數(shù)顯軌距尺實(shí)際檢定應(yīng)注意的問(wèn)題
隨著高速鐵路的建設(shè)和發(fā)展，越來(lái)越多的先進(jìn)計(jì)量檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際工作中，數(shù)顯軌距尺就是其中之一。2008 年，鐵道部實(shí)施修訂的 JJG219—2008 《標(biāo)準(zhǔn)軌距鐵路軌距尺》后，全路開(kāi)展對(duì)數(shù)顯軌距尺的檢定。JJG 219—2008 針對(duì)數(shù)顯軌距尺，詳細(xì)制定了相關(guān)的計(jì)量性能要求以及檢定方法，但在實(shí)際檢定工作中，仍有許多值得注意的問(wèn)題。
1、分辨力問(wèn)題
JJG 219—2008 要求，1 級(jí)數(shù)顯軌距尺軌距的分辨力不大于 0.01 mm，水平 （超高）的分辨力不大于 0.1 mm。
數(shù)顯軌距尺是通過(guò)傳感器把實(shí)際的物理量通過(guò)AD 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成電信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，通過(guò)液晶顯示屏顯示出線路的軌距和水平 （超高）數(shù)值的計(jì)量器具。所以，傳感器分辨率的大小直接影響到數(shù)顯軌距尺的分辨力。傳感器的分辨率則是指數(shù)字量變化一個(gè)最小值時(shí)模擬信號(hào)的變化量，定義為滿刻度與 2n的比值，通常以數(shù)字信號(hào)位數(shù)來(lái)表示。以量程為 100 mm 的傳感器為例，要達(dá)到 0.01 mm的分辨力，其數(shù)字信號(hào)位數(shù)為1002n≤0.01，n≥13。即傳感器數(shù)字信號(hào)位數(shù)應(yīng)至少為 13 位。傳感器位數(shù)越多，造價(jià)就越高。 實(shí)際檢定過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，有的數(shù)顯軌距尺的分辨力并不能滿足規(guī)程要求，只是表面上顯示了小數(shù)點(diǎn)后第 2 位的數(shù)值，其準(zhǔn)確度達(dá)不到 0.01 mm。為此，將數(shù)顯軌距尺放在Ⅰ級(jí)軌距尺檢定器上，在軌距尺軌距測(cè)量范圍內(nèi)任意測(cè)量點(diǎn)上，旋緊檢定器活動(dòng)測(cè)塊的緊固旋鈕，然后轉(zhuǎn)動(dòng)微調(diào)旋鈕，發(fā)現(xiàn)在檢定器示值變化 0.07 mm 甚至更多時(shí)，數(shù)顯軌距尺顯示的示值才變化 0.01 mm。這種現(xiàn)象說(shuō)明，該數(shù)顯軌距尺的分辨力沒(méi)有達(dá)到小于等于 0.01 mm 的要求，即軌距尺傳感器的數(shù)字信號(hào)位數(shù)不夠，它只是通過(guò)軟件控制顯示了小數(shù)點(diǎn)后 2 位的數(shù)值，而該值存在著±0.07 mm 的誤差。此問(wèn)題在常規(guī)檢定時(shí)很難發(fā)現(xiàn)。
2、進(jìn)位原則引起的穩(wěn)定顯示問(wèn)題
