电梯限速器动作速度校验结果不确定度评定

陈世泽

（广州特种机电设备检测研究院 广州 510080）

1 概述

电梯限速器，是电梯安全保护系统中的安全控制部件之一。当电梯在运行中无论何种原因使轿厢发生超速，甚至发生坠落的危险，而所有其他安全保护装置不起作用的情况下，则限速器和安全钳发生联动动作，使电梯轿厢停住。GB 7588—2003《电梯制造与安装安全规范》中9.9项明确了限速器动作速度的合格范围。TSG T7001—2009《电梯监督检验与定期检验规则——曳引与强制驱动电梯》中规定，电梯每两年必须进行一次限速器动作速度校验。

测量不确定度是对测量结果可能误差的度量，也是定量说明测量结果质量好坏的一个参数，因此它是一个与测量结果相联系的参数。一个完整的测量结果，除了应给出被测量的最佳估计值外，还应同时给出测量结果的不确定度[1]。

2 限速器动作速度现场测试设备及方法

1)测试设备：便携式限速器测试仪，具备自动加速功能的驱动手枪钻、具备直径测量功能，电气触发记录功能的转速表；数显深度尺，测量范围0～25mm，分度值0.01mm，最大允许误差为±0.02mm；游标卡尺，测量范围0～200mm，分度值0.02mm，最大允许误差为±0.02mm。

2)被测对象：在用电梯限速器。

3)测量地点：电梯机房。

4)测试方法：测试人员用限速器测试仪的直径测量模块测量限速器轮的外缘直径，用深度尺测量限速器绳距外缘高度，用游标卡尺测量限速器绳直径。获得以上参数后，测试人员再用专用工具提拉钢丝绳，使其脱离轮槽不阻碍限速器轮的自由转动；然后，一位操作人员用驱动元件带动限速器轮逐渐加速，直到限速器电气和机械动作，另一位操作人员用限速器测试仪的转速表记录相应动作速度值。

限速器的动作速度为限速器钢丝绳中心所在节圆位置的线速度，转速表无法直接测量限速器轮节圆位置的线速度（部分专门设有限速器测试位置的限速器除外），因此，操作人员只能通过测量限速器外缘位置的线速度，并结合外缘直径与节圆直径的比值将读数换算成节圆位置的线速度即为限速器动作速度。

3 限速器动作速度测试的数学模型

限速器动作速度测试的数学模型为：

式中：

V0——限速器动作速度；

V——限速器轮外缘线速度；

D——限速器轮外缘直径；

h——限速器钢丝绳距限速器轮外缘高度；

d——限速器钢丝绳直径。

限速器动作速度包括电气动作速度和机械动作速度。根据GB 7588—2003的要求，在电梯限速器达到动作速度之前，应该有一个电气安全装置使驱动主机停止运转[2]，所以电气动作速度应小于等于机械动作速度，电气和机械动作是时间先后关系，两者动作触发的原理相同，测试的方法一致。因此，以上数学模型适用于限速器电气动作速度与机械动作速度的计算。

4 输入量标准不确定度的评定

由测试数学模型可知，限速器动作速度测试的输入量包括，限速器电气和机械动作时的限速器轮外缘位置线速度、限速器轮外缘直径、限速器绳距离外缘高度、限速器钢丝绳直径。本文选取在用电梯，电梯限速器型号为XS3-B，额定速度为1.0m/s，电气动作速度标称值为：1.27m/s，机械动作速度标称值为：1.38m/s。按照前文的测试方法，测得数值10组，见表1。

表1 限速器电气动作速度测试数据记录

4.1 限速器轮外缘线速度测量标准不确定度u(V1)、u(V2)的评定

1）测量重复性引起的标准不确定度评定，采用A类方法进行评定。根据表1所测数据，电气动作时轮外缘位置线速度V1和机械动作时轮外缘位置的线速度V2，进行10次独立测量结果的平均值分别为：

根据贝塞尔公式，电气动作时轮外缘位置线速度的标准不确定度u1(V1)为：

同理，计算得到机械动作时轮外缘位置线速度的标准不确定度u1(V2)为：

在重复性条件下，对同一被测量进行n次独立重复测量，用贝塞尔公式求A类评定的标准不确定时，其自由度v=n-1，因此v1(V1) = v1(V2) = n-1 = 9。

