旋入式检验级测压器鉴选方法研究

王 芳， 李 静， 孔德仁， 高路鹏

（南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094）

旋入式检验级测压器鉴选方法研究

王 芳， 李 静， 孔德仁， 高路鹏

（南京理工大学机械工程学院，江苏南京 210094）

为消除压力源的波动，提出了一种运用相对偏差进行误差处理的鉴选方法。以1 cm2旋入式测压器及常用的φ6mm×9.8mm锥形铜柱作为研究对象，对旋入式检验级测压器进行了鉴选试验，并结合试验数据分析处理，对该方法的可行性进行了验证。结果显示该鉴选方法更科学合理。

计量学；旋入式检验级测压器；鉴选方法；鉴选判据

1 引 言

铜柱测压器按照其结构特点及使用对象的不同，可分为旋入式测压器和放入式测压器2种［1］。旋入式测压器主要用于各种枪械、迫击炮和无后座力炮的火药燃气压力测量［2］。使用旋入式测压器进行压力测量，需在被试装置上加工专用的测压孔，其测压精度与铜柱及测压器的性能密切相关。按旋入式测压器的精度等级可分为：工作级测压器、检验级测压器、副标准级测压器和标准级测压器4种［3］。

测压器的鉴选是从测压精度和量值传递的角度上提出的，是十分重要的工程问题。工程测压时采用工作级测压器及工作级的铜柱。为确保工作级测压器的测压准确度，工程中常采用检验级测压器对其性能进行考核，检验级测压器性能的优劣将影响到工作级测压器的性能［4］。因此，对检验级测压器的鉴选及其鉴选判据研究具有十分重要的工程应用意义。

旋入式测压器分级鉴选［5］通常在专用的弹道枪上进行。采用测量精度较被选测压器精度更高的测压器作为考核基准，考核的压力点有两点，即高压点与低压点。在检验级测压器鉴选时，采用副标准级或标准级测压器作为参考基准。在专用弹道枪上设置有高压及低压2个压力气包（2个气包在弹道枪上的安装位置不同），在气包上可同时安装副标准级或标准级测压器1个及3个要鉴选的测压器［6］。本文将结合鉴选试验，针对旋入式检验级测压器的鉴选方法及判据进行深入研究。

2 旋入式检验级测压器鉴选试验

2.1 鉴选试验方法

被遴选的测压器可以从工作级测压器中挑选测压性能较好的，也可以从新生产的测压器中选取，参考测压器选用副标准级或标准级的测压器。由1个副标准级或标准级测压器与3个被选测压器构成1个测压组，4个测压器分别安装在同1个压力气包上，如图1所示。对每个测压组分别在高、低压两点进行试验。为反映测压器的随机波动及测压性能的稳定性，一般要求有效发数大于7发，并重复进行3个工作日。本文以1 cm2旋入式测压器及常用φ6mm×9.8mm锥形铜柱为研究对象进行试验研究。

φ6 mm×9.8 mm锥形铜柱测压范围为2～156.9 MPa，由于旋入式测压器主要用于各种轻武器和小口径炮的膛压测量，测压量程较低；同时，不同的量程范围需选用不同的压力对照表，故在鉴选测压器时拟定两个压力段进行考核：低压段为10.78 MPa±2.94 MPa；高压段为38.22 MPa± 3.92 MPa。试验前应先对铜柱进行预压，根据压力点范围，φ6mm×9.8mm锥形铜柱预压值为：低压预压值2.9MPa；高压预压值24.5MPa。记录测压铜柱的射前高与射后高，查铜柱压力表后得到所测压力值。

图1 测压装置

2.2 鉴选试验结果

将多个被选测压器分成了若干个测压组在某专用弹道枪上进行了膛压测试试验。由于试验数据量较大，在此仅列出其中1个测压组的部分数据进行分析。将副标准级测压器和被选1号、2号、3号测压器组成1个测压组。该测压组3天低压段与高压段的试验数据如表1所示，每天测量7（发）组数据。

表1 试验数据MPa

对试验结果中每1发弹被选测压器的测量值与该发所有测压器的测量值之间求跳差，结果见表2。

3 鉴选判据研究

由表2可以看出：在低压段中，1号被选测压器单发跳差波动范围为－0.18～0.33 MPa，而在高压段的波动范围为－0.57～0.47 MPa，即在高压段波动范围明显大于低压段波动范围；同理，2号测压器单发跳差波动范围在低压段为－0.35～0.05 MPa，高压段为－0.83～0.52 MPa，高压段波动范围也大于低压段波动范围；3号测压器单发跳差波动范围在低压段为－0.38～0.15 MPa，高压段为－0.67～0.73 MPa，也存在高压段波动范围大于低压段波动范围。但3只被选测压器3天统计跳差高压、低压相差并不大。

同时对3个工作日3只被选测压器综合分析发现：在低压段中，3只被选测压器单发跳差总体波动范围为－0.38～0.33 MPa，在高压段为－0.83～0.73 MPa，仍存在低压段波动范围小于高压段的现象，难以评判测压器的稳定性。故需要选择一种合理的方法消除低压段与高压段波动范围相差较大的现象，确定科学的考核依据，从而达到对测压器有效的鉴选。

