(cè)試的數(shù)學(xué)模型

限速器動(dòng)作速度測(cè)試的數(shù)學(xué)模型為：

式中：

V0——限速器動(dòng)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(dòng)作速度包括電氣動(dòng)作速度和機(jī)械動(dòng)作速度。根據(jù)GB 7588—2003的要求，在電梯限速器達(dá)到動(dòng)作速度之前，應(yīng)該有一個(gè)電氣安全裝置使驅(qū)動(dòng)主機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)[2]，所以電氣動(dòng)作速度應(yīng)小于等于機(jī)械動(dòng)作速度，電氣和機(jī)械動(dòng)作是時(shí)間先后關(guān)系，兩者動(dòng)作觸發(fā)的原理相同，測(cè)試的方法一致。因此，以上數(shù)學(xué)模型適用于限速器電氣動(dòng)作速度與機(jī)械動(dòng)作速度的計(jì)算。

4 輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

由測(cè)試數(shù)學(xué)模型可知，限速器動(dòng)作速度測(cè)試的輸入量包括，限速器電氣和機(jī)械動(dòng)作時(shí)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(hào)為XS3-B，額定速度為1.0m/s，電氣動(dòng)作速度標(biāo)稱值為：1.27m/s，機(jī)械動(dòng)作速度標(biāo)稱值為：1.38m/s。按照前文的測(cè)試方法，測(cè)得數(shù)值10組，見(jiàn)表1。

表1 限速器電氣動(dòng)作速度測(cè)試數(shù)據(jù)記錄

4.1 限速器輪外緣線速度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(V1)、u(V2)的評(píng)定

1）測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)表1所測(cè)數(shù)據(jù)，電氣動(dòng)作時(shí)輪外緣位置線速度V1和機(jī)械動(dòng)作時(shí)輪外緣位置的線速度V2，進(jìn)行10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的平均值分別為：

根據(jù)貝塞爾公式，電氣動(dòng)作時(shí)輪外緣位置線速度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(V1)為：

同理，計(jì)算得到機(jī)械動(dòng)作時(shí)輪外緣位置線速度的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1(V2)為：

在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行n次獨(dú)立重復(fù)測(cè)量，用貝塞爾公式求A類評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定時(shí)，其自由度v=n-1，因此v1(V1) = v1(V2) = n-1 = 9。

2）轉(zhuǎn)速表計(jì)量性能的局限性引入的不確定度評(píng)定，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。校準(zhǔn)證書(shū)給出的轉(zhuǎn)速表在量程范圍內(nèi)，按包含因k=2給出的擴(kuò)展不確定度為0.3%。于是其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》，B類評(píng)定的不確定度分量的自由度與所得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度有關(guān)，其關(guān)系為

對(duì)于B類評(píng)定，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度并不是由實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到的，因此，通常情況下，對(duì)絕大多數(shù)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的測(cè)量結(jié)果或諸如示值誤差、讀數(shù)誤差、分辨力等引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(xi)，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值就取10%[3]。即可得自由度

4.2 外緣直徑測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(D)的評(píng)定

外緣直徑是通過(guò)轉(zhuǎn)速表在限速器外緣上旋轉(zhuǎn)一周所測(cè)量的周長(zhǎng)計(jì)算而得。在實(shí)際測(cè)量中，首先在限速器外緣上標(biāo)記起始旋轉(zhuǎn)位置，保持轉(zhuǎn)速表不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)限速器輪，目測(cè)轉(zhuǎn)速表輪與所做標(biāo)記重合，則旋轉(zhuǎn)角度為一周。轉(zhuǎn)速表在限速器外緣上旋轉(zhuǎn)的角度偏離會(huì)引入測(cè)量不確定度。根據(jù)表1所測(cè)數(shù)據(jù)，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定對(duì)測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行評(píng)定，10次獨(dú)立測(cè)量結(jié)果的平均值

根據(jù)貝塞爾公式，測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4.3 繩距外緣高度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(h)的評(píng)定

繩距外緣高度的測(cè)量，采用深度尺測(cè)量鋼絲繩最高點(diǎn)距離限速器輪外緣的距離。多次測(cè)量，選取其中最低值為所測(cè)量值，根據(jù)表1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，本次測(cè)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(cè)量的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

與本文的計(jì)算方法相同，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估計(jì)值為10%，于是通過(guò)計(jì)算得到自由度v(h)=50。

4.4 鋼絲繩直徑測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(d)的評(píng)定

1）鋼絲繩直徑測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。根據(jù)表1所測(cè)得的數(shù)據(jù)，根據(jù)貝塞爾公式，測(cè)量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2）游標(biāo)卡尺最大允許誤差引入的不確定度，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定，游標(biāo)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(jù)經(jīng)驗(yàn)值，u2(d)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的估計(jì)值為10%，得到自由度v2( d )=50[4]。

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

5.1 靈敏系數(shù)

根據(jù)公式

各輸入量的靈敏系數(shù)ci可由測(cè)量模型對(duì)輸入量求偏導(dǎo)數(shù)而得到，即

由此可得：

5.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

5.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

各輸入量彼此獨(dú)立不存在相關(guān)性，所以限速器動(dòng)作速度的計(jì)算式如下：

將表2中的不確定度分量代入計(jì)算可得，限速器電氣動(dòng)作速度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc1= 0.032m/s，機(jī)械動(dòng)作速度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc2= 0.018m/s。

6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

選取包含概率p = 95%，通過(guò)查t分布表得到t的值為2.26。則限速器電氣動(dòng)作速度與機(jī)械動(dòng)作速度的擴(kuò)展不確定分別為

7 結(jié)束語(yǔ)

本文簡(jiǎn)要介紹了電梯限速器動(dòng)作速度測(cè)試的常規(guī)方法，分析了測(cè)量不確定度來(lái)源，建立測(cè)量模型，計(jì)算了輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度、不確定度分量以及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度，最終得出限速器動(dòng)作速度測(cè)試的擴(kuò)展不確定度。從輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表可以看出，影響電梯限速器動(dòng)作速度測(cè)試不確定度的主要因素為用轉(zhuǎn)速表在限速器輪外緣進(jìn)行線速度測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，其他不確定來(lái)源基本可以忽略。根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)可知，為了提高測(cè)試結(jié)果的質(zhì)量，在進(jìn)行限速器動(dòng)作測(cè)試時(shí)，校驗(yàn)人員應(yīng)控制限速器以較小的加速度均勻加速，提高動(dòng)作速度測(cè)試的重復(fù)性，從而降低測(cè)量不確定度。

[1] 倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2000.

[2] GB 7588—2003 電梯制造與安裝安全規(guī)范[S].

[3] 鄭紅. 測(cè)量不確定度的自由度的計(jì)算[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2014，41（12）：44-46+48.

[4] 折凱瑞.電梯曳引鋼絲繩直徑測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定[J].中國(guó)電梯，2012，23(21)：60+68.