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数显轨距尺实际检定应注意的问题

数显轨距尺实际检定应注意的问题
随着高速铁路的建设和发展,越来越多的先进计量检测设备应用到现场实际工作中,数显轨距尺就是其中之一。2008 年,铁道部实施修订的 JJG219—2008 《标准轨距铁路轨距尺》后,全路开展对数显轨距尺的检定。JJG 219—2008 针对数显轨距尺,详细制定了相关的计量性能要求以及检定方法,但在实际检定工作中,仍有许多值得注意的问题。

1、分辨力问题 
JJG 219—2008 要求,1 级数显轨距尺轨距的分辨力不大于 0.01 mm,水平 (超高)的分辨力不大于 0.1 mm。 
数显轨距尺是通过传感器把实际的物理量通过AD 转换器转化成电信号传输给数据处理系统,通过液晶显示屏显示出线路的轨距和水平 (超高)数值的计量器具。所以,传感器分辨率的大小直接影响到数显轨距尺的分辨力。传感器的分辨率则是指数字量变化一个最小值时模拟信号的变化量,定义为满刻度与 2n的比值,通常以数字信号位数来表示。以量程为 100 mm 的传感器为例,要达到 0.01 mm的分辨力,其数字信号位数为1002n≤0.01,n≥13。即传感器数字信号位数应至少为 13 位。传感器位数越多,造价就越高。 实际检定过程中发现,有的数显轨距尺的分辨力并不能满足规程要求,只是表面上显示了小数点后第 2 位的数值,其准确度达不到 0.01 mm。为此,将数显轨距尺放在Ⅰ级轨距尺检定器上,在轨距尺轨距测量范围内任意测量点上,旋紧检定器活动测块的紧固旋钮,然后转动微调旋钮,发现在检定器示值变化 0.07 mm 甚至更多时,数显轨距尺显示的示值才变化 0.01 mm。这种现象说明,该数显轨距尺的分辨力没有达到小于等于 0.01 mm 的要求,即轨距尺传感器的数字信号位数不够,它只是通过软件控制显示了小数点后 2 位的数值,而该值存在着±0.07 mm 的误差。此问题在常规检定时很难发现。

2、进位原则引起的稳定显示问题 
数显轨距尺是按一定的进位原则对数据进行修约后显示出相应的数值。以传统的四舍五入原则为例,当实际数值在 0.015~0.025 mm 时,显示屏上均显示为 0.02 mm;当实际值正好为 0.015 mm 或者 0.025 mm 这 2 个临界点时,显示屏幕上的显示数值就会在 0.01 mm 和 0.02 mm 或 0.02 mm 和0.03 mm 之间跳动,而不能显示稳定的数值。数显轨距尺的传感器存在着输出的非线性问题,它直接影响到控制系统对外界物理量变化的判断和控制。如果由传感器搭建的电路输入与输出成线性关系,那么,对控制程序的编制会显得特别容易。而在实际过程中,电路的输入和输出往往都是非线性的,这就需要选择一个合适的算法,把这种函数关系输入给控制系统,从而把外界的物理量变化实时地显示出来。目前,一般采用代数插值法对传感器的非线性进行补偿。代数插值法的理论基础,是把一段曲线分成若干个直线段来近似代替。直线段数越多,其组合就越趋近于被代替的曲线。但是,如果所分成的线段越多,线段之间的临界点也越多,数显尺的示值稳定性就越难保证。只有使用具有足够多位数的传感器,在保证其示值稳定性的前提下,再运用插值法进行曲线模拟,才能满足要求。

3、零位漂移和温度漂移问题 
任何传感器均存在着零位漂移和温度漂移问题。零位漂移是指输入电压为零,输出电压偏离零值的变化,是影响传感器准确度的重要因素之一。解决零位漂移的最有效措施是采用差分电路。差分电路的输入端是 2 个信号的输入,这 2 个信号的差值为电路有效输入信号。电路的输出是对这 2 个输入信号之差的放大,对共模输入信号有很强的抑制能力 (对差模信号没有多大的影响),可以抑制由外界条件的变化带给电路的影响,如温度噪声等。如果存在干扰信号,会对 2 个输入信号产生相同的干扰,通过二者之差,干扰信号的有效输入为 0,从而达到抗共模干扰的目的,具有抑制零点漂移作用。  温度漂移是指由于温度的变化引起半导体器件参数的变化继而导致输出电压的变化。由于电子元器件受温度变化的影响是没有规律的,温差越大,变化越大,低温时更加明显。在实际检定过程中,把数显轨距尺放置在(20±5)℃环境下,并在该范围内某一温度恒定后(如 20 ℃),当温度变化到另一温度 (如 25 ℃)再次恒定时,观察 2 次数显轨距尺在检定器上同一位置所指示的水平 (超高)示值,发现该值会有明显的变化,此变化是非线性、无规律的。解决这个问题可以通过实践摸索,设计出合理的温度补偿电路或者采取一定的温度补偿措施。    

目前,数显轨距尺已经广泛应用于高速铁路建设中,如果忽略上述问题,将会给数显轨距尺的准确度带来了很大的不确定因素,最终将会影响线路测量质量。在检定过程中,检定人员应该注意以上问题。同时,应加强对数显轨距尺生产厂家的监督检查,为铁路安全把好关。
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