一种卡尺量具检定装置的研究.pdf

1022024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview0 引言根据中华人民共和国计量法规定，企事业单位可建立内部使用的计量标准器具，经有关人民政府计量行政部门主持考核合格后开展量值传递工作，现设计一套用于0 300mm 游标卡尺检定的计量标准装置。1 卡尺量具检定装置组成结构、工作原理和配备条件11.1 主要组成（1）五等量块十二块组；（2）75mm 刀口尺 1 个；175mm 刀口尺 1 个；（3）（0 25）mm 外径千分尺；（4）Ra（6.30 0.012）m 的表面粗糙度比较样块；（5）300mm300mm 规格的平板 1 个。1.2 工作原理将被测游标卡尺与相应的标准量块做比较，从而推算出游标卡尺的示值误差。1.3 检定方法和检定规程检定采用直接测量法，依据 JJG30-2012通用卡尺检定规程。1.4 人员配置配置至少两名具有该专业从业资格的计量员。1.5 实验室环境条件（1）温度：15 25。（2）相对湿度：30%70%。2 计量性能（1）主标准器技术指标：量块 12 块组；测量范围：10 291.8mm；准确度等级：5 等。（2）标准装置技术指标：测量范围为 0 300mm。3 主要技术特点23.1 测量不确定度评定3根据 JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示，首先找到影响测量不确定度的因素，并计算各测量不确定度分量的值，再合成标准测量不确定度，最终确定扩展测收稿日期：2023-09-10作者简介：张文博（1988），男，江西樟树人，工程师，研究方向：电学计量和专用测试设备计量。一种卡尺量具检定装置的研究张文博张婷段晓倩（航空工业计算所，陕西西安 710065）摘要：企业研发生产活动中需要大量使用游标卡尺类量具，可以建立卡尺量具检定装置，以节省经济成本，并保证量值传递准确性。基于此，介绍一种卡尺量具检定装置，并对测量不确定度、重复性、稳定性进行计算。关键词：卡尺量具；计量标准装置；测量不确定度；重复性；稳定性中图分类号：C81 文献标识码：B 文章编号：1671-2064(2024)01-0102-03量不确定度。依据JJG30-2012 通用卡尺检定规程，在温度(205)范围内，相对湿度不大于 80%的规定条件下，用五等量块对游标卡尺进行检定测量。取两个游标卡尺，对选定测量点示值误差进行检定结果的测量不确定度评定。建立测量不确定度评定的数学模型。分析测量环境、测量器具特性、检定标准器具特性等因素，得出被测游标卡尺的示值误差计算公式：e=Lm-Lb+Lmmtm-Lbbtb 式中，e 表示游标卡尺的示值误差；Lm表示游标卡尺的示值（20条件）；Lb表示量块的长度值（20条件）；m表示游标卡尺的线膨胀系数；b表示量块的线膨胀系数；tm表示游标卡尺偏离参数温度 20的数值；tb表示量块偏离参数温度 20的数值。3.1.1 测量不确定度评定实验一4-5选一个分度值为 0.02mm、测量范围为 0 150mm的游标卡尺，对其 41.2mm 点进行测量不确定度评定。（1）由五等量块的测量不确定度引入标准不确定度分量 u1由五等量块的测量不确定度传递过来的不确定度分量u1用 B 类评定方法计算。依据 JJG146-2011量块检定规程可知，五等量块的测量不确定度 U=0.5m+510-6L，根据经验按正态分布计算，取k=2.58，当L=41.2mm时，则：u1=U/k=0.27（m）（2）由读数误差引入标准不确定度分量 u2对该分度值为 0.02mm 的游标卡尺，读数误差=0.01mm，根据经验按三角分布计算，k=6，则：u2=/k=4.08（m）（3）由游标卡尺与量块间线胀系数差引入标准不确定度分量 u3取卡尺和量块线胀系数均为=11.510-6-1，线胀系数差 s=210-6-1，根据经验按照均匀分布计算，取1032024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overviewk=3，当 L=41.2mm，t=5时，则：u3=L s t/k=0.24（m）（4）由游标卡尺和量块温度差引入标准不确定度分量 u4游标卡尺和量块间有温度差存在，并以概率落于估计区间-0.3 0.3，t=0.3，根据经验按照均匀分布计算，取 