港口起重机起升高度检测仪编制说明

《港口起重机起升高度检测仪校准规范》编制说明（征求意见稿）规范编制组年月

20238、编制依据本规范根据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》进行编制，并在编写中参考了以下有关文件GB/T24810《起重机限制器和指示器》GB/T17495《港口门座起重机技术条件》

五、主要技术内容的论据按照JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》要求，本规范包括8个章节和三个附录1范围、2引用文件、3概述、4计量特性、5校准条件、6校准项目和校准方法、7校准结果表达、8复校时间间隔，以及附录A港口起重机起升高度检测仪原始记录格式，附录B港口起重机起升高度检测仪校准证书内页格式，附录C港口起重机起升高度检测仪示值校准结果不确定度评定示例

1、范围根据JJF1071,本部分用来说明规范的使用范围，以明确规范的主题及对该计量器具控制有关阶段的要求本规范适用于港口起重机起升高度检测仪的校准本规范主要面向港口起重机安全计量需求，针对港口起重机上安装的起升高度检测仪开展计量校准工作

2、概述本章节主要依据JJF1071对起升高度检测仪的组成、原理和用途等方面进行了简要概述港口起重机起升高度检测仪（以下简称“起升高度检测仪”）是用于测量港口起重机吊具提升、下放高度的仪器，主要由高度传感器和显示装置组成工作时，高度传感器将高度信号转换成一进制编码信号，由显示装置对信号进行采样、模拟/数字信号转换、分析等系列操作，获取港口起重机吊具相对于地面/轨道面的高度信息结构示意图如图5-1所示图起升高度检测仪结构示意图5-1图5-1中，其中，高度传感器主要基于编码器进行测量，编码器按工作原理可分为光电编码器和霍尔编码器光电编码器由光源、光码盘和光敏元件组成，通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量，如图5-2所示霍尔编码器由霍尔码盘和霍尔元件组成，通过磁电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量光电编码器具有高分辨率、高精度、高速度等特点，广泛应用于航空航天、制造业、自动化控制等领域，霍尔编码器具有体积小、抗干扰能力强等优点，适用于狭小空间和恶劣环境下的测量需求目前，港口起重装备中两种编码器应用均较为广泛，光电编码器是未来的发展趋势和增长方向整形电路输出光源光栏板光电元件整形电路编码器输出^^LTL Tjn_n_rA B方波图5・2光电编码器结构原理示意图编码器按输出信号，可分为增量传感器和绝对传感器增量式编码器将设备运动时的位移信息变成连续的脉冲信号，脉冲个数表示位移量的大小，增量式编码器只输出设备的位置变化和运动方向，不会输出设备的绝对位置，如图5-3所示绝对式编码器将设备运动时的位移信息通过二进制编码的方式变成数字量直接输出，读取这些二进制码就能知道设备的绝对位置，如图5-4所示图增量式编码器工作原理5-3图绝对式编码器工作原理5-4应用于港口起重机上的起升高度检测仪，对增量型和绝对型编码器应用均较为广泛，如徐州电子技术研究所有限公司的JBK/GDK-2型起升高度检测仪采用基于光电原理的绝对型编码器原理进行设计，常州市常欣电子衡器有限公司生产的GD-4型高度指示仪设计时增量型/绝对型编码器均有涉及，且产品显示精度保持一致，仅基于两种原理的起升高度检测仪输出信号型式有所不同

3、计量特性起升高度检测仪计量性能的提出主要依据多种国内外现有产品的技术参数、参考标准、厂家及使用单位咨询、试验结果，并结合了目前水运工程应用需求和实际测量水平以及国内自主研发产品的技术水平1示值误差GB/T17495-2009《港口门座起重机技术条件》中规定起升高度测量的示值误差应不大于〜2%H（起升高度公称值），JT5017-1986《港口门座起重机技术条件》中规定起升高度测量的示值误差应不大于

0.05“目前，市场上起升高度检测仪如微特技术有限公司的WTG-AS型测量精度可达±

0.1%F-S土1cm,在实验室条件下，通过使起升高度检测仪高度传感器测量试验导轨上试验车行进的位移，与激光测距仪测量数据相比对的方式对示值误差进行校准，经对不同厂家生产的起升高度检测仪进行试验验证,综合考虑各项不确定因素,起升高度检测仪的示值误差可稳定在

