在2025年，隨著礦業(yè)市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，礦用電纜的需求不斷增加。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，礦用電纜市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到300億元，年增長(zhǎng)率保持在8%左右。礦用電纜的安全性能，尤其是其阻燃性能，對(duì)于保障礦下作業(yè)的安全性至關(guān)重要。然而，目前國(guó)內(nèi)在礦用電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)方面仍缺乏有效手段。本文深入分析了影響礦用電纜阻燃測(cè)試結(jié)果的核心計(jì)量性能指標(biāo)，并開發(fā)了一套校準(zhǔn)方法，以確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，提升礦下作業(yè)的安全標(biāo)準(zhǔn)。
《2025-2030年中國(guó)礦用電纜市場(chǎng)專題研究及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)評(píng)估報(bào)告》礦用電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)機(jī)在評(píng)估礦用電纜及非金屬電纜中間接頭的負(fù)載燃燒性能方面起著重要作用。其測(cè)試結(jié)果直接影響礦下作業(yè)的安全性。在實(shí)驗(yàn)室中，礦用電纜的阻燃性能通常由負(fù)載燃燒試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)。試驗(yàn)機(jī)需要獲得特定的電流、溫度等試驗(yàn)條件，并精確計(jì)時(shí)，以判定試件是否合格。因此，一旦試驗(yàn)機(jī)的工作電流、燃燒溫度或計(jì)時(shí)等計(jì)量性能出現(xiàn)偏差，就可能導(dǎo)致試驗(yàn)電纜的實(shí)際耐火性能與測(cè)試結(jié)果不符，進(jìn)而威脅生產(chǎn)安全。
(一)計(jì)量特性
礦用電纜市場(chǎng)情況分析根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)際試驗(yàn)需求，確定以下計(jì)量特性指標(biāo)：工作電流的最大允許誤差為±5%;試驗(yàn)溫度的測(cè)量范圍涵蓋205℃點(diǎn)，最大允許誤差為±2℃;計(jì)時(shí)裝置的測(cè)量范圍應(yīng)不小于4分鐘，最大允許誤差為±2秒。
(二)校準(zhǔn)條件
在進(jìn)行校準(zhǔn)前，應(yīng)確保滿足以下環(huán)境條件：環(huán)境溫度應(yīng)在-15℃至45℃之間，相對(duì)濕度應(yīng)在30%至80%之間，供電電源電壓應(yīng)為380V±38V，頻率應(yīng)為50Hz±1Hz。校準(zhǔn)過(guò)程中所需的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)器具包括：標(biāo)準(zhǔn)電流互感器、數(shù)字電流表、干體爐和秒表。這些設(shè)備在校準(zhǔn)前應(yīng)完成量值溯源，并確保量值符合要求。
(三)校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法
1.工作電流設(shè)定誤差
在試驗(yàn)機(jī)的工作電流量程內(nèi)均勻選取5個(gè)測(cè)量點(diǎn)，包含最大電流點(diǎn)。將試件穿過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電流互感器線圈后，連接到試驗(yàn)機(jī)的電控箱電路中，再將互感器的二次側(cè)連接至數(shù)字電流表。啟動(dòng)電控箱，設(shè)定輸出電流至第一個(gè)測(cè)量點(diǎn)，待數(shù)值穩(wěn)定后，記錄數(shù)字電流表顯示的標(biāo)準(zhǔn)電流值。通過(guò)試驗(yàn)機(jī)設(shè)定的輸出電流減去標(biāo)準(zhǔn)電流示值，即可計(jì)算出工作電流的設(shè)定誤差。
2.試驗(yàn)溫度測(cè)量誤差
設(shè)定干體爐溫度為205℃，將試驗(yàn)機(jī)的測(cè)溫探頭插入干體爐中。待干體爐溫度穩(wěn)定后，記錄試驗(yàn)機(jī)的溫度儀表示值及干體爐的溫度測(cè)量示值。將兩者的差值作為單次試驗(yàn)的溫度測(cè)量誤差。連續(xù)進(jìn)行3次測(cè)量，并將3次測(cè)量的溫度誤差平均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。
3.燃燒和續(xù)燃計(jì)時(shí)誤差
測(cè)量燃燒時(shí)間計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)誤差。設(shè)定試驗(yàn)機(jī)的燃燒時(shí)間為60秒并運(yùn)行。當(dāng)燃燒時(shí)間計(jì)時(shí)器啟動(dòng)時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)秒表開始測(cè)量燃燒時(shí)間。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的燃燒時(shí)間時(shí)，燃燒計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，此時(shí)記錄秒表顯示的時(shí)間，作為燃燒時(shí)間的實(shí)測(cè)值，同時(shí)記錄燃燒時(shí)間計(jì)時(shí)器的顯示時(shí)間。通過(guò)計(jì)算這兩個(gè)值之間的差值，得到燃燒時(shí)間計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)誤差。
測(cè)量續(xù)燃時(shí)間計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)誤差。當(dāng)燃燒計(jì)時(shí)器結(jié)束計(jì)時(shí)后，續(xù)燃計(jì)時(shí)器開始運(yùn)作。此時(shí)，再次按下秒表開始測(cè)量續(xù)燃時(shí)間，當(dāng)續(xù)燃計(jì)時(shí)器達(dá)到240秒時(shí)，同時(shí)停止秒表和續(xù)燃計(jì)時(shí)器，記錄續(xù)燃時(shí)間和秒表上顯示的續(xù)燃時(shí)間實(shí)測(cè)值。通過(guò)計(jì)算這兩個(gè)值之間的差值，得到單次續(xù)燃時(shí)間計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)誤差。
