汽车空调压缩机转子检测系统校准方法的改进

第31卷第6期2005年11月中国测试技术

CHINA MEASUREMENT TECHNOLOGY Vol.31No.6

2005Nov ，

汽车空调压缩机转子检测系统校准方法的改进

罗钟珠

（烟台首钢电装有限公司，山东烟台264006）

摘

要：随着压缩机新品种的逐渐增多，判别各种压缩机转子的允许误差也越来越小，这就对检测系统提出了更高

的精度要求。传统的校准方法已很难满足不断提高的精度要求，开始显现出操作繁琐、校准效果差等问题。为此，我们以开发利用检测系统自身潜能为主要手段，采取了设置电压测量功能以代替校准用电压表、修改校准操作要领、限定被测件移动距离三项措施，对传统校准方法进行了改进。几个月的运行结果表明，此次校准方法的改进是行之有效的，它对提高校准操作效率和系统精度、减少产品误判、保证产品质量具有重要的实际意义。关键词：校准方法；检测；误差；精度；补偿RD 控制器；中图分类号：TM925.06

文献标识码：A

文章编号：（2005）1672-498406-0090-04

Amelioration of automobile detection system of rotor of the air conditioning’scompressor

LUO Zhong-zhu

（Yantai Shou Gang Denso Co. LTD. Yintai 264006，China ）

Abstract ：With the increase of new varieties of compressors ，the permissible error for the distinction of diverse rotors of the

compressors should be less and less ，which brings higher accuracy requirement to the detection system. The traditional method of

with complicated operation and bad accuracy ，cannot satisfy the requirement. To solve these problems ，we adopt utilizing calibration ，

the self-potential of the detection system as the main means ，optimize manipulate arrangement and implement amelioration to the traditional method of calibration. The operating result demonstrates that this amelioration is effective and it has great significance to

the improvement of the efficiency of calibration operation and accuracy ，decrease of incorrect estimation ，guarantee of the products’quality.Key words ：Method of calibration ；Detection ；RD controller ；Error ；Accuracy ；Compensation

1引言

要求，显现出校准操作繁琐、校准效果差等问题，且常出现误判。

为此，我们在了解RD 控制器的工作原理及有关误差理论的基础上综合分析了检测性质、检测条件、校准方法等，并推出了一种新的校准方法并予以实施，最终收到了显着的效果。

转子检测系统是我公司于2004年12月由日本电装引进，并被日本有关专家称之为“国内外先进”的汽车空调压缩机离合器组装线的重要组成部分，是用来判别各种转子直径的第一道工序。它的精度情况直接影响转子直径的判别质量及最终的整机性能。在现有硬件条件下若想获得较高的检测精度，则要求对检测系统进行的校准必须准确，校准方法更为合理。随着压缩机品种的增加，判别不同转子直径所要求的允许误差越来越小（即由原来的±。尽管检测系统的RD 模0.300mm 降至±0.100mm ）

拟信号控制器（以下简称RD 控制器）以其优越的性能受到人们的关注，但原来的校准方法却难以使其发辉应有的作用，更难以满足越来越高的允许误差

2

2. 1

检测系统的构成与校正系统原理介绍

检测系统的构成

检测系统由激光传感器、放大器、RD 控制器组

成。其中传感器将被测件相对应的非电量信号x i （本文中下标i 均表示补偿点序号）转换为电信号并传输给放大器；而RD 控制器则将来自放大器u' i ，

的输出电压u i 作为输入信号接收进来加以线性化处理并转换为输出量y i ，再将其作为检测结果显示于面板上，并传输给本系统外的控制系统（如图1）。2. 2

校正系统原理

校正系统由三个环节组成（如图2）。其中，传感器是非线性环节，其特性为u' i =（；放大器是f x i ）

收稿日期：收到修改稿日期：2005-07-25；2005-09-15

作者简介：罗钟珠（1952-），男，朝鲜族，工程师，主要从事自动化控制与检测技术。

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线性环节，其特性为u i =ku' i （k 为放大器灵敏度）；RD 控制器是非线性校正环节，其特性为

（u i ），它具有多路数值线y i =φ

性化（简称MDL ）功能。RD 控制器能够靠人们对其自身校正环节的补偿，近似地描述检测系统的输入信号变化，并按一定线性关系输出于系统之外，或显示于自身面板上。补偿数据取自于传感器与放大

