计量标准技术
报告
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计 量 标 准 名 称 检定指示类量具标准装置
建立计量标准单位 临安市质量计量监测中心
计量标准负责人 陈钢山
筹 建 起 止 日 期 1985.12
一、计量标准的工作原理及其组成
工作原理:
用光栅式指示
表
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检定仪或百分表检定器检定百分表时,先将检定仪和指示表分别对好零位,百分表示值误差是在正反行程的方向上间隔10个分度进行检定。检定仪移动规定分度后,在指示表上读取各点相应的误差值,直到工作行程终点,继续压缩测杆使指针转过10个分度,接着反向进行检定。指示表的工作行程示值误差由正向行程内各受检点误差中的最大值与最小值之差确定。百分表任意1mm示值误差分别根据百分表0-1,1-2,2-3…mm各段正行程范围内所得误差中的最大值与最小值之差确定。百分表任意0.1mm范围内的示值误差以正行程内任意相邻两点上的误差之差来求得。在示值误差检定完后,取正、反行程同一点误差之差的最大值确定回程误差。
组成:
本套装置主要由百分表检定仪、万能工具显微镜、表面粗糙度比较样块等组成。
二、选用的计量标准器及主要配套设备
计量标准器
名称
型号
测量范围
不确定度或准确度等级或最大允许误差
制造厂及
出厂编号
检定证书号
百分表检定仪
BJ-Ⅲ
0-25mm
合格
上海技监局实验工厂263
CD2004-1-050297
百分表检定仪
BJ-Ⅲ
0-25mm
合格
苏州计量局实验工厂379
CD2004-1-050309
百分表检定仪
BJ-Ⅲ
0-25mm
合格
苏州计量局实验工厂607
CD2004-1-050298
百分表检定仪
BJ-Ⅲ
0-25mm
合格
上海技监局实验工厂259
CD2004-1-050299
百分表检定仪
BJ-Ⅲ
0-25mm
合格
上海检测仪器厂405
CD2004-1-050300
光栅式指示表检定仪
GZJ
0-10mm
2.5μm
郑州市永成量仪研制所99006
CD2004-1-050308
主要配套设备
万能工具显微镜
19JA
横向行程100mm
纵向行程
200mm
±(1+L/100)μm
上海光学仪器厂
720219
长度字第2003414号
表面粗糙度比较样块
27块组
Ra(0.025-6.30)μm
合格
山东潍坊量具厂
91-2552
CD2003-3-021794
表面粗糙度比较样块
27块组
Ra(0.025-6.30)μm
合格
山东潍坊量具厂
91-2454
CD2003-3-021795
表面粗糙度比较样块
27块组
Ra(0.025-6.30)μm
合格
哈尔滨市龙江非标量具厂
CD2003-3-022127
表面粗糙度比较样块
27块组
Ra(0.025-6.30)μm
合格
山东潍坊量具厂
91-2461
CD2003-3-021793
三、计量标准的主要技术指标
1、测量范围:0-25mm
2、百分表检定仪示值误差:±4μm/25mm
3、万能工具显微镜的示值误差:±(1+L/100)μm
4、扩展不确定度:U95=6.7μm kp=t95(100)=1.98
四、环境条件
项目
要求
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实际情况
结论
温度
20±10℃
20±5℃
符合要求
湿度
<65%RH
<65%RH
符合要求
五、计量标准的量值溯源和传递框图
安
徽
省
计
量
测
试
研
究
所
安
徽
合
力
股
份
有
限
公
司
量
传
对
象
符 号
说 明
U-测量结果总不确定度(μm)
L-被测量块标称长度(m)
△-示值误差(μm)
六、计量标准的测量重复性考核
选取0-3mm百分表,在本装置正常工作的条件下,等精度直接测量百分表第四圈0.4mm重复5次,各次测量值如下:
序号
测量值Xi(μm)
V=Xi—X
Vi2
1
+5
—0.4
0.16
2
+5
—0.4
0.16
3
+5
—0.4
0.16
4
+6
+0.6
0.36
5
+6
+0.6
0.16
X
+5.4
1.2
1.00
μm
七、计量标准的稳定性考核
选定一台光栅式百分表检定仪,型号为GZJ,本厂编号LS60-03-201,出厂编号99006。
经省计量测试所检定,2003年9月16日,任意1mm的示值误差为1.0μm。2004年6月3日,任意1mm的示值误差为1.5μm。两年同一指标的示值误差的差值为0.5μm,符合稳定性考核的要求。
八、测量不确定度评定
1. 数学模型:e=△max-△min
式中:e——百分表示值误差;
l max——百分表正行程上最大误差;
l min——百分表正行程上最小误差;
l max= La- Ls;△min= La- Ls
式中:La——百分表的示值;Ls——百分表检定器的示值。
2.输入量的标准不确定度的评定
2.1 输入量△max的标准不确定度u(△max)的评定
输入量△max的不确定度来源,主要是百分表示值引起的标准不确定度分项u(La)和百分表检定器引起的标准不确定度分项u(La)。
2.1.1 百分表什引起的不确定度分项u(La)采用A类方法进行评定。
选取百分表示值3mm为测量点,连续测量10次,得到测量列3.008mm、3.008mm、3.007mm、3.008mm、3.008mm、3.008mm、3.007mm、3.008mm、3.009mm、3.008mm
