千分尺示值误差测量结果的不确定度评定

　　1 概述

　　1.1 测量方法

　　根据JJG21—2008《千分尺检定规程》的规定，采用直接测量的方法对千分尺的示值误差等项要求进行检定。检定时用相应量值的2级(4等)量块与千分尺两测量面均匀接触，当测力装置松开和固紧时各检定一次。借助放大镜或工具显微镜进行读数，各受检点的测量读数值与量块尺寸的标称值的差值即为各受检点的示值误差。千分尺的受检点应均匀分布于测量范围5点以上。

　　1.2 测量条件

　　(1)计量检定室温度条件：室内温度：20±5 ℃;相对湿度：≤70 %RH;每小时温度变化：≤1 ℃。(2)千分尺及其检定器具在金属平板上平衡温度时间：≥2h。

　　1.3 被测对象

　　分度值为0.01mm，测量范围为0～25mm的千分尺，其最大允许示值误差为±4.0μm。

　　1.4 计量标准

　　千分尺检定的计量标准为测微类量具标准装置，本文所涉计量标准编号为01315400。三级计量标准规定，测量范围为0～25mm的千分尺检定时：示值不确定度1.64μm;包含因子kp=2.37;置信概率p=0.9545。

　　2 数学模型

　　e=La+LO-LS式中：e—千分尺某点示值误差;La—千分尺测微头25mm内示值;LO—对零量块的长度;Ls—校准量块的长度。

　　3 输入量的标准不确定度分量评定

　　3.1 输入量(千分尺)La的标准不确定度u(La)评定

　　在计量检定室室内温度23 ℃，相对湿度为65 %的环境条件下，采用不确定度的A类方法评定。选取测量范围(5.12～100)mm，编号为91605的块组的2级(4等)量块，对编号为346，测量范围0～25mm，分度值为0.01mm的千分尺进行检定。量块和千分尺是稳定的，对受检点为25mm点进行10次重复测量，其示值误差xi如下：

　　受检点为25mm处示值误差xi的算术平均值x为：x=对同一被测量作n次测量，表征测量结果分散性的量为实验标准偏差Sn(x)，其值按标准不确定度的A 类评定的贝塞尔法计算，即：测量结果，选取其中任一次则u(La)=S=0.67μm。自由度v(La)=(10-1)=9。

　　3.2 输入量Lo的标准不确定度u(Lo)的评定

　　输入量Lo的不确定来源主要是对零量块引起的标准不确定度u(Lo)(采用B类方法进行评定)。(注：下文L为千分尺测量上限)对零量块的标准不确定度u(Lo)评定对于测量范围0～25mm的千分尺，其下限为零，故其标准不确定度u(Lo)为零。

　　3.3 输入量Ls的标准不确定度u(Ls)的评定

　　输入量Ls的不确定度来源主要是校准用量块引起的标准不确定度分项u(Ls1);千分尺和校准量块的热膨胀系数存在不确定度，当温度偏离标准温20℃引起的标准不确定度分项u(Ls2);千分尺和校准量块温度差引起的标准不确定度分项u(Ls3)。(1)校准量块引起的标准不确定度分项u(Ls1)的评定(用B类方法评定)。L=25mm时，校准量块为25mm的四等量块，其长度尺寸的不确定度不大于(0.20+2L)μm，包含因子k=2.7，故：则自由度v(Ls1)=50。(2)千分尺与校准量块热膨胀系数存在不确定度，当温度偏离标准温度20℃引起的标准不确定度分项u(Ls2)的评定(采用B类方法进行评定)。由于千分尺热膨胀系数和校准量块热膨胀系数均为(11.5±1)×10^-6/℃，故两者热膨胀系数都在(11.5±1)×10-6/℃范围内等概率分布，两者热膨系数之差Δa应在±2×10-6/℃范围内服从三角分布，该三角分布半宽a为2×10^-6/℃，包含因子k取 ，L以测微头长度25mm代入，Δt以2℃代入得(3)千分尺和校准量块温度差引起的标准不确定度分项u(Ls3)的评定(采用B类方法进行评定)。千分尺和校准量块间有一定的温差存在，并以等概率落于-0.5～+0.5℃区间任何处，认为其在半宽a为0.5℃范围内服从均匀分布，k取 ，L以测微头长度25mm代入，a以11.5则自由度v(Ls3)=8。(4)输入量Ls的标准不确定度u(Ls)的计算：