器两环节组成的总特性的反函数，它可由前两环节特性联合求得，即：

u i =kf

（x i ）由上式可得反函数表达式，x u i

i =f -（

1

k

）（1）校准用标准件的x i 值为约定真知，

因此在补偿时，借助相应标准件测取若干次电压u i ，

通过平均值计算得（-u i ，x i ），并以此作为描述前两个环节总特性的样本数据。因为我们希望转子检测系统的输出与输入相同，即y ii =x i ，

这就要求校正环节特性y i =φu i ）关系与式（1）表达的特性关系相同。为此将样本数据（-u i ，x i ）存入RD 控制器内存中，以期求得：y =x -（1

u i

i i =f k

）

测取的值u i 越准确，

补偿点数越多，输出量y i 就越近似于输入量x i 。

3原因分析

首先，我们来介绍改进前的校准操作方法，以便

进行分析。

（a ）连接校准用电压表（以下称电压表，准确度为±0.1，量程为20V ，分辨率为十毫伏级）；

（b ）标准件的准备：根据待检转子的规格情况，确定六个补偿点，选择与之一一对应的标准件，按直径由大至小的顺序，依次将其转至下一步进行测量；

（c ）电压测量：用手将标准件置于检测点处，于静止状态下进行电压u i 的测量与记录，接着将标准件原地转动任意角度后重复上述操作10次；求得u i 的平均值-u i 列于事先准备好的表格中；

（d ）补偿操作：将列于表格中的补偿数据（-u i ，x i ）输入于RD 控制器（详细的补偿操作方法参见说明书）；

（e ）连续测量与比较：用手将标准件放于检测装置轨道左上方（如图5）任意位置后松开，使检测系统在标准件移动时测取和显示其直径y i 值，然后计算综合误差绝对值Δy i =|y i -x i |，以便将其与允许误差绝对值进行比较；

（f ）判断比较结果：若综合误差绝对值Δy i 连续10次均满足Δy i ≤0.100mm ，

校准即告结束；否则转入下一步操作；

（g ）计算已修正结果：根据代数式x i =y i +（x i -y i ）

计算出已修正结果作为新的补偿值x i ，然后重复（d ）～（f ）步的操作，直到满足Δy i ≤0.100mm 为止。

通过观察和实验我们发现，原来校准方法不够合理，存在校准效果差、操作繁琐、同一被测件重复检测误差较大等问题。造成这些问题的原因是多方面的，且彼此间的影响错综复杂。下面将对检测系统影响最大的三个主要原因进行分析。3.1

选用的电压表不合适

电压表用来测取与标准件的约定真值x i 相对应的电压值u i ，

以备补偿输入所需。这就要求校准仪器准确度高，否则校准将得不到良好的效果。然而，如上介绍可知，改进前选用的校准仪器为电压表，其准确度仅为±0.1，可选最小量程为20V ，分辨率为十毫伏级。当测取1～5V 范围内的电压时，测取各点P （表i 示补偿点）所产生的绝对引用误差均为Δu i =20V ×（±0.1%）≤±0. 02V ，此误差将影响非线性环节的校正而产生系统误差。

为便于定量分析，我们假设引用误差仅作用于理想的线性环节中，据传感器手册给出的传输特性，将非线性校正环节的特性函数y i =φ（u i ）表示为线性函数式，即：

y i =3. 75-0.75u i

（2）

误差传递定律一般表达式为：

δy =

（3）式中δ——函数y —（输出量）的误差，δ—

——自变量（输入量）的误差，j ———自变量个数序号上式对系统误差的计算也适用，又因为式（2）仅有一个自变量u i ，u i 为自变量误差，

所以上式可化为：Δy i 系（定值）=

(dy

i du i

)Δu

i

（4）

（Δ

92

对式2求导，则有

中国测试技术2005年11

月

dy i

又因为Δu i =±0.02V ，=0. 75；

du i

带入上式得系统误差，即：

性质分析，此偏差与3.2中所分析的误差均为同一类误差。因此在校准时，应充分考虑这种电压偏差的存在，且应在与转子实际检测性质相同的情况下测取标准件数据作为样本数据进行补偿，才能得到良好的校准效果。反之，则由于取样数据不能代表含有动态误差分量的实际被测量，动态误差这一分量得不到补偿而导致校准效果差。虽然该电压偏差引起的检测误差具有方向性，利用RD 控制器很强的非线性校正功能，经多次试探性的校准能够消除，但单次的校准效果差；又由于第（a ）、（c ）的操作细节全部是手动进行的，故此操作既繁琐又费时。所以说，原来的校准操作要领是不规范的。

