邢 威
（中国航发沈阳发动机研究所，辽宁 沈阳 110015）
引言近年来，随着航空发动机技术的飞速发展，发动机试验是新型复杂产品品质鉴定、性能验证、指标评测的重要依据。发动机试车台的建设则是以进行试验采集数据、获取发动机参数为目的的。发动机数据采集系统的完成，用以对试验过程中发动机内外流的压力等参数进行测量、采集、监视、存储及分析等工作。发动机压力测量系统用于气体压力测量，主要由稳态上位机、数据集会器、专用信号线缆、压力扫描阀等组成。压力扫描阀是将智能压力传感器组建与小型嵌入式数据采集系统集成起来，构成的多通道压力扫描阀。目前TE 公司推出的9216，其不仅覆盖9116 全部功能，而且全面提升产品性能，主要在涡轮机试验台、风洞压力测量等领域得到广泛应用。
由于压力扫描阀绝大多数只是在购进时由生产厂商检验过，在购置引进及使用过程中未严格校准（检定），其测量准确度直接关系到发动机试验的质量，并且没有现行有效的校准压力扫描阀的国家军用标准、国家标准、行业规范等，针对发动机试验所用压力扫描阀的校准需求，在充分调研的基础上，研究了校准项目和校准方法，完成实验验证和不确定度的分析评定。
1 9216 扫描阀介绍9216 智能压力扫描器（见图1）是高性能的一体式气体压力测量装置，用于多通道干燥无腐蚀性气体的压力测量，扫描器将16 个采用了最新微处理器技术的具有各种压力范围的硅压阻式压力传感器集成在一个紧凑、坚固耐用的封装内。每个可现场替换的传感器组件都包括一个温度传感器和一个EEPROM电路，用于存储校准数据及传感器信息，如压力范围、出厂校准日期、用户管理的最后校准日期以及下次校准日期。
9216 可以一键设置按照9116 工作，由单片机升级为32 位ARM，测量精度为±0.05%FS，每个模块有16 个通道，每通道采样率500 Hz（0.063 英寸管径），自适应10/100BaseT 以太网，TCP/IP、UDP 协议，支持IEEE1588-2008PTPv2 和NTP 同步时钟，压力量程最高达850 psid（5 860 kPa），具有内部调零、吹扫、检漏功能，支持3 个扫描阀同时采集，支持软件触发、硬件触发数据采集。IP66 坚固外壳，抗冲击、抗振动、抗噪声。
9216 的微处理器使用EEPROM电路中的传感器数据来修正零位、量程、线性度和热误差，并通过执行数字温度补偿功能，将热误差降低到普通传感器的1/10 或更多。微处理器还控制整体阀组动作，以便根据请求在线调零校准。该功能可以消除零点漂移误差，并在重新归零后保证系统精确度达到±0.05%FS（满量程）。
9216 可同时执行三个扫描列表，并以500 次/秒/通道的速率进行连续数据采集。采集到的数据通过支持TCP 和和UDP 协议的自适应的10 或100 Mbit以太网接口输出。9216 的数据可选包含时间戳输出，时间戳可来源于9216 内部时钟、NTP 时钟或IEEE 1588-2008 精密时间协议（PTPv2）主时钟。多个9216智能压力扫描阀还可联网实现多通道多参数分布式智能数据采集系统。
2 9216 扫描阀校准9216 压力扫描阀的数据采集可通过提供配套的基于VB 编写的NUSS 测量软件完成。电脑IP 地址设置完成后，打开NUSS 软件，在左侧“Nodes on Network”区域选择扫描阀，右键点击“Connect”，连接成功，扫描阀图标将由灰色变为黄色。通过连接到所需的NetScanner，显示数据的当前值。在NetScanner，打开该扫描阀的“Run Form”，单击底部中间位置的“Rec”按钮，完成数据的记录。通过上方工具栏上的“Run”菜单中“Playback Only”选项实现将NUSS 数据文件转换为Excel（csv）文件，便于工程领域保存和计算。如果扫描阀采集的测量结果超差，则需要依靠校准工作修正。
2.1 设置校准器1）单击上方工具栏上的“Configure”菜单，选择“Calibrators（NUSS）”选项。
2）点击其中一个“LRN”号旁边的“下拉”箭头，选择一个可用的校准器，如果使用的是无法通过NUSS直接控制的校准器，例如空气活塞式压力计或其他压力标准源，转到下一页。
3）根据需要调整相关参数。“Span-Only Set Point”必须设置为被校准扫描阀的满量程压力。“Multi-Point Set Point”必须设置为被校准的扫描阀的测量能力范围内。单击（选中）复选框以“Add Mid-Points BetweenUnique Cal.Points”。
4）记住用于此校准器的LRN 编号，它将与要校准的扫描阀的通道相关联。