0.4%F-S以内，故规定起升高度检测仪的示值误差应不大于

0.4%F・S；在装机条件下，以激光测距仪为标准器与起升高度检测仪测量数据进行比对计算示值误差，综合其安装位置（高速端、低速端、辅助机械安装）、吊具钢丝绳在卷筒上缠绕、摆动及复杂环境条件等因素影响，经试验验证，起升高度检测仪的示值误差可稳定在

0.8%F-S以内，故规定起升高度检测仪的示值误差应不大于

0.8%F-S

（2）回程误差实验室条件下，通过使起升高度检测仪高度传感器在正反行程中测量试验车行进的位移，通过正反行程测量数据相比对的方式对回程误差进行校准，综合考虑被校起升高度检测仪自身精度、安装方式、计量标准器及配套设备条件,经试验验证，起升高度检测仪的回程误差可稳定在

0.5%F-S以内，故规定起升高度检测仪的回程误差应不大于

0.5%F-S；装机条件下，通过港口起重设备提升（正行程）、下放（反行程）吊具至选定的测量点，通过正反行程测量数据相比对的方式对回程误差进行校准，综合其吊具钢丝绳在卷筒上缠绕、摆动及复杂环境条件等因素影响，经试验验证，起升高度检测仪的回程误差可稳定在

1.0%F-S以内，故规定起升高度检测仪的回程误差应不大于

1.0%F-S

（3）重复性实验室条件下，起升高度检测仪多基于编码器原理，其中绝对型编码器通过格雷码等编码方式可获得精确起升高度测量值，精度较高，通过使起升高度检测仪重复测量试验车在测量点的位移量计算重复性测量误差，经试验验证，起升高度检测仪在实验室条件下重复性可稳定在

0.2%F-S以内，综合考虑被校起升高度检测仪自身精度、安装方式、计量标准器及配套设备条件，规定在实验室条件下，起升高度检测仪的重复性应不大于

0.2%F-S；装机条件下，港口起重设备提升、下放吊具至选定测量点，通过使起升高度检测仪重复测量吊具在同一测量点的高度值计算重复性，综合港口起重设备吊具钢丝绳在卷筒上缠绕、摆动及复杂环境条件等因素影响，经试验验证，起升高度检测仪的重复性可稳定在

0.3%F«S以内，故规定起升高度检测仪的重复性应不大于

0.3%F«So因此，本规范对起升高度检测仪的高度示值误差、高度回程误差、高度测量重复性提出计量要求

4、校准条件

4.1环境条件1环境条件要求如下实验室条件下温度15℃~25℃；相对湿度应不大于75%装机条件下温度5℃-35℃；相对湿度应不大于95%；风速应不大于

8.3m/s30km/h o实验室条件下，起升高度检测仪高度传感器主要基于编码器原理，参照JJF1115-2004《光电轴角编码器校准规范》，其温度范围为20℃±5℃,GB/T

33905.1-2019《智能传感器第1部分总则》中，对传感器推荐温度测量范围控制在20℃±5℃内，相对湿度不超过75%,实验室条件下，经验证，起升高度检测仪测量精度受温度变化影响较小，故规定实验室条件下温度条件为15℃〜25℃,相对湿度不大于75%GB/T17495-2009《港口门座起重机》中规定起重机工作环境温度为-25C〜45℃,最大相对湿度不大于95%,可有凝露、盐雾，装机条件下，经温度测试，起升高度检测仪在5℃〜35℃温度范围内、相对湿度不大于95%时具有较好的工作性能，GB/T5905-2011《起重机试验规范和程序》中提出“试验时，风速不应大于

8.3m/s30km/h”，综合考虑装机环境条件，规定起升高度检测仪的校准环境条件如上所述

4.2测量标准及其他设备起升高度检测仪的测量标准及其他设备为激光测距仪及配套装置，配套装置包括试验导轨、试验车其中，激光测距仪的量程范围应能覆盖被校起升高度检测仪的量程，规程中规定实验室条件下起升高度检测仪的重复性为