k=3，=11.510-6-1，当 L=41.2mm 时，则：u4=L t/k=0.08(m)（5）由测量重复性引入标准不确定度分量 u5在标准装置正常工作条件下，在41.2mm点等精度重复测量10次，测量值（单位：mm）为41.20、41.20、41.20、41.20、41.20、41.20、41.20、41.21、41.20、41.21，则：u5=s=21()/(1)niixxn=4.22(m)（6）计算合成标准不确定度 uc由于各标准不确定度分量相互之间影响很小，所以假设各分量彼此独立，互不相关，则：uc=2524232221uuuuu+=5.9(m)（7）计算扩展不确定度 U取 k=2，则 U=kuc=12(m)3.1.2 测量不确定度评定实验二选一个分度值为 0.02mm、测量范围为 0 300mm的游标卡尺，对其 291.8mm 点进行测量不确定度评定。（1）由五等量块测量不确定度引入的标准不确定度分量 u1由五等量块的测量不确定度传递过来的不确定度分量u1用 B 类评定方法。依据 JJG146-2011量块检定规程可知，五等量块的测量不确定度 U=0.5m+510-6L，根据经验假设按正态分布，取 k=2.58，当 L=291.8mm 时，则：u1=U/k=0.76(m)（2）由读数误差引入标准不确定度分量 u2对分度值为0.02mm的游标卡尺，读数误差=0.01mm，根据经验按照三角分布计算，k=6，则：u2=/k=4.08(m)（3）由卡尺与量块间线胀系数差引入标准不确定度分量 u3取卡尺和量块线胀系数均为=11.510-6-1，线胀系数差 s=210-6-1，根据经验按照均匀分布计算，取k=3，当 L=291.8mm，t=5时，则：u3=L s t/k=1.69（m）（4）由游标卡尺和量块温度差引入标准不确定度分量 u4游标卡尺和量块间有温度差存在，并以概率落于估计区间-0.3 0.3，t=0.3，根据经验按照均匀分布计算，取 k=3，=11.510-6-1，当 L=291.8mm 时，则：u4=L t/k=0.58(m)（5）由测量重复性引入标准不确定度分量 u5在标准装置正常工作条件下，在 291.8mm 点等精度重复测量 10 次，测量值（单位：mm）为 291.80、291.80、291.80、291.80、291.80、291.80、291.81、291.80、291.80、291.81，则：u5=s=21()/(1)niixxn=4.22(m)（6）计算合成标准不确定度 uc由于各标准不确定度分量相互之间影响很小，所以假设各分量彼此独立，互不相关,则：uc=2524232221uuuuu+=6.2(m)（7）计算扩展不确定度 U取 k=2,则：U=kuc=12(m)由以上两个实验得出，该卡尺量具检定装置的扩展不确定度 U=12m（k=2）。3.2 重复性考核3.2.1 重复性考核实验一选定一个稳定性良好，分度值 0.02mm、测量范围0 300mm 的游标卡尺，在短时间内对其 41.2mm 点用量块等精度重复观测 10 次，测量数据如表 1 所示。表1 重复性考核数据 序号测量值/mm141.20241.21341.20441.20541.20641.20741.20841.20941.201041.20 x=41.201(mm)Sn(x)=21()/(1)niixxn=3.16(m)23uc=3.93(m)Sn(x)23uc因此，该卡尺量具检定装置的重复性符合要求。3.2.2 重复性考核实验二选定一件稳定性良好，分度值 0.02mm、测量范围0 300mm 的游标卡尺，在短时间内对其 291.8mm 点用量块等精度重复观测 10 次，采用与重复性考核实验一1042024年1月上 第01期 总第421期工艺设计改造及检测检修China Science&Technology Overview相同方法计算可得结论，即 Sn(x)23uc。因此，该卡尺量具检定装置的重复性符合要求。由以上两个实验得出，该卡尺量具检定装置的重复性符合要求。3.3 稳定性考核3.3.1 稳定性考核实验一选定一个分度值 0.02mm、测量范围 0 300mm 的游标卡尺，用传递标准每隔一个月对其 41.2mm 点观测一次，取 n（n=6）个观测值的算术平均值（ix）作为一次观测结果，共观测 m（m=4）次，测量结果如表 2 所示。