电子计数式转速表原理及测量结果的数据处理

钟金德，马兴

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

0 引言

电子计数式转速表是利用转速传感器，将机械旋转频率转换成电脉冲信号，通过电子计数器计数并显示出相应的转速值的转速表。电子计数式转速表是由转速传感器和数字显示仪两部分组成的。传感器的作用是将物体的旋转速度转换为电脉冲信号，输出给显示仪。数字显示仪的作用是接收传感器输出的电脉冲信号，直接显示转速值或根据被测数据计算出被测转速值。

从测量方法讲对高中转速通常是采用测量电信号频率的方法，即测频法。而对低转速一般是采用测量转轴旋转某一角度的时间间隔测量转速，即测周法[1-2]。测频法的原理为：石英晶体振荡器提供稳定的频率信号经整形后成为规则的矩形时钟脉冲，再经分频器分频后获得各种时基标准或称为时标信号，并用它来控制计数闸门，而被测转速经传感器变成脉冲信号并经放大整形，通过计数闸门控制的计数器计数，并在面板上显示出来。实际使用中，为了提高测量的准确度，可以增加转速传感器每转输出的电脉冲讯号数字或延长采样时间。测周法的原理是：将转速传感器的信号作为闸门，以晶振信号作为时钟，二次仪表显示的是转速传感器两信号间的时间。显然，转速越低，闸门开启的时间越长，所记录的脉冲个数就越多。而在转速较高时，由于闸门开启时间随着转速的升高而降低，它所记录的时钟脉冲数就不如低速的多。因此，在高转速时，采样多记周期的方法，可以增加时钟脉冲的数量而提高测量的准确度。

转速表是机械行业必备的仪器之一，用来测定电机的转速、线速度或频率，在国民经济的各个领域，发挥重要的作用，常用于电机、电扇、造纸、塑料、化纤、洗衣机、汽车、飞机、轮船等制造业[3]。本文对电子计数式转速表测量结果进行不确定度评定，为转速表校准提供一种可供参照的评估方法。

1 测量方法

依据JJG105-2000《转速表检定规程》，在环境温度为（20±5）℃，相对湿度≤80%条件下，采用测量范围为（20-40000）r/min，准确度等级为0.01级的标准转速源对转速表进行测量[4-5]。

用目测、手动及通电等方法进行检查，看转速表工作时数字显示是否清晰、准确、功能正常。检查转速表上的仪器名称、型号、生产厂、出厂编号等信息，并记录在原始记录上。将转速标准装置和被检转速表预热半小时，调整好被检表与转速标准装置转轴的间距，并确认被检表能正常接收旋转信号。选定最低和最高两个检定点进行试运转，待转速表正常显示转速值时，再进行示值检定。设定好标准转速源转速值并启动转速源，然后可在转速表上得到与之相对应的示值，连续读取10次示值；以10次示值的算术平均值减去标准转速源转速值，即得该测量点转速表的示值误差。

2 测量模型

3 不确定度分析评估[6-11]

3.1 标准不确定度分量的评定

对被检的转速表，选择200r/min、2000r/min、20000r/min作为测量点，连续测量10次，得到测量列如表1所示。

表1 重复性校准数据Table.1 Repeated calibration data

根据公式：

计算，各校准点示值重复性引入的不确定度分量如表2所示：

表2 示值重复性引入不确定度分量Table.2 lntroducing uncertainty component byrepetition of indicative value

表3 仪表分辨力引入不确定度分量Table.3 lntroduction of uncertainty component

（3）输入量n0的标准不确定度的评定，其主要来源为标准转速源的准确度，可根据其证书以B类方法进行评定。

标准转速源为0.01级，估计为均匀分布，其引入的标准不确定度为：，对应的200r/min、2000r/min、20000r/min三个测点的标准不确定度分量分别是0.012r/min、0.12r/min、1.2r/min。

计算，各校准点标准不确定度分量如表4所示。

（5）扩展不确定度的评定：取包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=k·.u，具体数据如表5。

表4 各校准点标准不确定度分量汇总表Table.4 Summary of standard uncertainty components of calibration points

表5 各校准点扩展不确定度Table.5 Extended uncertainty of calibration points

4 结论

按照以上分析评定结果，电子计数式转速表测量结果的不确定度为Urel=0.015%(k=2)。符合上述条件的转速表，一般可直接使用本不确定度的评定结果，其它计量检定及量值比对过程中，根据人、机、料、法、环等因素影响，可以参照使用本评定方法[12]。