2）转速表计量性能的局限性引入的不确定度评定，采用B类方法进行评定。校准证书给出的转速表在量程范围内，按包含因k=2给出的扩展不确定度为0.3%。于是其标准不确定度为：

根据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》，B类评定的不确定度分量的自由度与所得到的标准不确定度的相对标准不确定度有关，其关系为

对于B类评定，其标准不确定度并不是由实验测量得到的，因此，通常情况下，对绝大多数的检测机构出具的测量结果或诸如示值误差、读数误差、分辨力等引起的标准不确定度u(xi)，其相对标准不确定度根据经验值就取10%[3]。即可得自由度

4.2 外缘直径测量标准不确定度u(D)的评定

外缘直径是通过转速表在限速器外缘上旋转一周所测量的周长计算而得。在实际测量中，首先在限速器外缘上标记起始旋转位置，保持转速表不动，旋转限速器轮，目测转速表轮与所做标记重合，则旋转角度为一周。转速表在限速器外缘上旋转的角度偏离会引入测量不确定度。根据表1所测数据，采用A类方法进行评定对测量重复性引起的标准不确定度进行评定，10次独立测量结果的平均值

根据贝塞尔公式，测量重复性引起的标准不确定度为：

4.3 绳距外缘高度测量标准不确定度u(h)的评定

绳距外缘高度的测量，采用深度尺测量钢丝绳最高点距离限速器轮外缘的距离。多次测量，选取其中最低值为所测量值，根据表1实验数据，本次测量绳距外缘高度的值为0.13mm。深度尺的最大允许误差为±0.02mm，于是绳距外缘高度测量的B类标准不确定度：

与本文的计算方法相同，根据经验，允许误差引起的标准不确定度u的相对标准不确定度的估计值为10%，于是通过计算得到自由度v(h)=50。

4.4 钢丝绳直径测量标准不确定度u(d)的评定

1）钢丝绳直径测量重复性引起的标准不确定度评定，采用A类方法进行评定。根据表1所测得的数据，根据贝塞尔公式，测量重复性引起的标准不确定度为：

2）游标卡尺最大允许误差引入的不确定度，采用B类方法进行评定，游标卡尺的允许误差为±0.02mm，于是允许误差引入的不确定度u2(d) =0.02/2=0.01mm。根据经验值，u2(d)的相对标准不确定度的估计值为10%，得到自由度v2( d )=50[4]。

5 合成标准不确定度的评定

5.1 灵敏系数

根据公式

各输入量的灵敏系数ci可由测量模型对输入量求偏导数而得到，即

由此可得：

5.2 标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总表见表2。

表2 标准不确定度汇总表

5.3 合成标准不确定度的计算

各输入量彼此独立不存在相关性，所以限速器动作速度的计算式如下：

将表2中的不确定度分量代入计算可得，限速器电气动作速度合成标准不确定度uc1= 0.032m/s，机械动作速度合成标准不确定度uc2= 0.018m/s。

6 扩展不确定度的评定

选取包含概率p = 95%，通过查t分布表得到t的值为2.26。则限速器电气动作速度与机械动作速度的扩展不确定分别为

7 结束语

本文简要介绍了电梯限速器动作速度测试的常规方法，分析了测量不确定度来源，建立测量模型，计算了输入量标准不确定度、不确定度分量以及合成标准不确定度，最终得出限速器动作速度测试的扩展不确定度。从输入量标准不确定度汇总表可以看出，影响电梯限速器动作速度测试不确定度的主要因素为用转速表在限速器轮外缘进行线速度测量的标准不确定度，其他不确定来源基本可以忽略。根据实际操作经验可知，为了提高测试结果的质量，在进行限速器动作测试时，校验人员应控制限速器以较小的加速度均匀加速，提高动作速度测试的重复性，从而降低测量不确定度。

[1] 倪育才.实用测量不确定度评定[M].北京：中国质检出版社，2000.

[2] GB 7588—2003 电梯制造与安装安全规范[S].

[3] 郑红. 测量不确定度的自由度的计算[J]. 计量与测试技术，2014，41（12）：44-46+48.

[4] 折凯瑞.电梯曳引钢丝绳直径测量结果不确定度评定[J].中国电梯，2012，23(21)：60+68.