JJF1331-2011电感测微仪校准规范.pdf

F 中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1331-2011 电感测微仪校准规范CaIibration Specification for Inductive Micrometers 2011-12-28发布2012-06-28实施国家质量监督检验检瘟总局发布JJF 1331-2011 电感测微仪校准规范Calibration Specification FJJF1331-2011: ;代替JJG396-2002;for Inductive Micrometers 归口单位:全国几何量工程参量计量技术委员会主要起草单位:河南省计量科学研究院参加起草单位:中原量仪股份有限公司辽宁省计量科学研究院上海市计量测试技术研究院本规范委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释JJF 1331-2011 本规范主要起草人:黄玉珠(河南省计量科学研究院)贾晓杰(河南省计量科学研究院)范乃肮(河南省计量科学研究院)参加起草人:于振溪(中原量仪股份有限公司)石作德(辽宁省计量科学研究院)姜志华(上海市计量测试技术研究院)JJF 1331-2011 录目引言(I1)1 范围(1 ) 2 引用文件(门3 术语(川4 概述(门5 计量特性(2 ) 5. 1 零位平衡(2 ) 5. 2 漂移(幻5. 3 示值变动性(2 ) 5.4 轴向测头测杆径向受力对示值的影响(2 ) 5. 5 测力及测力变化(2 ) 5. 6 示值误差(2 ) 5. 7 和与差演算示值误差(川6 校准条件(川6. 1 环境条件(3 ) 6.2 校准用设备(川7 校准项目和校准方法(3 ) 7. 1 校准项目(3 ) 7. 2 校准方法(3 ) 8 校准结果的表达(们9 复校时间间隔(8 ) 附录A配对法校准示值误差计算示例(们附录B0.01m挡位数显式电感测微仪示值误差测量结果的不确定度评定(10)附录Co. 1m挡位数显式电感测微仪示值误差测量结果的不确定度评定(13)附录D校准证书内容及内页格式oI JJF 1331-2011 引JJF 1071-2010 国家计量校准规范编写规则、JJF1001-1998 通用计量术语及定义、JJF1059- 1999 测量不确定度评定与表示、JJF1094-2002 测量仪器特性评定、JJG396-2002 电感测微仪共同构成支撑校准规范制修订工作的基础性系列规范。(2等或E JJF 1331-2011 电感测微仪校准规范1 范围本规范适用于分辨力(分度值)(0. 0110)m、标称范围(-1OOO+ 1 000)m 电感测微仪的校准。2 引用文件GB/ T 26094-2010 电感测微仪GB/ T 26095- 2010 电子柱电感测微仪GB/ T 26097- 2010 数显电感测微仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语3. 1 零位平衡zero balance 在转换电感测微仪量程挡位时，各挡零位示值的一致性。3. 2 示值变动性the variation indication 在相同测量条件下，仪器对同一被测量进行多次重复测量其结果之间的最大差异。4 概述电感测微仪是一种测量微小位移量的高准确度测量仪器，它由轴向或旁向电感传感器(测头)将位移量转换成电信号，通过显示装置将被测量显示出来。电感测微仪按显示装置的不同分为数显式、指针式和电子柱式三种型式。其外形见图1、图2、图3。图1数显式电感测微仪1一数字表;2一测量功能选择开关;3 量程转换开关;4-放大倍数调整旋钮;5一零位调整旋钮;6 轴向测头图2指针式电感测微仪1一指针;2一指示表;3一放大倍数调整旋钮;4一量程转换开关;5一测量功能选择开关;6一轴向测头l JJF 1331-2011 5.4 一付;5一合格指示灯;程指示灯;5 5. 1 数显式指针式电子柱式示值变动性漂移电感测微仪的型式m 1个分度值1个分度值O. 2 口一川-u5. 5 测力及测力变化测力不大于设计规定值，测力变化不超过测力值的士20%。5. 6 示值误差5. 6. 1 数显式电感测微仪分辨力为0.01m挡位的最大允许误差为士0.08m;其他各挡位的最大允许误差i按式(1)计算。i=士0.3%(I川+l) (1) 式中:Si一-校准点的标称值，m;l一-校准点挡位的量程，m。2 JJF 1331-2011 5. 6. 2 指针式电感测微仪分度值为O.1m挡位的最大允许误差为+0.10m;其他各挡位的最大允许误差乱按式(2)计算。;二士l%(ls;I+l)式中:S;一一校准点的标称值，m;1一一校准点挡位的量程，m。5.6.3 电子柱式电感测微仪各挡位最大允许误差不超过1个分度值。5. 7 和与差演算示值误差和与差演算的示值误差不超过演算范围的1%。注:以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。6 校准条件6. 1 环境条件6. 1. 1 校准室温度(20+1)0C，温度变化不大于0.5OCjh，相对湿度不大于80%。(2) 6.1.2 校准室内应元影响测量的灰尘、振动、噪音、腐蚀性气体及较强磁场的影响。6. 1. 3 校准用的电源应避免电压突变。6. 2 校准用设备校准用设备见表2。