基于影像测量仪的插头量规中心距不确定度评定

曲雯洁 谢 杰 李 嵩 任懿婵 吴尚昱

（威凯检测技术有限公司 广州 510663）

引言

插头插座作为电器行业中重要的产品之一，在日常生活中被广泛应用，因此国家对其生产、检测有着严格要求。最新的GB/T 2099.1-2021《家用和类似用途插头插座 第1 部分：通用要求》[2]、GB/T 1002-2021 等国家标准中对插头插座的型式、基本参数、检测方法进行了规定和说明，并提出了相应的插头插座检验用量规的外形、尺寸等多项要求。这些检验用量规是插头插座检验检测的重要设备，其基本参量是否符合国家标准的要求是判断能否投入使用的重要指标。

1 计量方法及测量标准的选择

通常，检测机构需要判断检验用量规是否符合要求时，会将其送至计量机构对其进行校准。现阶段唯一的有关插头插座量规的计量规范——JJF（浙）1119-2015《家用和类似用途插头插座量规校准规范》[3]（后文简称为JJF（浙）1119-2015）主要针对的是旧版GB/T 1002-2008《家用和类似用途单相插头插座 型式、基本参数和尺寸》[4]提出的要求，在新编的GB/T 1002-2021 中，图9 量规（见图1）的型式发生了较大改变，仅可参考使用JJF（浙）1119-2015中图3单相两极带接地插头外量规（见图2）的校准方法。

图2 JJF(浙)1119-2015 图3 单相两极带接地插头外量规

除此之外，JJF（浙）1119-2015 中对于量规几何量的校准具有局限性。通过文中相关的描述可以看出，该校准方法是以tpg凹槽所在的量规内部等腰三角形的底边为基准，沿凹槽的中分线向三角形中心移动Apg位移量得到中心点（Apg即接地端插孔中心距），然后依据所得点测量其它插孔中心距尺寸。这样做可以大幅度减少因为定位而增加的测量工作，提高计量效率，但缺陷在于，Apg的实际尺寸被认为与标称值相同，为理想状态下的数值，然而事实上并不如此。

为了得到Apg的实际测量值，则先需要确定中心点。由于量规通孔宽度较小，若使用三坐标测量机计量会存在较大的操作难度，考虑到通孔垂直于量规外测量面，使二维平面投影可行，故认为使用影像测量仪对量规的常规尺寸进行校准具有可操作性。本文提出一种基于影像测量仪的测量量规接地端插孔中心距的方法，并对测量结果进行不确定度分析。

2 接地端插孔中心距Apg 测量结果的不确定度评定

2.1 评定概述

1）测量依据：GB/T 1002-2021；JJF（浙）1119-2015。

2）环境条件：温度：（20±5）℃；相对湿度：（40～70）%。恒温时间：不少于4 h。

3）测量标准：高精度影像测量仪，X、Y 轴行程：200 mm×100 mm。根据JJF（浙）1119-2015 的要求，影像测量仪允许误差为±(1.4 μm+4×10-6L）。

4）被测对象：额定电压为250 V，额定电流为16 A 的量规。接地端插孔中心距Apg的技术要求为：（11.1±0.02） mm。

2.2 测量方法

1）将量规固定在影像测量仪的测试台上，扫描后作出投影图像。

2）分别做接地端插孔短边、两极插孔长边的中垂线L1、L2、L3（如图3、图4 所示），使其相交于O1、O2、O3（如图5、图6 所示），过O1、O2、O3作圆，取圆心O 为量规中心点。

图3 量规示意图

图4 影像测量仪下的量规投影示图

图6 影像测量仪下的中心点投影示图

3）接地端插孔长边和短边中线的交点到O 点的距离（如图2 所示）为接地端插孔中心距，重复测量3 次，取平均值作为Apg的测量结果。

2.3 测量模型

式中：

Apg— 被测量规接地端插孔的中心距；

d — 接地端插孔中心距3 次测量结果的平均值。

灵敏系数：

2.4 标准不确定度u（d）的评定[5]

输入量d 的引入的标准不确定度分量主要包括以下几个方面：重复测量引入的标准不确定度分量u1（d）；影像测量仪示值误差引入的标准不确定度分量u2（d）；影像测量仪光栅尺与量规线膨胀系数差引入的标准不确定度分量u3（d）；影像测量仪光栅尺与量规温度差引入的标准不确定度分量u4（d）。

1）重复测量引入的标准不确定度分量u1（d）的评定。

按照测量方法，对接地端插孔中心距重复测量10 次，得到测量结果如表1 所示。

表1 接地端插孔中心距d 重复测量结果

测量结果的平均值：

按照贝塞尔公式，计算单次测量的实验标准差：

由于Apg取3 次测量的平均值作为测量结果，故有：

2）影像测量仪示值误差引入的标准不确定度分量u2（d）的评定。

认为测量结果在示值误差允许值±（1.4 μm+4×10-6L）范围内服从均匀分布，包含因子为，分布半宽α=1.4 μm+4×10-6L，被测量长度L 等于量规接地端插孔的中心距Apg，Apg标称值为11.1 mm，即L =11.1 mm，则可以得到：

3）影像测量仪光栅尺与量规线膨胀系数差引入的标准不确定度分量u3（d）。

量规（钢制）的线膨胀系数为α1= 11.5×10−6°C−1，影像测量仪光栅尺的线膨胀系数为α2=9.5×10−6°C−1，可知两者差值为a=2.0×10−6°C−1，环境温度在测量时保持在（20±5）℃，即测量温度偏离最大值(t−20°C)为5 ℃，被测量长度L =11.1 mm，认为其服从三角分布，包含因子为，则可以得到[6]：

4）影像测量仪光栅尺与量规温度差引入的标准不确定度分量u4（d）。

考虑到影像测量仪与被测量规之间可能存在温度差，根据经验，温差不大于±2 ℃，可以得到半宽∆t= 2 ℃。认为其服从均匀分布，包含因子为，又因为量规线膨胀系数为α1=11.5 × 1 0−6°C−1，被测量长度L =11.1 mm，故有：

2.5 合成不确定度uc

中心距输入量d 的标准不确定度分量汇总表见表2。

表2 中心距输入量d 的标准不确定度分量汇总表

由于以上各分量之间互不相关，通过公式计算得到合成不确定度：

2.6 量规接地端插孔中心距Apg 测量结果扩展不确定度U 的评定和表示

取置信概率为p =95 %，包含因子k =2，可以得到：

即单相两极带接地插头量规接地端插孔中心距Apg测量结果扩展不确定度为：

3 结束语

根据JJF 1104-2003《国家计量检定系统表编写规则》[7]中对于不确定度评定的要求和本文的计算结果可以看出，当使用满足精度要求的影像测量仪对量规接地端插孔的尺寸进行计量时，最大允差绝对值MPEV=0.02 mm，与扩展不确定度之间的关系满足，故可认为，该计量方法以及相应的不确定度评定是合理的，可以参考用于形状相似的插头插座检验用量规类似尺寸的不确定度评定。