數(shù)顯坡度儀計量校準方法研究

鄒 敏 袁 寅 李紅梅

（云南省計量測試技術研究院，云南 昆明 650228）

數(shù)顯坡度儀也稱數(shù)顯傾角儀、數(shù)顯傾角尺，是具有一個或多個測量面, 以數(shù)字顯示測量被測量面相對水平面傾角的計量器具。分為條式電子數(shù)顯坡度儀、矩形電子數(shù)顯坡度儀和方盒電子數(shù)顯坡度儀，其外形見圖1 所示。數(shù)顯坡度儀主要用于土木建筑工程傾斜面的測量、工業(yè)設備安裝測量、消防設施的安裝測量等方面。行業(yè)標準（JB/T 11104 電子數(shù)顯傾角尺）中對數(shù)顯坡度儀的尺寸和允許誤差等參數(shù)做了明確規(guī)定。因此為了數(shù)顯坡度儀測量數(shù)據的準確可靠，必須對其進行計量校準，但該行業(yè)標準中只給出了各參數(shù)的技術要求，沒有給出對應的計量校準方法。因此本文從該行業(yè)標準中對數(shù)顯坡度儀的技術要求出發(fā)，研究探討其計量校準方法。

圖1 數(shù)顯坡度儀

1 測量原理

將數(shù)顯坡度儀的工作面固定在正弦規(guī)的工作面上，然后將量塊放置于正弦規(guī)的圓柱下方與正弦規(guī)配合產生標準角度，通過數(shù)顯坡度儀顯示的讀數(shù)和標準角度的差值來測量其示值誤差。

2 計量特性

數(shù)顯坡度儀的示值誤差不超過±2 個分辨力。

3 校準條件和測量設備

校準條件：環(huán)境溫度（20±5）℃；數(shù)顯坡度儀在室內平衡溫度時間≥2h。

測量設備：1 級平板、5 等量塊、1 級正弦規(guī)（200mm）、1 級直角尺。

4 校準方法

數(shù)顯坡度儀開機顯示穩(wěn)定后，將其放置在調至水平的平板上，此時數(shù)顯坡度儀的顯示值即為0°測量點的示值誤差。將數(shù)顯坡度儀的工作面固定在正弦規(guī)的工作面上，然后將量塊放置于正弦規(guī)的圓柱下方與正弦規(guī)配合產生標準角度，選取數(shù)顯坡度儀測量范圍內均勻分布的5 個點進行測量（見表1）。量塊與正弦規(guī)所產生的標準角度為α1，數(shù)顯坡度儀的讀數(shù)為α2，則α2與α1之差即為數(shù)顯坡度儀的示值誤差θ，即：

表1 正弦規(guī)配合量塊對應的標準角度值

校準角度90°時將直角尺的工作面短邊固定在平板上，將數(shù)顯坡度儀的工作面與直角尺的長邊貼合，此時數(shù)顯坡度儀讀數(shù)值與標準角度90°的差值即為數(shù)顯坡度儀90°測量點的示值誤差。

此處將數(shù)顯坡度儀的正行程定義為左傾，反行程定義為右傾，左傾和右傾均需校準。

5 測量結果的不確定度評定

5.1 數(shù)學模型

數(shù)顯坡度儀示值誤差的數(shù)學模型如下式：

代入得到C1=1，c2=0.0103mm-1，c3=0.0090mm-1

表2 不確定度分量匯總表

5.2 不確定度分量評定

5.2.1 不確定度分量u（α）的評定

5.2.1.1 數(shù)顯坡度儀分辨力引入的不確定度u（α1）的評定。

5.2.1.2 數(shù)顯坡度儀測量重復性引入的不確定度u（α2）的評定。

采用A 類不確定度評定法，重復測量10 次，得到測量結果為 61.05° ，61.05° ，61.00° ，61.05° ，61.05° ，61.10° ，61.05°，61.05°，61.05°，61.05°。根據貝塞爾公式得到：

因為u（α1）和u（α2）互為包含關系，因此取較大值作為u（α）的不確定度分量，即u（α）=u（α2）=0.023°

5.2.2 量塊中心長度引入的不確定度u（L1）的評定。

根據JJG146-2011《量塊檢定規(guī)程》規(guī)定，5 等量塊中心長度的測量不確定度不超過（0.5+5×10-6L）μm，k=3，L=175mm 則：

5.2.3 正弦規(guī)中心距偏差引入的不確定度u（L2）的評定。

根據JJG37-2005《正弦規(guī)檢定規(guī)程》規(guī)定，1 級正弦規(guī)兩圓柱中心距偏差不超過±3μm，設其在區(qū)間（-3μm～+3μm）為均勻分布，則：

5.5 擴展不確定度U

取k=2，則數(shù)顯坡度儀示值誤差測量結果的擴展不確定度為：

6 結論

本文中數(shù)顯坡度儀的校準方法是根據行業(yè)標準中對數(shù)顯坡度儀給出的技術要求來進行研究設計的，該方法能準確有效的校準數(shù)顯坡度儀的示值誤差，其量值的準確可靠是各行業(yè)設備和產品質量的重要保證。目前該校準方法已經在云南省計量院校準工作中得到應用，促進了數(shù)顯坡度儀校準技術能力的不斷提升。