Δy i 系（定值）=（0.75）×（±0.02）=±0.015cm =±0.150mm 可见仅此一项误差也要比允许误差大得多。3. 2

被测件移动距离不确定

系统对转子的检测实际上是在转子移动状态下进行的，属于动态检测性质。在轨道斜面上，被测件自起点a 向下滚动（如图5），在经过检测点b 的瞬间，是由检测系统测取其直径的，这要求被测件经过b 点的速度必须相同。而原来的校准方法却没有规定起点a 的位置，使得a 到b 点的距离s 不确定。据有关动态检测理论可知，被测件的被测量随时间变化时，检测系统的输出追随输入量的过程中会产生动态误差。若被测件移动距离s 不确定，则其经过检测点的速度不同。由此产生的动态误差对转子检测系统而言，不仅在利用同一标准件进行重复测量电压时会加大其偏差，还会直接加大转子检测综合误差。实际测量结果表明，在移动距离不确定时最大误差可达±0.088mm 。3. 3

校准操作要领不规范

如上所述，系统对被测件的检测性质为动态的；而由改进前（c ）操作可见，标准件测量是在静止状态下进行的，显然这与转子的实际检测性质不相符。由专项测试结果可知：在标准件静态与动态时测得的电压平均偏差为0.007V 左右。按误差的来源与

4改进思路

综上分析，我们可从中发现一个共同点———测

取的电压u i 值偏差大，可见用来补偿的电压u i 值不能真实反映检测系统输入特性，由引用误差、重复误差等因素造成的系统误差得不到有效抑制。尽管连续多次的修正使检测系统能够运行，但这只能说明由已修正结果x i 补偿的那一点处于相对最佳工作状态。而其他工作点则受到破坏使得检测范围变窄，影响了整个检测范围内的校准效果，加之转子移动距离不确定因素后所产生的综合误差，经常使转子检测最终结果出现误判。另外，改进前的操作还存在由于校准要领不规范而产生的校准操作繁琐、操作时间过长的问题。图3即表示基于以上分析所形成的校准方法改进思路。

5

5. 1

改进措施介绍

设置RD 控制器电压测量功能

合理利用RD 控制器自身功能，将其设置为具

究发现：当选择组别bA-0及检测方式C-9时，它能够利用自身的谷值记忆保持功能，在动态方式下测量和显示输入于自身的前级输出电压；且准确度高达±0.03，在10伏的量程范围内分辨率可达毫伏（±级。由此算出的引用误差绝对值为Δu i =10V ×代入式（3）后求导，即可得系统0.03%）=±0. 003V ，

有电压测量功能的仪器取代原来的电压表以减小引用误差，是校准方法改进的重要手段，也是本次改进的重点。我们通过对RD 控制器工作原理的深入研

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误差Δy i 系≤±0.023mm 。（定值）

基于上述发现，按照如图4所示的步骤对RD 控制器进行了电压测量功能的设置。这不仅提高了检测系统的精度，还为采取下一步措施创造了便利条件。

设置电压测量功能的具体方法如下：

（1）进入MDL 功能。面板显示“bA-1”（转子检测所需数据组别，已经被补偿）；bA 表示补偿数据组别，1表示组别序号，选择序号为1至4的组别即执行MDL 功能。