0.2%F-S,当港口起重设备起升范围为25m时，要求重复性在全量程范围内应控制在5cm以内，准确度等级为1级的激光测距仪测量精度可达1mm,故该标准器能够满足起升高度检测仪校准需求配套装置的基本要求包括a）导轨长度应覆盖被校起升高度检测仪量程；b）导轨起始端安装激光反射靶，激光反射靶与导轨平面垂直；c）试验车应在一侧设有激光测距仪与被校起升高度检测仪安放调节装置；d）试验导轨轨道全程高差/於±

1.0mm/10m,直线度好±

1.0mm,平行度±

1.0mm配套设备中，试验车作为被校起升高度检测仪高度传感器安装的载体，通过在试验导轨上运行产生相应的位移量，根据测量结果可信度控制要求，在试验导轨长度满足起升高度检测仪全量程测量需求的前提下，参照GB/T21699-2008《直线明槽中的转子式流速仪检定/校准方法》中对试验轨道和试验车的要求，规定轨道全程高差Z\〃W±L0mm/10m,直线度dS±

1.0mm,平行度p±

1.0mm,经试验验证，其在校准过程中引起的不确定度分量较小，可满足实验室条件下计量性能指标要求

5、校准项目和校准方法

5.1校准项目港口起重机起升高度检测仪的校准项目包括示值误差、回程误差和重复性，其中，所有项目均在实验室和装机条件下进行校准

5.2校准方法规范中的校准方法，在参照GB/T5905-2011《起重机试验规范和程序》等已公开发布的技术文献中的试验方法的基础上，创新性地采用长直试验导轨作为测量媒介，通过起升高度检测仪的高度传感器与运行于导轨上的试验车刚性连接，高度传感器转轴与试验车车轮同步转动，起升高度检测仪与激光测距仪同时测量试验车在试验导轨上行进的位移量，通过直接比对的方式获得示值误差、回程误差及重复性校准结果此外，本规范充分考虑港口装备运行条件下被校仪器安装、拆卸困难的实际情况，分别针对实验室条件和装机条件提出了计量技术要求和校准方法，满足了港口领域仪器设备现场校准的需求经试验验证，本规范中提出的校准方法具有可操作性，可有效验证起升高度检测仪在安装前、使用中的实际性能指标，保障港口起重设备高效、稳定、安全运行

6、校准结果依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》要求对校准结果中的校准证书信息进行了规定

7、复校时间间隔起升高度检测仪性能稳定，其量值输出部分为编码器，JJF1115-2004《光电轴角编码器》中建议复校时间间隔为1年考虑到起升高度检测仪高度测量部分工作原理与编码器一样，建议起升高度检测仪的复校时间间隔为12个月较为合理由于复校时间间隔的长短是由起升高度检测仪的使用情况、使用者等诸因素所决定的，因此，建议送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔

六、不确定度评定对起升高度检测仪的校准结果进行了不确定度评定，见规范附录C《港口起重机起升高度检测仪示值测量结果不确定度评定示例》

七、其他说明

1、检测方法、检测技术的创新性在实验室条件下，以长直试验导轨为运动载体，通过设计专用机械结构，将起升高度检测仪高度传感器转轴与试验车行进机构刚性连接，高度传感器中的编码器将试验车在试验导轨上的位移量转换为电信号，换算出起升高度值，与激光测距仪测量标准值进行比对，实现起升高度参量的校准，该方法最大程度上模拟了现场实际安装使用条件，保障了校准结果的科学性、合理性、可靠性

2、对重大分歧意见的处理结果和依据等无

一、任务来源1

二、制定背景1

三、编制过程5

四、编制依据6

五、主要技术内容的论据7

六、不确定度评定12

七、其他说明12

一、任务来源根据国家市场监督管理总局文件《市场监管总局办公厅关于印发2022年国家计量技术规范项目制定、修订及宣贯计划的通知》（市监计量发〔2022〕70号），由交通运输部天津水运工程科学研究所组织成立了《港口起重机起升高度检测仪校准规范》国家计量校准规范起草小组，承担校准规范的编制工作《港口起重机起升高度检测仪校准规范》归口于全国水运专用计量器具计量技术委员会本规范主要起草人及其分工见表1表规程主要起草人及其主要工作1序号姓名单位职务/职称主要工作内容交通运输部天津确定港口起重机起升高度检测仪1李绍辉水运工程科学研高级工程师的技术参数，开展校准方法研究究所负责起草规程主要技术内容，提交通运输部天津出并论证规程中重要性能指标要2周振杰水运工程科学研工程师求，制定并实施试验方法与数据究所验证交通运输部天津教授级高级工程3韩鸿胜水运工程科学研负责规程形式和技术内容审核师究所确定港口起重机起升高度检测仪天津港（集团）有教授级高级工程4王德蓉的技术参数，程形式和技术内容限公司师审核交通运输部水运负责起草规程主要技术内容，制张德文研究员5科学研究所定并实施试验方法与数据验证