將上述兩個(gè)步驟分別重復(fù)測(cè)量3次，并計(jì)算3次測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值，作為燃燒時(shí)間和續(xù)燃時(shí)間計(jì)時(shí)器的計(jì)時(shí)誤差。
(一)工作電流設(shè)定誤差不確定度評(píng)定
測(cè)量方法：選擇6mm2的三芯電纜，連接校準(zhǔn)電路。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)查表，得到對(duì)應(yīng)的測(cè)試電流為162A。啟動(dòng)電控箱，將輸出電流設(shè)置為162A，待電流穩(wěn)定后，記錄數(shù)字電流表顯示的數(shù)值。
測(cè)量模型：工作電流設(shè)定誤差的測(cè)量模型如公式(1)所示。
合成方差和靈敏系數(shù)：合成方差用于量化多個(gè)不確定度分量對(duì)總不確定度的貢獻(xiàn)。對(duì)于工作電流設(shè)定誤差ΔI，其合成方差u2c(ΔI)可以通過(guò)公式(6)計(jì)算。
各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定：由于試驗(yàn)機(jī)設(shè)定電流恒為常數(shù)，可將u(I)視作為0，此處僅考慮由標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量u(I′)。
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔI)：將以上各不確定度分量代入公式(6)，得出合成不確定度uc(ΔI)=1.3A。
不確定度U：若取包含因子k為2，則擴(kuò)展不確定度U=kuc(ΔI)=2×1.3=2.6A，相對(duì)擴(kuò)展不確定度Urel(ΔI)=U/I×100%=2.6/165.5×100%=1.6%。
(二)試驗(yàn)溫度測(cè)量誤差不確定度評(píng)定
測(cè)量方法：將恒溫槽溫度設(shè)定為205℃，將被校試驗(yàn)機(jī)的測(cè)溫探頭與標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)一同插入恒溫槽中。待溫度穩(wěn)定后，記錄被測(cè)溫度儀表和標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)的示值。
測(cè)量模型：試驗(yàn)溫度測(cè)量誤差的測(cè)量模型如公式(3)所示。
合成方差和靈敏系數(shù)：對(duì)于試驗(yàn)溫度測(cè)量誤差Δt，其合成方差可以通過(guò)公式(13)計(jì)算。
各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定：被校試驗(yàn)機(jī)溫度示值分散性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(tb)和干體爐引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(td)。
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(Δt)：將以上各不確定度分量代入公式(13)，得出合成不確定度uc(Δt)=0.22℃。
擴(kuò)展不確定度U：若取包含因子k為2，則擴(kuò)展不確定度U=kuc(Δt)=2×0.22≈0.5℃。
(三)燃燒計(jì)時(shí)誤差不確定度評(píng)定
測(cè)量方法：將試驗(yàn)機(jī)的燃燒時(shí)間設(shè)定為60秒，然后運(yùn)行試驗(yàn)機(jī)。燃燒時(shí)間計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)秒表。當(dāng)達(dá)到設(shè)定的燃燒時(shí)間時(shí)，燃燒計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)，同時(shí)停止秒表。最后，記錄秒表上顯示的燃燒時(shí)間實(shí)測(cè)值。
測(cè)量模型：燃燒計(jì)時(shí)誤差的測(cè)量模型如公式(5)所示。
合成方差和靈敏系數(shù)：燃燒計(jì)時(shí)誤差ΔT的合成方差可按公式(19)計(jì)算。
各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定：由于試驗(yàn)機(jī)顯示時(shí)間恒定為60秒，試驗(yàn)機(jī)計(jì)時(shí)器引入的不確定度分量u(T)可忽略不計(jì)，僅考慮由標(biāo)準(zhǔn)器引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定分量u(T′)。
合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔT)：將以上各不確定度分量代入公式(19)，得出合成不確定度uc(ΔT)=0.06秒。
擴(kuò)展不確定度U：若取包含因子k為2，則擴(kuò)展不確定度U=kuc(ΔT)=2×0.06=0.12秒。
(四)方法驗(yàn)證
研究結(jié)果顯示，根據(jù)上述不確定度評(píng)定結(jié)果以及本文2.1部分提及的計(jì)量特性指標(biāo)，工作電流設(shè)定誤差、試驗(yàn)溫度測(cè)量誤差、計(jì)時(shí)誤差的擴(kuò)展不確定度與各自最大允許誤差絕對(duì)值之比，均滿足小于或等于1∶3的要求。因此，采用本文提出的方法對(duì)礦用負(fù)載燃燒試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，該方法引入的不確定度分量影響較小，可忽略不計(jì)，從而證明該方法適用且有效。
四、結(jié)論
礦用電纜燃燒試驗(yàn)是評(píng)估礦用電纜在火災(zāi)條件下燃燒性能和安全性能的重要測(cè)試手段。本文針對(duì)礦用電纜負(fù)載燃燒試驗(yàn)機(jī)的電流、溫度及時(shí)間等關(guān)鍵計(jì)量參數(shù)，提出了針對(duì)性的校準(zhǔn)方法。這一校準(zhǔn)方法的提出，有助于完善礦用電纜阻燃性能參數(shù)的量值溯源體系，提升礦井安全管理水平，推動(dòng)礦用電纜燃燒試驗(yàn)機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和質(zhì)量提升，具有重要的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
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