2.2 设置外部校准器1）单击上方工具栏上的“Configure”菜单，选择“Calibrators（NUSS）”选项。
2）点击其中一个“LRN”号旁边的“下拉”箭头，选择“Extern”类型，将“Calibrators Range”从默认的“0.000 to 0.000 psi”修改为希望的值。例如，如果希望校准1 000 psi 的传感器，则将数值更改为“0.0 to 1000 psi”，确保保留空格。
3）根据需要调整相关参数。“Span-Only Set Point”必须设置为被校准扫描阀的满量程压力。“Multi-Point Set Point”必须设置为被校准的扫描阀的测量能力范围内。单击（选中）复选框以“Add Mid-Points BetweenUnique Cal.Points”。
4）记住用于此校准器的LRN 编号，它将与要校准的扫描阀的通道相关联。
2.3 设置扫描阀与校准器相关联1）必须首先在LRN 中定义校准器，并且连接扫描阀。
2）右键单击扫描阀图标，选择“Calibrate”，然后选择“Associate LRN（s）”。
3）从“下拉菜单”中为通道1 选择正确的LRN，选中“Make Transducer#2 to 16 the same as#1”。
4）在“Cal To”下拉菜单中选择“Cal”项，在“End With”下拉菜单中选择“Run”。
5）单击“Save”按钮，然后单击“Exit”。
2.4 扫描阀校准1）首先必须定义校准器，连接扫描阀，扫描阀通道必须与校准器LRN 关联。
2）右键单击扫描阀图标，然后选择“Calibrate”，然后选择“Zero”。
3）选择要校准的扫描阀。
4）点击“Adjust”，如果使用的校准器能够直接与NUSS 通讯，则操作将自动完成。如果是一个“External”类型，手动操作的校准器，则会提示您设置压力并在文本框中输入该压力的真实值。
5）校准程序将指示程序是通过还是失败。
6）单击“Save”将新系数存储到非易失性存储器中。
7）右键单击扫描阀图标，然后选择“Calibrate”，然后选择“Span”。
8）选择要校准的扫描阀。
9）点击“Adjust”，如果使用的校准器能够直接与NUSS 通讯，则操作将自动完成。如果是一个“External”类型，手动操作的校准器，则会提示设置压力并在文本框中输入该压力的真实值。
10）校准程序将指示程序是通过还是失败。
11）单击“Save”将新系数存储到非易失性存储器中。
3 3216 压力扫描阀的不确定度分析采用SPC4000 型数字压力控制器，对9216 型压力扫描阀进行校准示值误差不确定度评定。
3.1 测量方法根据JJG 875—2019《数字压力计检定规程》采用直接测量法对压力扫描阀进行校准，以0.01 级SPC4000 型数字压力控制器作为标准器，对压力扫描阀输入压力，读取数字压力校验仪显示值。
3.2 数学模型式中：Δp 为压力扫描阀各检定点的示值误差；p 为被校压力扫描阀各检定点的示值；p标为SPC4000 数字压力控制仪的标准压力值。
3.3 不确定度的来源1）被校压力扫描阀示值重复性引入的相对标准不确定度；
2）SPC4000 数字压力控制仪允许误差引入的相对标准不确定度；
3）被校压力扫描阀的分辨力引起的不确定分量
3.4 标准不确定度评定被校压力扫描阀示值重复性引入的标准不确定度ur1。
对被较压力扫描阀作全量程检定发现在8 通道60 psid 点上变化最大，以此组数据为代表来估算其不确定度（见表1）。
表1 采样点观测数据
供重复5 次正反行程，计n＝10，求得：
平均值p¯=59.963 09。
所以相对标准不确定度为：
PPC3 数字压力控制仪引入的标准不确定度ur2。
由上级检定部门出具的检定证书得最大允许误差±0.01%，则：
被校压力扫描阀的分辨力引起的不确定分量ur3：
3.5 不确定度分量一览表（见表2）
表2 不确定度分量
3.6 合成相对标准不确定度由于各分量彼此独立，所以合成相对标准不确定度为：
3.7 扩展不确定度测量不确定度的置信概率为95%，取k=2，则扩展不确定度为：
故满足精度指标。
4 结语目前9216 型压力扫描阀在我所发动机试车现场的使用量呈递增趋势，其测试结果的准确性将直接影响着科研生产。该校准技术的实现，确保了某重点型号发动机重大地面试验测量数据的准确可靠，为型号试制、科研攻关都起到良好的保障作用，而且该方法对现场其他气体压力测量设备的校准工作也具有一定的技术指导意义。随着校准系统的稳步成熟，输出部分在控制方式上可进行完善，完成程序化闭环，逐步建立与计量管理系统的接口数据库。