二、制定背景

1、目的意义港口作为国家综合立体交通网的重要组成部分，是水陆交通的集结点和枢纽随着智慧、绿色港口建设的持续推进，自动化岸桥、自动化轨道式门式起重机、自动化堆场吊运起重机等一批自动化港口起重设备获得了广泛推广应用,其定位精度和效率直接关系到自动化码头、堆场等作业场所的安全和效率港口自动化起重设备在提升、下放货物至指定位置过程中，需实时跟踪、获取吊钩的准确位置（起升高度）起升高度过低，在货物水平吊运过程中存在碰撞风险和人员安全隐患，起升高度过高，对起重设备的主要受力结构稳定性、强度及整体倾覆性均有较大影响随着3E级超大型集装箱船的出现，集装箱在船舶上的堆放高度不断增加，对起重设备的起升高度控制有了更高要求；此外，货物提升过程中还将伴随大量的电能损耗，起升高度的精确控制直接影响港口节能增效以及碳达峰、碳中和目标的实现为保障起重机起升高度准确性，起升高度检测仪为港口起重设备必需配置仪器，保有量极大港口起重机用起升高度检测仪作为专门用于测量门机、吊机等吊钩离地高度的自动化仪器，绝大多数安装在起重机关键位置上，不易拆卸，因此亟需研究一种满足港口应用需求的起升高度检测仪计量校准方法起升高度检测仪整套仪器由高度传感器和显示装置构成，高度传感器一般采用增量型/绝对型编码器，并可与起升高度限位开关组合使用，显示装置与高度传感器由专用屏蔽信号线缆连接其工作原理为将高度传感器与起升卷筒端部联轴器刚性连接，吊起、下放货物时，高度传感器将高度信号转换成周期性电信号，由显示装置对信号进行采样、模拟/数字信号转换、分析等系列操作，获取起重机构相对于地面/轨道面的高度信息起升高度检测仪在行业内得到广泛应用，已被列入交通运输部《水运工程试验检测仪器设备计量管理目录》（交办科技〔2016〕56号）中当前，国家已发布了GB/T24810-2009《起重机限制器和指示器》系列标准，提出臂架式起重机、桥式和门式起重机等港口起重设备起升、下降过程中应配备性能限制器，GB/T17495-2009《港口门座起重机》等标准中对起重机的起升高度和下降深度给出了规定，但国家、行业、地方尚无相关的计量技术规范，用于港口起重设备用起升高度检测仪关键性能的计量测试开展港口起重机起升高度检测仪计量技术研究，为港口起重机械提升、下放货物过程中起升高度的准确定位提供计量保障，对于港口安全、高效、低碳运行具有重要意义

