具导轨光学径向测量仪的校准及测量不确定度的评定.docVIP

6具导轨光学径向测量仪的校准及测量不确定度的评定一.概述立式金属罐是由多层圈板焊接而成，对于最下层（基园）圈板直径的测量可采用“围尺法”，而其余各层圈板所处的空间位置不同，要准确的测量直径非常困难，所以采取对各层圈板代表点与基园基准直径的径向偏差测量的方法,来解决其它层圈板直径的测量问题。径向偏差的测量是立式金属罐容量测量的关键指标，它的测量方法和所使用的测量仪器，决定了能否将这一高空作业变为地面的精密测量，具导轨光学径向测量仪（以下简称测量仪）较好的解决了这一问题，保证了立式金属罐容量检定结果的准确可靠。但国家目前尚无有关测量仪检定或校准的技术规范，为了使其计量特性能符合JJG168-87立式金属罐容量试行检定规程主要检定设备的技术要求，需要制定一个科学合理的方法对其进行校准。二.校准方法首先，从测量仪的结构和工作原理着手分析仪器的误差来源。它是一种测位移的仪器（也可以测量垂直角），是由基座转动轴系、导轨与传动、光学照准部和数字化显示四部分组成，是光、机、电一体化的新型仪器。光学照准部(望远镜)安装在滑板上，望远镜视准轴旋转扫出的平面与导轨移动方向保持垂直。望远镜可随滑板（滑动导轨）在导轨上滑动，根据望远镜视准轴瞄准的方向平行的目标点由一个位置移动到另一个位置，视准轴平行移动的距离，即为所测径向偏差。根据仪器结构和工作原理确定影响其计量性能的因素，其影响计量性能的因素可分为三种类型。一类是由导轨制造公差、位移测量仪器的误差和支撑部分等引起的，它包括导轨的直线度、前后导轨的平行度、瞄准系统位置对导轨水平状态的影响和位移测量误差。这类影响因素前三项可使用19JA型万能工具显微镜和杠杆千分表进行测量，将测量仪安置在万能工具显微镜工作台上并精确调整，杠杆千分表用表架固定在万能工具显微镜的主显微镜上，利用万能工具显微镜纵横向滑板的移动来改变测量点，从杠杆千分表上读取测量值，计算出测量结果。位移测量误差是测量仪的主要计量性能指标，在测量仪照准部分外侧固定一个有十字刻线的目标板，调整万能工具显微镜工作台和测量仪，使万能工具显微镜主显微镜视场中的十字分划线与目标板上的十字分划线重合，读取万能工具显微镜读数窗内的示值，将测量仪位移示值置于零位。旋转测量仪的手轮，使测量仪移动10.00mm，将万能工具显微镜横向滑板向测量仪移动的反方向移动，使主显微镜视场中的十字分划线与目标板上的十字分划线重合，读取万能工具显微镜读数窗内的示值，即可计算出万能工具显微镜的横向位移量和测量仪的位移测量误差，然后依次每隔10.00mm测量。正向行程测量结束后，再反向按正向行程测量步骤进行测量，即可测量出测量仪正、反行程任意10.00mm和全行程位移测量误差。第二类由瞄准系统误差引起的，瞄准系统包含经纬仪的望远镜、垂直度盘、水准器和竖盘读数系统，测量仪工作原理和结构实质上是将经纬仪去掉水平度盘和水平角测量功能，固定在能产生位移的装置上。所以，瞄准系统方面的计量性能要求有照准部旋转正确性、望远镜分划板竖线的铅垂度和望远镜调焦运行误差等，可参照光学经纬仪检定规程的检定方法进行校准，在经纬仪水准仪综合检验仪上对瞄准系统的计量性能进行测量。第三类误差是由瞄准系统与位移测量系统的联接造成的，即视准轴与导轨移动方向的垂直度，采用多齿分度台和经纬仪水准仪综合检验仪测量。将测量仪安置在多齿分度台上，精细调平并使测量仪回转轴与多齿分度台回转中心同轴。多齿分度台置于零位，转动照准部对准平行光管目标，目标设置为20m，读取多齿分度台微分筒示值。望远镜翻转180，逆时针旋转多齿分度台，照准部对准平行光管目标，读取多齿分度台示值，两次测得值的差值再减去180，即为视准轴与导轨移动方向的垂直度的误差。三.测量结果及测量不确定度的评定1. 位移测量误差：测量范围：（0160.03）mm 最大位移量误差：0.055mm2.数学模型 L=L-Lb 式中：L测量仪位移量示值误差 L 测量仪位移量 Lb 万能工具显微镜横向滑板位移量3.输入量的标准不确定度评定3.1输入量L 的标准不确定度u（L）的评定 输入量L的不确定度来源主要是测量重复性引起的标准不确定度u(L)，可通过连续测量，采用A类方法进行评定，选择测量点20.50mm，得到：20.48，20.50，20.50，20.48，20.48，20.50，20.48，20.50，20.48，20.48（mm）s = 所以 u（L）= s= 0.01 mm3.2输入量Lb 的标准不确定度u（Lb）的评定 输入量Lb的不确定度主要来源于万能工具显微镜的示值误差，所以采用B类方法进行评定。 万能工具显微镜示值误差应不大于（1+L/100）m，L为被检刻度尺长度。测量仪最大行程为185mm（不确定度可能最大）的情况下，万能工具显微镜横向滑板的位移量也为185mm，所以万能工具显微镜的最大示值误差为1+185/100=2.85m，估计为均匀分布，取包含因子，标准不确定度u（Lb）为： u（Lb）=1.65m=0.002mm4.合成标准不确定度的评定4.1灵敏系数 数学模型 L=L-Lb 灵敏系数 4.2合成标准不确定度的计算 输入量L和Lb彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式计算： 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 = kuC(L) =20.011= 0.022 mm6.测量不确定度的报告与表示 测量仪位移量示值误差测量结果的扩展不确定度为 L=185mm U=0.022mm k=2四.验证 用一只有15个同心圆刻线的金属样板，平放在离测量仪20m远的地面，使用测量仪对样板同心圆的刻线间隔进行测量，模拟测量仪测量立式金属罐径向偏差时的工作状况。使用万能工具显微镜对样板同心圆的刻