车钩中心高度尺检定装置的测量不确定度分析

曾泓顺

（中国铁路南宁局集团有限公司 质量技术监督所，工程师，广西 南宁 530001）

车钩中心高度尺被广泛用于中车集团各企业、国铁集团和地方铁路各生产单位及城市轨道交通的车辆检修工作中，其准确与否直接关系到检修时机车、车辆上车钩的形位参数，进而影响列车运行安全。因此在进行车钩中心高度尺检定前，需对车钩中心高度尺检定装置的测量不确定度进行评估，以确认车钩中心高度尺量值的有效传递。

1 设备与条件

1）设备：所用主要标准器有高度卡尺、0级平板、等高块等。被测对象为车钩中心高度尺，测量范围为（650-950）mm。最大允许误差为±0.5mm。

2）条件：按照JJG1150-2018，实验室环境条件要求温度为（20±5）℃，主要检定器具与车钩中心高度尺温度平衡时间不少于2h。

2 测量不确定度评定

2.1 测量方法和模型

车钩中心高度尺示值误差的测量，采用间接测量的方法。检定前，先将车钩中心高度尺置于平板上，上翘下垂测量尺对准“0”位并锁紧。将车钩中心高度尺置于相应检定点处并锁紧，在平板上用等高块配合高度卡尺测量测板两定位斜面的上下两点到平板的垂直距离，取车钩中心高度尺示值与两定位斜面上下两点到平板的垂直距离的平均值的差为车钩中心高度尺示值误差。

其测量模型为：

式中：e为车钩中心高度尺的示值误差；l为车钩中心高度尺示值；l0为相应检定点由高度卡尺测量得到的标准值；hi为上定位斜面测量点到平板的垂直距离；hj为下定位斜面测量点到平板的垂直距离；α为车钩中心高度尺的线膨胀系数；Δt为车钩中心高度尺与高度卡尺的温度差；Δα为车钩中心高度尺与高度卡尺的线膨胀系数差；（t-20℃）为车钩中心高度尺偏离20℃的温差。

2.2 灵敏系数计算

根据“不确定度传播率”可得出如下公式。

2.3 标准不确定度分量评定

车钩中心高度尺检定时一般按均匀分布三个非整数点进行检定。本文以钩高尺测量范围上限950mm点为例作不确定度分析。

2.3.1 钩高尺读数引入的不确定度u（l）。钩高尺竖尺游标的分度值为0.1mm，游标可估读到半个分度值0.05mm，假设服从均匀分布，则：

2.3.2 测量上定位斜面测量点到平板的垂直距离时引入的不确定度u（hi）。

（1）高度卡尺示值误差引入的不确定度u21°高度卡尺在1m范围内的最大允许示值误差为±0.1mm，假设服从均匀分布，则：

（2）等高块高度偏差引入的不确定度u22°在测量车钩中心高度尺示值误差时，必须在平板上用等高块配合高度卡尺测量相应测量点到平板的垂直距离。等高块的高度值MPE：±0.04mm，假设服从均匀分布，则：

（3）等高块平行度引入的不确定度u23°等高块的平行度不大于0.02mm，区间半宽为0.01mm，假设服从均匀分布，则：

（4）等高块高度差引入的不确定度u23°等高块的高度差不大于0.02mm，区间半宽为0.01mm，假设服从均匀分布，则：

上定位斜面测量点到平板的垂直距离时引入的不确定度为：

2.3.3 测量下定位斜面测量点到平板的垂直距离时引入的不确定度u（hj）：

2.3.4 车钩中心高度尺与检具温度差引入的不确定度u（Δt）。假设车钩中心高度尺与检具温度差在±0.3℃范围，且服从均匀分布，则：

因检定点位于950mm处，该处的灵敏系数

2.3.5 车钩中心高度尺与检具线膨胀系数差引入的不确定度u（Δα）。车钩中心高度尺与检具线膨胀系数均为（11.5±1）×10-6/℃，其线膨胀系数差在±2×10-6/℃范围内，假设服从三角分布，则：

实验室环境温度满足（20±5）℃，则此时灵敏系数c5=l0（t-20℃）≈l（t-20℃）

2.4 合成标准不确定度

表1为标准不确定度一览表。

表1 标准不确定度一览表

由于各标准不确定度分量无关，根据公式（3）可得合成不确定度为：

2.5 扩展不确定度

取k=2，扩展不确定度为：

3 结论

依据JJG1150-2018的要求，车钩中心高度测量尺最大允许误差MPE=±0.5mm，所以目标不确定度由不确定度评定结果知U=0.106mm，有U＜Uobj,根据符合性判定原则，该装置的测量不确定度对符合性评定的影响可忽略不计，此检定装置可以检定铁路机车车辆车钩中心高度尺。