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光滑极限塞规外径的测量不确定度评定

2012-01-25瞿学锋

凿岩机械气动工具 2012年3期
关键词:概率分布外径读数

瞿学锋

(天水风动机械有限责任公司,甘肃天水741020)

0 概述

光滑极限量规广泛应用于机械制造行业,对它的测量精度直接影响到机械零件质量是否能得到保证。下面依据计量技术规范JJF1059-1999,对光滑极限塞规外径测量结果的不确定度分析进行评定。

1 测量方法

在立式光学计上,对四等量块与被检塞规进行比较,求出量块中心长度与塞规外径的差值。由于量块的中心长度已知,即可获得被检塞规的外径。这里的测量方法,直接测量的是长度与外径的差值,即修正值D:D=ls+δ,D是被检塞规的外径,ls是四等量块的中心长度(上级证书给出),δ是多次重复测量数据列的算术平均值。

测量时,先将对应于量块中心长度的立式光学计示值调整为零,再测得被测塞规外径和量块中心长度的差值。多次重复测量结果的算术平均值δ与标准量块中心长度的实际值ls之和即为被测塞规外径的实测结果D。

2 数学模型

式中D——被测塞规在20℃时的外径ls——量块在20℃时的中心长度

δ——立式光学计读数

αs——量块的线性热膨胀系数

Δα——量块与被检塞规的线性膨胀系数差Δα=α-αs

α——被测塞规的线性热膨胀系数δs(ΔPS)——测量点偏离量块中心所产生的误差

δ(ΔP)——由于塞规圆柱度误差所产生的测量偏差

δlw——量块研合层厚度

Δt——量块与被检塞规的温度差

Δt=t-ts

t——被检塞规的温度

ts——量块的温度

由于塞规外径的测量不确定度主要来源于ls,δ,t,Δα,Δt,αs,ΔP,ΔPS,δlw等影响因素,除立式光学计读数δ通过实测按A类计算外,其余不确定度分量均视为B类不确定度,且相互间基本上独立无关。

合成标准不确定度表示为

灵敏系数:

对式中各影响量求偏导数,可得对应于各影响量的灵敏系数;

3 各影响量的标准不确定度分量的评定

以测量直径D=89.9mm的塞规为例评定

3.1 四等量块的中心长度ls引入的标准不确定度分量U(ls)的评定

四等量块的测量不确定度为

3.2 立式光学计的读数引入的标准不确定度分量U(δ)的评定

立式光学计的读数引入的标准不确定度,来源于仪器示值不稳定性和读数误差,可以通过重复性读数来得到。选取一量块在立式光学计上在重复性条件下连续20次重复测量,得到测量列(单位:μm):0.2、0.1、-0.1、-0.1、+0.1、0、0、+0.2、+0.1、-0.1、-0.2、+0.1、0、-0.1、-0.1、0、+0.1、+0.2、-0.1、0;计算其单次测量实验标准差3.513(μm5t)。实际测量时,光学计的读数由量块和被测光滑塞规的差构成,每个读数按3次的均匀值取,则

由于C2=1,故C2U(δ)=0.257μm

3.3 量块的线性膨胀系数αs引入的标准不确定度分量U(αs)的评定

根据量块检定规程,钢质量块的线性膨胀系数应在(11.5±1)×10-6℃-1范围内。现假定其在该范围内等概率分布,即K=,则

在工厂的精密测量时,量块与被检塞规温度最大差Δt以0.2℃计算,即

3.4 量块与被测塞规温度差Δt引入的标准不确定度分量U(Δt)的评定

精密测量光滑塞规温度最大差Δt在±1℃范围内计算,假定其在0.1℃范围内等概率分布,即K=,则

3.5 量块与被测塞规线性膨胀系数之差Δα引入的标准不确定度分量U(Δα)的评定

钢的线性膨胀系数在(11.5±1)×10-6℃-1范围内,现假定量块与被测塞规的线性膨胀系数均在±1×10-6℃-1范围内等概率分布,则线性膨胀系数差Δα应在±2×10-6℃-1范围内并服从三角分布,即K=,该三角分布的半宽为2×10-6℃-1,标准不确定度U(Δα)=测量时量块温度20℃对标准温度的偏差不超过0.5℃

(2)提高任课教师的实践水平,具体可以通过“走出去和引进来”方法实现。走出去就是鼓励教师参加社会实践,让任课教师到银行国际结算业务部或比较大型的外贸企业进行参观、实践。将自身具备的专业知识与实际业务相结合,获取最新的业务做法,将前沿实践操作带进课堂。为了鼓励教师积极进行调研、培训、挂职锻炼,建议高校对教师参加实践和课堂授课给予同等待遇,同时将实践能力作为教师职称评定、岗位竞聘、评优评先等晋升的条件之一,从而达到调动教师参与实践的积极性,全面提高专业教师实践水平的目的。

3.6 被测塞规温度t对标准温度20℃的偏离引入的标准不确定度分量U(t)评定

测量时,温度要求为(20±0.5)℃,认为温度在(20±0.5)℃范围内等概率分布,即由于量块和被检塞规的线性膨胀系数差Δα应在±2×10-6℃-1范围内服从三角分布,Δα的绝对值取其最大值一半,即1×10-6℃-1,有C6=lsΔα=ls×10-6℃-1

3.7 由于量块变动量的存在,测量点偏移量块中心引起的标准不确定度分量U(ΔPS)的评定

估计测量点位置在量块中心附近1mm区域内等概率分布,K=测量时取两次平均值,所以

四等量块的长度变动允许值

3.8 由被测塞规圆柱度误差引起的标准不确定度分量U(ΔP)评定

估计测量点位置在塞规外表面1mm区域内等概率分布,即K=,测量时取两次平均值,所以

被测塞规的圆柱度估计外表面1mm区域内取0.0001mm,有

3.9 由量块研合层厚度引起的标准不确定度分量U(Δlw)评定

一般情况下,测量时研合的量块不超过三块,研合层厚度在±10nm范围内变化且在此范围内等概率分布,则其标准不确定度

4 合成标准不确定度Uc(D)的评定

5 扩展不确定度

取置信概率P=0.99,取K=2.8,则有

6 结束语

参考资料:

[1]JJF1059-1999,测量不确定度评定与表示[S].

[2]《计量检定规程》JJG146-2003量块[S].中国计量出版社

[3]测量不确定度评定与表示指南[S].中国计量出版社,2008.

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