王曉偉 賈曉杰 宋欣穎
(1. 河南省計量科學(xué)研究院 鄭州450000;(2. 遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院 沈陽110161)
氣動測量儀是一種非接觸式測量儀器,按其顯示器的種類可分為浮標(biāo)式氣動測量儀和電子柱式氣動測量儀。其中電子柱式氣動測量儀是一種測量精度高、測量范圍大、穩(wěn)定性好、能非接觸測量出微小尺寸變化的精密測量儀器,配上相應(yīng)的氣動測量頭可以測量多種參數(shù),如檢測工件的厚度、內(nèi)徑、外徑、圓度、平行度等參數(shù),還可用于多臺拼合檢測。電子柱式氣動測量儀的分度值或分辨率有0.2μm、0.5μm 和 1μm 三種類型,由于其采用新型比較電路,由發(fā)光管組成發(fā)光柱,具有結(jié)構(gòu)簡單、顯示讀數(shù)直觀清晰等優(yōu)點,用途非常廣泛。
電子柱式氣動測量儀是利用氣動傳感器將被測尺寸的變化,經(jīng)氣電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化成電信號,并用電子柱(發(fā)光二極管)顯示出被測尺寸的比較測量儀器,它與其它各種氣動傳感器配合使用,能夠進行多種測量工作,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 電子柱式氣動測量儀結(jié)構(gòu)示意圖
1) 測量方法
依據(jù)氣動測量儀國家計量檢定規(guī)程,分度值為0.2μm的電子柱式氣動測量儀的示值誤差,用3等量塊和分度值為0.2μm的FZ-15型氣動測量儀檢定裝置以直接法進行檢定,F(xiàn)Z-15型氣動測量儀檢定裝置主要由標(biāo)準(zhǔn)氣動軸向測量頭和微動測量臺架兩部分組成。檢定時將氣動測量儀檢定裝置和被檢氣動測量儀連接,先將標(biāo)準(zhǔn)氣動軸向測量頭和微動測量臺架工作臺面的初始間隙調(diào)整為 60μm,然后在零位間隙條件下,調(diào)整氣動測量儀示值為零。按受檢點間隔2μm置換量塊,逐點檢至上限值,再從零位逐點檢至下限值。按此方法測量兩次,取各點誤差值δi中絕對值的最大值作為示值誤差。
2)測量模型
各受檢點的誤差值按公式(1)計算:
式中:δi為第i個受檢點的誤差值,(μm);為兩次讀數(shù)的平均值,μm; l0為對零用量塊的實際尺寸,μm;li為受檢點上所用量塊的實際尺寸,μm。
3)方差和靈敏系數(shù)
4) 不確定度來源
根據(jù)公式(1),測量不確定度來源于以下幾個方面:
(5) 標(biāo)準(zhǔn)量塊偏差值:u(li)、u(l0)
依據(jù)規(guī)程,由測量重復(fù)性引入的不確定度分量為s=0.06μm,則有:
因其量化誤差為 0.05μm,認為在其半寬范圍內(nèi)等概率均勻分布,則由此帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為,則有:
依據(jù)規(guī)程,0.2 μm分度值的電子柱式氣動量儀供氣壓力變化對示值的影響為 0.06 μm,認為在其半寬為0.03 μm 范圍內(nèi)等概率均勻分布,則有:
4)由溫度偏離 20℃測量儀與量塊線膨脹系數(shù)差引入的不確定度分量
測量儀與鋼制量塊的線膨脹系數(shù)在α=(11.5±1)×10?6℃-1范圍內(nèi),假設(shè)其在該范圍內(nèi)等概率均勻分布,可得其標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(α)=0.577× 10?6℃-1。
依據(jù)規(guī)程用于示值誤差檢定的量塊標(biāo)稱尺寸均在 2mm以內(nèi),假設(shè)檢定時溫度偏離 20℃的差值Δt=5℃,則有×0.577×10?6× 5= 0.008μm
5)由標(biāo)準(zhǔn)量塊偏差值引入的不確定度分量u(li)、u(l0)
0.2μm分度值電子柱式氣動測量儀的示值誤差采用3等量塊以直接法檢定。3等量塊的擴展不確定度為 ,由于所用量塊的標(biāo)稱尺寸均在2mm以下,則有0.039μm
同理u(l0)=u(li)=0.039μm
6)標(biāo)準(zhǔn)不確定度各分量值如表1所示
表1 不確定度一覽表
7)合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
依據(jù)規(guī)程每個受檢點要測量兩次,取平均值作為測得值,則有:
8)擴展不確定度U
取k=2 ,故有:
U=0.059× 2 ≈ 0.12μm 。
由以上分析可以看出,分度值為0.2μm的電子柱式氣動測量儀示值誤差測量結(jié)果的擴展不確定度U滿足小于1/3最大允許誤差的要求。