數(shù)顯軌距尺是按一定的進(jìn)位原則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修約后顯示出相應(yīng)的數(shù)值。以傳統(tǒng)的四舍五入原則為例，當(dāng)實(shí)際數(shù)值在 0.015～0.025 mm 時(shí)，顯示屏上均顯示為 0.02 mm；當(dāng)實(shí)際值正好為 0.015 mm 或者 0.025 mm 這 2 個(gè)臨界點(diǎn)時(shí)，顯示屏幕上的顯示數(shù)值就會(huì)在 0.01 mm 和 0.02 mm 或 0.02 mm 和0.03 mm 之間跳動(dòng)，而不能顯示穩(wěn)定的數(shù)值。數(shù)顯軌距尺的傳感器存在著輸出的非線性問(wèn)題，它直接影響到控制系統(tǒng)對(duì)外界物理量變化的判斷和控制。如果由傳感器搭建的電路輸入與輸出成線性關(guān)系，那么，對(duì)控制程序的編制會(huì)顯得特別容易。而在實(shí)際過(guò)程中，電路的輸入和輸出往往都是非線性的，這就需要選擇一個(gè)合適的算法，把這種函數(shù)關(guān)系輸入給控制系統(tǒng)，從而把外界的物理量變化實(shí)時(shí)地顯示出來(lái)。目前，一般采用代數(shù)插值法對(duì)傳感器的非線性進(jìn)行補(bǔ)償。代數(shù)插值法的理論基礎(chǔ)，是把一段曲線分成若干個(gè)直線段來(lái)近似代替。直線段數(shù)越多，其組合就越趨近于被代替的曲線。但是，如果所分成的線段越多，線段之間的臨界點(diǎn)也越多，數(shù)顯尺的示值穩(wěn)定性就越難保證。只有使用具有足夠多位數(shù)的傳感器，在保證其示值穩(wěn)定性的前提下，再運(yùn)用插值法進(jìn)行曲線模擬，才能滿足要求。
3、零位漂移和溫度漂移問(wèn)題
任何傳感器均存在著零位漂移和溫度漂移問(wèn)題。零位漂移是指輸入電壓為零，輸出電壓偏離零值的變化，是影響傳感器準(zhǔn)確度的重要因素之一。解決零位漂移的最有效措施是采用差分電路。差分電路的輸入端是 2 個(gè)信號(hào)的輸入，這 2 個(gè)信號(hào)的差值為電路有效輸入信號(hào)。電路的輸出是對(duì)這 2 個(gè)輸入信號(hào)之差的放大，對(duì)共模輸入信號(hào)有很強(qiáng)的抑制能力 （對(duì)差模信號(hào)沒(méi)有多大的影響），可以抑制由外界條件的變化帶給電路的影響，如溫度噪聲等。如果存在干擾信號(hào)，會(huì)對(duì) 2 個(gè)輸入信號(hào)產(chǎn)生相同的干擾，通過(guò)二者之差，干擾信號(hào)的有效輸入為 0，從而達(dá)到抗共模干擾的目的，具有抑制零點(diǎn)漂移作用。 溫度漂移是指由于溫度的變化引起半導(dǎo)體器件參數(shù)的變化繼而導(dǎo)致輸出電壓的變化。由于電子元器件受溫度變化的影響是沒(méi)有規(guī)律的，溫差越大，變化越大，低溫時(shí)更加明顯。在實(shí)際檢定過(guò)程中，把數(shù)顯軌距尺放置在（20±5）℃環(huán)境下，并在該范圍內(nèi)某一溫度恒定后（如 20 ℃），當(dāng)溫度變化到另一溫度 （如 25 ℃）再次恒定時(shí)，觀察 2 次數(shù)顯軌距尺在檢定器上同一位置所指示的水平 （超高）示值，發(fā)現(xiàn)該值會(huì)有明顯的變化，此變化是非線性、無(wú)規(guī)律的。解決這個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)實(shí)踐摸索，設(shè)計(jì)出合理的溫度補(bǔ)償電路或者采取一定的溫度補(bǔ)償措施。
目前，數(shù)顯軌距尺已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高速鐵路建設(shè)中，如果忽略上述問(wèn)題，將會(huì)給數(shù)顯軌距尺的準(zhǔn)確度帶來(lái)了很大的不確定因素，最終將會(huì)影響線路測(cè)量質(zhì)量。在檢定過(guò)程中，檢定人員應(yīng)該注意以上問(wèn)題。同時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)數(shù)顯軌距尺生產(chǎn)廠家的監(jiān)督檢查，為鐵路安全把好關(guān)。
