万能工具显微镜示值误差测量结果不确定度的评定

黄荣辉

摘要： 万能工具显微镜是常用的几何量计量仪器，其测量结果的可信程度和可用性很大程度上取决于其不确定度的大小，因此，附有不确定度评定分析的测量结果才是完整的和有意义的。

Abstract： Universal tool microscope is a commonly used geometric measurement instrument， the measurement of the credibility and availability of a large extent depends on the size of its uncertainty， therefore， with the uncertainty of the assessment of the measurement results is complete And meaningful.

关键词： 万能工具显微镜；误差；不确定度

Key words： universal tool microscope；error；uncertainty

中图分类号：TH742 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）34-0192-02

1 概述

①测量方法：参照JJG56—2000《工具显微镜检定

规程》。

②测量环境：温度（20+1）℃，室温每小时变化≤0.5℃，仪器和标准器具的温度差≤0.5℃。

③测量标准：二等标准玻璃线纹尺，测量扩展不确定度为（0.2+1.5×L）μm ，包含因子k=3。

④被测对象：万能工具显微镜，测量范围（0～200）mm，示值误差≤（1+L/100）μm。

⑤测量过程：校准万能工具显微镜示值误差时，应移动滑板让毫米刻度尺停留在零位。仪器工作台的中间位置上安置标准玻璃线纹尺，使其刻划面背对着物镜。将轮廓物镜安装在显微镜上，合理调整玻璃线纹尺，保证零线处于轮廓目镜视场中的双线附近。调整工作台，使玻璃线纹尺平行于滑板移动方向，微动滑板，使玻璃线纹尺的零线影象与轮廓目镜视场张的双线对准，并按读数装置进行读数。之后依次移动滑板，校准超过10个点，让玻璃线纹尺的相应刻线影像与轮廓目镜中的双线对准，同时依次按读数装置进行读数。要求每个点进行四次对准和读数，然后取其读数的平均值，可得各点上的误差。

2 数学模型

Δ=（Li-L0）-Ls

式中：

Ls表示标准玻璃线纹尺所用的实际长度；

L0表示起始点上的仪器的读数值；

Li表示各校准点上仪器的读数值；

Δ表示各点的示值误差。

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 输入量Li的标准不确定度u（Li）的评定

万能工具显微镜的测量重复性是输入量Li的不确定度主要来源，通过连续测量可得到测量列，评定时采用A类方法。

对一台万能工具显微镜，选择200mm点，连续测量10次，得到测量列200.0000，200.0002，200.0000，200.0001，

200.0000，200.0002，200.0000，200.0000，200.0001，200.0000mm。

s==0.11？滋m

实际测量情况，连续四次进行重复性测量，然后取四次数值的平均值为测量结果，如下所示：

u（Li）=s/=0.06μm

3.2 输入量L0的标准不确定度u（L0）的评定

按3.1方法，可得到u（L0）=s=0.06μm。

3.3 输入量Ls的标准不确定度u（Ls）的评定

标准玻璃线纹尺的定值不确定度分项u（Ls1）是输入量Ls的标准不确定度主要来源；由于万能工具显微镜和标准玻璃线纹尺的线膨胀系数不确定度，在温度偏离标准温度的情况下，会导致不确定度分项u（Ls2）；由于万能工具显微镜与标准玻璃线纹尺的温度差引起的不确定度分项u（Ls3），以上评定时可采用B类方法。

3.3.1 标准玻璃线纹尺的定值不确定度引起的标准不确定度u（Ls1）的评定

根据JJG2001-87《线纹计量器具检定系统》规定，二等标准玻璃线纹尺的测量扩展不确定度为（0.2+1.5×L）μm，包含因子k=3，当L=200mm时， 标准不确定度u（Ls1）为：u（Ls1）=（0.2+1.5×0.2）/3=0.17μm。

3.3.2 由于万能工具显微镜和标准玻璃线纹尺的线膨胀系数的不确定度，当温度偏离标准温度20℃时引起的标准不确定度分项u（Ls2）的评定

万能工具显微镜与标准玻璃线纹尺的温度线膨胀系数均在（10.2±0.5）×10-6℃-1的范围内服从均匀分布，则Δa在

±1.0×10-6℃-1的范围内服从均匀分布，半宽a=1.0×10-6℃-1，包含因子k=，当温度偏离量Δt=1℃时，标准不确定度 u（Ls2）为：u（Ls2）=LaΔt/k=（200×103μm×1.0×10-6℃-1×1℃）/=0.12μm。

3.3.3 万能工具显微镜与标准玻璃线纹尺温度之差引起的标准不确定度分项u（Ls3）的评定

经等温后，万能工具显微镜与标准玻璃线纹尺温度之差估计在±0.5℃范围内服从均匀分布，半宽a=0.5℃，包含因子k=，标准不确定度u（Ls3）为

u（Ls3）=Lαa/k

=（200×103μm×10.2×10-6℃-1×0.5℃）/

=0.59μm

3.3.4 输入量Ls的标准不确定度u（Ls）的计算

u（Ls）=

4 合成标准不确定度的评定

4.1 灵敏系数

数学模型 Δ=（Li-L0）-Ls

灵敏系数 c1=？坠Δ/？坠Li=1

c2=？坠Δ/？坠L0 =-1

c3=？坠Δ/？坠LS =-1

4.2 合成标准不确定度的计算

由于输入量Li、L0和Ls相互之间不存在关联，因此其合成标准不确定度可按下式得到：

5 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，扩展不确定度为

U=k·uc（Δ）=2×0.64μm=1.3μm

6 测量不确定度的报告与表示

万能工具显微镜示值误差测量结果的扩展不确定度如表1所示。

7 校准和测量能力（CMC）

校准时所用的玻璃线纹尺为校准工具显微镜的最精密校准器具，CMC测量扩展不确定度：

范围（0-200）mm U=1.3μm k=2

参考文献：

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