用测长机校准数显千分表测量结果的不确定度评定

　　0　引言

　　德国Mahr公司制造的0~25 mm数显千分表,无法完全使用国家计量检定规程JJG34-96《指示表》进行检定。根据其技术指标和现有的设备,我们选用先进的TWIN-CHECK1200测长机(以下简称测长机)对其进行了校准,本文介绍了其示值误差的不确定度评定方法。

　　1　测量方法

　　测量对象数显千分表的测量范围为0~25 mm,分度值为1μm,示值误差为±5μm。据此,测量标准选用TWIN-CHECK1200测长机,其测量精度为0·1+L/2000(L单位: mm)。校准的环境条件为:温度(20±10)℃,温度变化不超过1℃/h。千分表在检定室内平衡的时间应不少于2 h。

　　示值误差的校准方法参照JJG34-96和千分表的出厂校准证书。测量时,用测长机专用表类夹具将千分表装夹在测长机上,然后打开测长机电脑中的专用表类测量软件,填入测量基本信息及测量设定值(设定间隔为0·249 mm)后,按软件引导进行测量。首先,调整测长机,使千分表显示在测量设定值上,然后取样测长机的示值。如此,测量全部设定值后,打印出测量记录。

　　在符合上述条件下的测量结果,一般可直接使用本不确定度的评定结果。

　　2　数学模型

　　按照千分表的测量方法,其数学模型为

　　式中:e为数字千分表的示值误差,mm;Ld为数字千分表的示值,mm;Ls为测长机的示值,mm。

　　其中,数字千分表示值的不确定度来源有测量系统重复性、千分表分辨力和测力变化;测长机示值的不确定度来源是测长机的精度。因为千分表在测长机上装夹时有专用装夹工具,安装非常可靠,不同于其它靠肉眼定位的装夹,所以因装夹倾斜引入的误差在这里可以忽略。

　　3　标准不确定度评定

　　3·1　数字千分表的示值Ld的标准不确定度u(Ld)

　　1)测量系统重复性引入的标准不确定度分量u(Ld1)

　　按照A类评价方法,通过实验获得。对千分表做了10次重复性测量试验,所得数据分别为10·0000,10·0003, 10·0000, 9·9996, 9·9999, 9·9995, 9·9999,10·000, 9·9994, 10·000 mm。

　　10次重复性测量的算术平均值为9·99986mm,由贝塞尔公式可得,实验标准偏差s=0·31μm,n=10。则

　　2)千分表分辨力引入的标准不确定度u(Ld2)

　　数字仪器不确定度的来源之一是其指示装置的分辨力。千分表的分辨力δx=1μm,则

　　其自由度为ν(Ld2)=∞。

　　3)测力变化引入的标准不确定度u(Ld3)

　　千分表对测长机的接触为球面对平面接触,根据经验值,有u(Ld3)=0·05μm,ν(Ld3)=2。

　　Ld的标准不确定度

　　3·2　测长机的示值Ls的标准不确定度