表2 跳差统计表MPa

经由上述分析，本文提出了基于相对偏差［7］的判据方法。采用相对偏差的方法，可以有效消除压力源波动的影响，消除绝对压力值的偏差。拟选每个测压组连续试验3个工作日，记为t（t＝1，2，3），分别在高压和低压两个压力点测试，记为j（j＝1，2），每个工作日在每个压力点上重复试验的有效射击发数，记为k（k＝1，…，7）。

（1）对同一压力点j，考核被选测压器单发测量值与副标准级测压器单发测量值的相对偏差，即：

式中：Pijtk为第i只被选测压器第j个压力点、第t个工作日、第k发的测量值；Pfjtk为第t个工作日副标准级测压器第j个压力点、第t个工作日、第k发的测量值。

该指标可考核被选测压器相对于副标准级测压器单发所测压力的波动状况，反映测压器的随机性与离散性。

（2）对同一压力点j，考核被选测压器单发测量值与被选测压器及副标准级测压器单发测量均值的相对偏差，即：

该指标可考核被选测压器相对于被选测压器及副标准级测压器所测压力均值的单发波动状况，反映测压器的随机性及离散性。

（3）对同一压力点j，考核被选测压器单发测量值与被选测压器及副标准级测压器单发测量均值的平均偏差，在3个工作日中21发数据的均值统计，即：

该指标可考核被选测压器相对被选测压器及副标准级测压器所测压力均值在3个工作日的总体波动情况，反映测压器的稳定性。

每只被选测压器均在j个压力点上对3个指标进行考核，选出稳定性较强、精度较高的测压器。

采用上述考核指标对低压段与高压段进行分析，结果如表3所示。

表3 考核指标分析（%）

由于指标γ与δ的总体趋势相同，仅对指标γ进行分析。对低压段3只被选测压器3天21发的单发测量值与副标准级测压器单发测量值的相对偏差γ的散点图如图2所示。

由图2可以看出，在低压段中，2号测压器γ的波动范围比1号和3号测压器波动范围小，离散程度较小；1号测压器和3号测压器γ波动范围均有个别值突然增大的现象，稳定性相对较差。

对高压段3只被选测压器3天21发的单发测量值与副标准级测压器单发测量值的相对偏差γ的散点图如图3所示。

由图3可以看出，在高压段中，1号测压器和2号测压器γ的波动范围比3号测压器小，离散性能较好；3号测压器γ的个别值跳差太大，稳定性较差。

考核被选测压器单发测量值与被选测压器及副标准级测压器单发测量均值的平均偏差，在3个工作日中21发数据的均值统计η，所得统计结果如表4所示。

图2 低压段γ散点图

图3 高压段γ散点图

表4 η统计结果（%）

综合考虑3个考核指标γ、δ和η，不论在低压段与高压段，2号测压器均表现出较好的性能状态；1号测压器次之；3号测压器相对较差。

4 结 论

本文建立了一种旋入式检验级测压器的新评定方法，以1 cm2旋入式测压器及常用φ6 mm×9.8 mm锥形铜柱作为研究对象进行检验级测压器鉴选试验。并采用新的评定方法对试验结果进行了评判。该判据能更客观地表示出测压器的性能优劣，更加真实地描述了测量的精确程度。

［1］ 孔德仁，狄长安，范启胜.塑性测压技术［M］.北京：兵器工业出版社，2006，9－10.

［2］ 华东工学院《内弹道实验原理》编写组.内弹道实验原理［M］.国防工业出版社，1984，14－17.

［3］ 王昌明.实用弹道学［M］.北京：兵器工业出版社，1994，124－126.

［4］ 刘素洁.测压铜柱的静态一致性及静动差研究［D］.南京：南京理工大学.2008.

［5］ 刘冰冰.测压铜柱静态标定体制的研究［D］.南京：南京理工大学.2009.

［6］ 张超.塑性测压器鉴选方法研究及实践［D］.南京：南京理工大学.2011.

［7］ 费业泰.误差理论与数据处理［M］.第5版.北京：机械工业出版社，2005，1－4.

［8］ 孔德仁，朱蕴璞，狄长安.工程测试技术［M］.北京：科学出版社，2004，107－109.

［9］ 邓欣伟.内弹道的膛压检测方法研究［J］.沈阳理工大学学报，2008，27（3）：9－11.

Study on Selection Method for the Testing-level Crusher Gauge of Circum flex Type

WANG Fang， LI Jing， KONG De-ren， GAO Lu-peng
（School of Mechanical Engineering，Nanjing University of Science and Technology，Najing，Jiangsu 210094，China）

The selection method using relative deviation to execute error processing is proposed to eliminate the fluctuation of stressors.With the crusher gauge of circumflex type with 1 cm2and the conical copper cylinderswithφ6mm ×9.8mm as the research objects，the test selecting aremade for the testing-level crusher gauge of circumflex type.And with the analysis and treatment of the experimental data，the proposed assessment and the feasibility of themethod has been validated.The results showe that the electionmethod ismore scientific and rational.

Metrology；Testing-level crusher gauge of circumflex type；Selectionmethod；Selection criterion

TB935

A

1000-1158（2014）04-0339-05

10．3969／j．issn．1000-1158．2014．04．08

2012-06-25；

2012-09-14

王芳（1966－），女，山西大同人，南京理工大学博士研究生，主要从事武器动态参数测试。wangfang＠mail.njust.edu.cn