（2）选择电压测量功能。面板显示“bA-0”。（3）登录组别号。面板显示随机电压值（非定义的），此时RD 控制器进入随机电压测量功能状态。

（4）

方式选择。面板显示ABCD （5）测定方式选择。用相应键将C-8（峰值自动保持方式，用于转子直径检测）修改后使面板显示C-9

（谷值自动保持方式，用于电压测量）。（6）按下确认键使控制器进入标准件电压测量状态。面板显示随机电压值（定义的）。

以上设置步骤中更详细的操作要领，可参见RD 控制器使用说明书。5. 2

被测件移动轨道改进

做一个定位板并将其装于被测件移动轨道上端5），以确定被测件移动的起始点a 与检测点b 之间的距离s ；检测时将被侧件放在轨道上的定位板a 面上，并保证其下移的初速度为零。由此使同一被测件重复经过b 点的速度相同，从而减小重复误差。经过此次改进，被测件移动速度因素造成的系统误差分量降低了±0.041mm 。5. 3

校准操作要领的修改

修改校准操作要领是校准方法改进的主要内容，其目的是消除方法不当引起的系统误差。这是通过利用RD 控制器的电压动态测量功能，在原来校准操作要领的基础上，修改其第（a ）、（c ）、（e ）步而实现的。至于其他步的操作顺序和内容均与原来相

同（见3.3分析）。所作修改内容如下：

（1）将改进前（a ）改为设置RD 控制器电压测量功能（设置方法见5. 1介绍）；

（2）将改进前（c ）改为“电压测量：用手将标准件

放在轨道上的定位板a 面后松开，使检测系统在其移动时测取和显示电压u i 值，

记下其值后重复上述操作10次；然后计算u i 的平均值-u i 列于相应的表格中”；

（3）将改进前（e ）改为连续测量与比较：用手将标准件放在轨道上的定位板a 面后将手松开，使检测系统在其移动时自动测取和显示其直径y i 值，然后计算综合误差绝对值Δy i =|y i -x i |，以便将其与允许误差绝对值进行比较。

6改进效果

改进后的校准方法一经采用，即显示出准确、简

捷、适用等优点。系统精度得到显著提高，校准操作时间大幅缩短。列于表1中的数据均表示改进前后有关误差、精度、操作时间的指标及其变化情况。表中各项误差指标均根据实际情况规定或根据实际测算得出的；而各项精度指标则在系统检测范围为30mm 的情况下，

根据误差的给定值或测算结果估算得出的。对于改进前的检测系统精度指标，由于校准仪器、操作方法、人的经验和情绪等各方面均存在不确定因素，对其精度进行准确的估算是很困难的。故在最大与最小的综合误差（±0.111mm ）中，取最大值（±0.238mm ）来估算系统精度指标，其值为0.79%。

表1

改进效果表序项目改进前

改进后

效果（幅度）1允许误差要求小于±0.300mm 小于±0.100mm 降67%2校准后的最大综合误差

±0.238mm ±0.070mm 降71%3检测精度要求高于1.00%高于0.33%升67%4校准后的系统精度0.79%0.24%升55%5

校准操作所需时间

26分钟

10分钟

降61%

由于检测系统还会受到其他因素如灵敏度误差、附加误差等影响，改进前后的实际精度分别要比估算的精度低一些，但这些因素不是（下转第135页）

（如图

第31卷第6期章骅等：室内污染控制技术研究进展

135

要科研人员开发更有效、更便捷的室内空气净化技术，而且更要从室内污染的源头抓起，严格控制各种室内建筑、装饰、用具等所造成的空气污染，尽量减少污染的来源。现在提出的一些解决办法或开发的产品，还不能彻底解决室内空气质量问题，只能从局部改善污染问题，目前必须加强基础研究和实验，首先要解决危害机理、检测和评价的标准和方法问题，在此基础上，研究开发更有效的综合净化技术将是今后的重要研究方向。

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（上接第93页）“发明改善成果”单项特等奖。希望能够为其他类似本次改进的对象，而且对系统的影响较小，在本文中忽略不计。

的改进提供经验，以供同行们参考。

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7结束语

采用更合理、更灵活的校准方法，充分利用转子

检测系统优越的软硬件资源，使其充分发挥自身潜能，是改进检测系统的关键；对于各种错综复杂的因果关系，只有在充分了解检测系统的工作原理、检测性质与条件以及有关误差理论的基础上，进行综合分析与处理，才能得到有效解决。

本次改进正是基于上述想法实现的。系统工作状况表明，此次改进效果显著：不仅直接提高了系统精度与校准效率，减少了误判现象，而且间接获得了经济、社会方面的效益。本人也因此获得了公司的