表2 稳定性考核数据 时间X1/mm X2/mm X3/mm X4/mm X5/mm X6/mm X_n/mm2023.4.941.20 41.2041.2041.2041.2041.20 41.200 2023.5.1041.2041.2041.2141.2041.2041.20 41.202 2023.6.1141.1941.2041.2041.2041.2041.20 41.198 2023.7.1541.2041.2041.2041.2041.1941.20 41.198 iminmxx)(1=41.200(mm)Sm=21()/(1)mnmiixxm=2.0(m)uc=5.9(m)Sm uc 因此，该卡尺量具检定装置的稳定性符合要求。3.3.2 稳定性考核实验二选定一个分度值 0.02mm、测量范围 0 300mm 的游标卡尺，用传递标准每隔一个月对其 291.8mm 点观测一次，取 n（n=6）个观测值的算术平均值（ix）作为一次观测结果，采用与稳定性考核实验一相同方法计算可得结论 Sm uc。因此，计量标准器具稳定性符合要求。由以上两个实验得出，该卡尺量具检定装置的稳定性符合要求。3.4 计量性能验证6用传递比对法，选取一个分度值 0.02mm、测量范围 0 300mm 的游标卡尺，选取 3 个检测点，用本检定装置检定得到值 Yb，再与其送上级检定机构检定得到值 Ya比较，数据见表 3。表3 计量性能验证数据受检点/mm 上级检定值 Ya/mm 本站检定值 Yb/mm 差值|Ya-Yb|/mm101.2101.18101.190.01201.5201.48201.490.01291.8291.78291.780.00|Ya-Yb|max=10(m)U=12(m)|Ya-Yb|max U因此，该卡尺量具检定装置的测量不确定度得到验证，符合要求。经计算，本标准装置的扩展不确定度 U=12m（k=2），计量标准的重复性、稳定性均符合要求，且满足 JJG 30-2012 通用卡尺检定规程，可以开展测量范围 0300mm游标卡尺的检定工作。4 结论本文设计了一种用于检定 0 300mm 游标卡尺量具的计量标准装置，并对其测量不确定度、重复性、稳定性进行实验考核7，具有实际参考价值。参考文献1 国家质量监督检验检疫总局.通用卡尺检定规程(JJG30-2012)S.2012.2 陈拓.关于计量标准考核中常见问题的探讨J.计量与测试技术,2018(10):98-100.3 国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示(JJF 1059.1-2012)S.2012.4 池珊珊.高度卡尺测量不确定度的评定与表示J.计量与测试技术,2017,44(5):69-70,72.5 邱碧霞.游标卡尺示值误差测量结果的不确定度评定和计算J.工业计量,2017(S1):74-76.6 国家质量监督检验检疫总局.计量标准考核规范(JJF1033-2016)S.2016.7 周文斌.浅谈游标卡尺的检定与修理J.计量与测试技术,2017(11):116-117.Research on a Caliper Measuring Standard DeviceZHANG Wenbo,ZHANG Ting,DUAN Xiaoqian(Aeronautics Computing Technology Research Insititute,Xian Shaanxi 710065)Abstract:In some enterprises calipers are widely used in research and manufacture.It is suggested to build caliper measuring standards to save economic costs and ensure value disseminations.This paper is mainly about a caliper measuring standard,and the calculation of uncertainty,repeatability,and satability.Key words:caliper;measuring standard device;uncertainty;repeatability;satability