2、内外现状起升高度检测仪作为港口起重机械上的必备仪器，其主要采用两种结构,一种以拉线式位移传感器进行测量，另一种为编码器结构，其中，拉线式位移传感器中通常也以绝对/相对编码器为核心传感器件因此，本规程主要对基于编码器原理的起升高度检测仪的计量校准方法开展研究当前，基于编码器原理进行起升高度测量的仪器虽然种类繁多，对其技术研究主要集中在与港口起1外港口起重机起升高度检测仪研究及应用现状重机吊具的连接结构上国外在起升高度检测仪研究方面处于领先地位，具有代表性的公司如德国的施迈赛安全控制有限责任公司，作为全球最大的安全开关设备制造商之一，其生产的旋转轴式传感器被广泛应用于起升高度检测仪上国内港口起重机上安装的起升高度检测装置，多采用施迈赛公司的产品和技术在编码器制造领域，德国KUBLER库伯勒公司生产的编码器在世界上占有统治性地位，其生产的增量型和绝对值型编码器，凭借出众的技术、灵活的安装机械性能，广泛应用于港口机械等领域施迈赛公司旋转轴式传感器公司编码器a bKUBLER图2-1国外起升高度测量传感器2国内港口起重机起升高度检测仪研究及应用现状随着港口的快速建设与发展，国内在起升高度检测仪器研制方面也不断取得进展国内生产起升高度检测仪的主要企业有常州市常欣电子衡器有限公司、宜昌微特技术有限公司、徐州电子技术研究院有限公司等单位其中，常欣电子衡器有限公司生产的GD-4型起升高度指示仪采用绝对/增量型编码器,测量、显示起重机吊钩离地的高度，其生产的GDQ型高度起重量综合显示仪可分别显示吊钩的高度以及起吊物或各吊点载荷的重量，并提供相应的控制接点保护起重机构，测量精度可达±1%FS微特技术有限公司生产的WTG-AS型高度监控仪，专用于测量、显示和控制门机、吊车等起重设备高度，WTM-AS型综合监控仪，可同时测量、显示和控制门机、吊车等起重设备起重量与高度，其中,wmu.WTG-AS型高度监控仪宣将电子■z8m’….-----------------一起升高度的测量精度可达±O.l%FS±lcm型高度指示仪型高度监控仪a GD-4b WTG-AS图国产起升高度检测仪2-2GD”吊扁电扣不梃3^081在新仪器、新方法研发方面，浙江省建设机械集团有限公司提出了一种平臂起00Q E300重机起升高度测量装置，采用双向编码器，通过直接测量塔机起升钢丝绳出绳长度，结合吊钩钢丝绳实际使用的倍率，可精确定位吊钩实际高度；上海市特种设备监督检测技术研究院提出了一种便携、高精度起重机起升高度测量装置，通过将起重机卷筒转动转化为直线运动，由绝对式磁栅尺和拾磁头组成的测量机构测量直接位移，经计算得到起重机起升高度；该研究院还提出了一种起升高度的声学测量装置，通过在吊具与起重机底部转盘上分别安装发射、接收换能器，根据声波传送时间计算起升高度值在起升高度检测仪计量校准技术研究方面，目前国内外尚无公开发布的标准、规程、计量技术规范，各生产厂家、港口企业、科研院所、高校等多依靠自身的设备和方法对其性能进行测试如洋山港四期自动化码头起重设备定期维护中，在现场采用激光测距仪与起升高度检测仪同步测量的数据进行比对的方式测试仪器的精度，安徽合力股份有限公司基于激光位移传感器对起重机械的升降性能进行检测，石家庄铁道大学的研究人员针对桥门式起重机起升机构开展了检测与评价方法研究

三、编制过程

1、编制原则项目是参考现有国家标准GB/T24810-2009《起重机限制器和指示器》、GB/T17495-1998《港口门座起重机技术条件》的基础上，对国内市场上的起升高度检测仪进行重新梳理，形成起升高度检测仪国家计量技术规范编制原则如下1科学性规范的编制，应在理论分析及试验验证的基础上，科学规定起升高度检测仪的相关计量技术指标及校准方法2继承性相关计量技术指标应首先考虑GB/T24810-2009《起重机限制器和指示器》、GB/T17495-1998《港口门座起重机技术条件》的相关要求，并对其进行试验验证3适用性规范的编制应充分考虑国内市场大多数仪器设备的校准需求，对国产设备和进口设备的技术特点具有共同的适用性

2、工作进程在全国水运专用计量器具计量技术委员会的指导下，规范承担单位于2022年6月填报《港口起重机起升高度检测仪校准规范》的国家计量技术法规项目计划任务书，2022年7月获得国家市场监督管理总局下达的制定计划通知收到文件后,在承担单位的主持下,《港口起重机起升高度检测仪校准规范》起草小组组建成立并开始进行校准规范的编制首先进行资料搜集，汇总分析国内外与起升高度检测仪相关的标准规程规范等；根据我国目前起升高度检测仪的实际应用情况与特点，结合起升高度检测仪测量技术需求进行编制依据JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》，规范起草小组于2022年10月形成初次草稿经过起草小组多次讨论，并经多次试验论证后，于2023年8月形成征求意见稿。