= 3.0079 mm
单次标准差 s = = 0.568μm
选取百分表示值为3mm、5mm、9mm 3点,每点分别用百分表检定仪各在重复性条件下连续测量10次,共得3组测量列,每组测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差。如下表所示。
3组实验标准差计算结果
示值(mm)
3
5
9
实验标准差 sj
0.568 μm
0.620 μm
0.597 μm
合并样本标准差 Sp = = 0.595μm
所以
u(La) = Sp ≈ 0.595μm
故自由度 ν(La) = 3 × (10-1) = 27
2.1.2 百分表检定仪引起的标准不确定度分项u(Ls)的评定
百分表检定仪引起的不确定度分基u(Ls),由百分表检定仪示值误差引起的不确定度分项u(Ls1)和百分表检定仪测杆测量面,与旋转轴垂直度引起和不确定度分量u(Ls2)测力变化引起的不确定度分项u(Ls3)组成。
2.1.2.1 百分表检定仪示值误差引起的不确定度分项u(Ls1)的评定(采用B类方法进行评定)
根据检定规程,百分表检定仪示值误差为4.0μm,认为其服从均匀分布,故包含因子k取
u(Ls) = 4.0 / = 2.31μm
估计 = 0.10, 故则ν(Ls1)= 50
2.1.2.2 百分表检定仪测杆测量面与旋转轴垂直度引起的标准不确定度分项u(Ls2)(采用B类评定方法评定)
百分表测头和百分表检定仪测杆测量面接触点,对旋转轴的偏离ΔR由百分表座与面分表检定仪测杆的同轴度ΔR1和百分表装夹倾斜引起的偏离ΔR2之和。
ΔR=ΔR1+ΔR2
因ΔR1= 0.10mm,ΔR2 = L·sinθ。根据规程要求θ=±0.002rad,又因θ值很小,sinθ≈θ= 0.002rad,L=10mm。则
ΔS = ΔR·S = 0.12 × 103 × 0.0003 = 0.036μm
百分表检定仪测杆测量成与旋转轴垂直度S为0.0003rad,故垂直度引起的轴向变化量为
该误差为均匀分布,故
u(Ls2) =ΔS / = 0.036 / = 0.021μm
估计 = 0.25, 故ν(Ls2)= 8
2.1.2.3 测力变化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)
百分表与百分表检定器的接触为球面对平面接触,测力引起的变形量δ为
δ= k3
式中:k—系数,当百分一有检定器的测杆为硬质合金,百分表的测头材料为钢时,k=1.5×9.8-(2/3)μm·(mm)1/3·(N)-2/3;
p — 测力值,p=1.0N
d — 测头直径,d=2.5mm。
由此得
Δδ=(2k/3)×d (-1/3) P (-1/3)ΔP
式中:Δδ— 测头测力变化引起的变形量;
ΔP — 测头测力变化允许值,ΔP = 0.5 N 。
Δδ=(2k/3)×d (-1/3) P (-1/3)ΔP=0.08μm
认为其服从均匀分布,故k取 ,所以
估计其 = 0.5 ,则ν(Ls3)= 2
2.1.2.4 百分表检定仪引起的标准不确定度分项u(Ls)的计算
标准不确定度 u(Ls) = = 2.31μm
自由度
ν(Ls) = u4(Ls)/ [u4(Ls1)/ν(Ls1)+ u4(Ls2)/ν(Ls2)+ u4(Ls3)/ν(Ls3)]=50
2.1.3输入量△max的标准不确定度分项u(△max)的计算
标准不确定度 u(△max) = = 2.385μm
自由度 ν(△max) = = 57
2.2 输入量Δmin的标准不确定度分项u(Δmin)的评定(采用B类方法进行评定)按上条方法可得到u(△max)= 2.385μm;自由度ν(△max)=57
3.合成标准不确定度的评定
3.1灵敏系数
数学模型 e=△max-△min
灵敏系数 c1=
e /
△max = 1
c2=
e /
△min = -1
3.2 合成标准不确定度的计算
输入量La与Ls彼此独立不相关,所以,合成标准不确定度可按下式得
uc(e) =
=3.373μm
3.3合成标准不确定度的有效自由度
νeff =
=114
自由不确定度大多是估算的,所以有效自由度按公式计算的结果可以近似取整,故νeff取整为100。
4.扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%,按有效自由度νeff=100时,查t分布表得
kp=t95(100)=1.984
扩展不确定度为U95=6.7μm
九、计量标准的测量不确定度验证
选定一测量范围(0-3)mm,分度值:0.001mm,本厂编号:LS20-01-253,
出厂编号:91517 经本标准装置和省所分别检定结果如下表:
单位:(μm)
百分表受检部位(mm)
本装置检定结果
省所检定结果
比对结果差值
任意0.1mm
3.8
3.5
0.3
任意1mm
7.2
7.5
0.3
回程误差
4
2
2
比对结果最大差值为2μm符合要求,两组数据之差未超过本装置总不确定度。
即此装置的总不确定度得到验证。
十、结论
该套装置总不确定度为6.7 μm,符合检定规程的要求,可以开展百分表的检定工作。
十一、附加说明
1. JJG34-96指示表检定规程
2. JJG35-92杠杆表检定规程
3. JJG36-89内径表检定规程
4. 检定百分表
操作规程
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