表2校准项目和校准用设备序号校准项目设备名称及计量特性1 零位平衡测量台架2 漂移测量台架，3等量块3 示值变动性测量台架，3等量块4 轴向测头测杆径向受力对示值的影响测量台架，分度值0.01N测力计5 测力及测力变化测力仪MPE:士1%6 示值误差2等、3等量块，测量台架7 和与差演算示值误差2等、3等量块，测量台架7 校准项目和校准方法校准前，电感测微仪和校准用器具等温平衡时间不少于4h，并使电感测微仪通电预热大于30mino用旁向测头校准时，其测杆轴线应和台架工作面的垂直方向垂直。首先检查外观和各部分的相互作用，确定没有影响校准计量性能的因素后再进行校准。7.1 校准项目校准项目见表207.2 校准方法7. 2. 1 零位平衡在仪器放大倍数正确的情况时，将测头安装在测量台架(以下简称台架)上，使测JJF 1331-20门头与台架工作面相接触，量程转换开关置于最小标称范围挡位，测微仪示值调至零位，用转换开关依次转换至其他量程挡位，观察各挡对零位的偏移量，取绝对值最大的偏移量作为测量结果。7.2.2 漂移量程开关置于最小标称范围挡位，使测头与台架工作面上放置的5mm量块接触，调整电感测微仪为任一示值，在连续2h内，读取每间隔o.5 h电感测微仪的示值，取2 h内示值与起始值的最大变化量作为测量结果。7.2.3 示值变动性按7.2.1安装的条件下，量程转换开关置于最小标称范围挡位，用测头对同一量块重复测量9次，取最大读数和最小读数之差作为测量结果。7.2.4 轴向测头测杆径向受力对示值的影响在台架上放置一5mm量块，使测头与量块接触，量程转换开关置于最小标称范围挡位，调整电感测微仪显示任一示值，稳定后沿径向给测头施加0.1N的力，读取示值的变化量。校准应在垂直于测杆轴线均匀分布的四个方向上进行，取最大变化量为测量结果。7. 2. 5 测力及测力变化使安装在台架上的测头处于工作状态，用测力计沿测量方向对测头向上慢慢加力，当电感测微仪分别处于最小示值、零位和最大示值时，读出测力计的示值;然后使测力计慢慢向下移动，当电感测微仪重新处于最大示值、零位和最小示值时，再次读取测力计的示值。取通过零位时两次测力计的读数平均值作为测力的测量结果，取最小示值和最大示值时测力计四次读数与测力值之差绝对值的最大值作为测力变化的测量结果。7.2.6 示值误差用量块以配对法或直接法测量测微仪示值误差时，所选用的量块尺寸和配对的对数见表3、表4、表507. 2. 6. 1 按7.2.1安装的条件下进行示值误差的校准。直接法测量时，先用所选的最小尺寸量块对准零位，用其他各尺寸的量块按正向依次测量示值误差。再以最大尺寸量块对准零位，用其他各尺寸的量块按负向依次测量示值误差，各校准点的示值误差按式(3)求得。8i二Ti一(Li-LO)式中:4一-各校准点的示值误差，mri一一一测微仪上读取的示值，m;Li 校准点上所用量块的实际尺寸，m;Lo -对零用量块的实际尺寸，m。(3) 配对法测量时，每一校准点应选用尺寸相互有联系的量块进行配对。用第一块量块对准零位，第二块量块测量校准点的示值误差;再以第二块量块对准零位，第三块量块测量该校准点的示值误差，依次类推，直至所需配对量块的最后一块量块。校准正向示值时，量块尺寸按递增方式进行。校准负向示值时，量块尺寸按递减方式进行。校准点的示值误差乌按式(4)求得。4 JJF 1331-2011 三JTJ(Ln-Lo)lr = j = l (4) n 式中:a;一一-校准点的示值误差，ffi;J一一每次读数值，ffi;m ua 和凸阳的值数读n2 j = l Ln一一最后一块量块的实际尺寸，ffi;Lo -第一块用于对零的量块的实际尺寸，mn一一量块所需配对数。表3数显电感测微仪分辨力标称范围校准方法受检点量块等别量块尺寸m m m 及配对数口1口1士2o. 992, O. 994, o. 996, o. 998, 2等1.000, 1.002, 1.004 o. 01 一10 十10配对法6X才1, 1. 01, 1. 02, 1. 03, 士101. 04, 1. 05, 1. 06 土20土40直接法2等1, 1. 02, 1. 04, 1. 06, 0.1 -100十100士601.08, 1.10 士80士100+200 土400直接法3等1,1.2,1.4,1.6, l 一1000+1 000 士6001.8,2.0 士800:i: 1 000 表4指针式电感测微仪分度值标称范围/m校准方法受检点/m量块等别量块尺寸/mmm 及配对数O. 991, o. 992, o. 993, o. 994, 士1O. 995, o. 996 配对法2等O. 991, O. 993, o. 995, O. 997, O. 1 -3十3士25对O. 999, 1. 001 O. 991, O. 994, O. 997, 1. 000, :i:3 1. 003, 1. 006 5 JJF 1331-2011 表4(续)分度值标称范围/m校准方法受检点/m量块等别量块尺寸/mmm 及配对数士20.991, 0.993, 0.995, 0.997 +4 2等0.991, 0.995, 0.999, 1. 003 O. 5 一10+10配对法士63对O. 991, o. 997, 1. 003, 1. 009 士101, 1. 01, 1. 02, 1. 03 :1:10 1.0 -30十30直接法士202等1, 1. 01, 1. 02, 1. 03 士30士20士40直接法3等1, 1. 02, 1. 04, 1. 06, 5. 0 -100+100 士601. 08, 1. 10 士80土100士50土100士1501, 1. 05, 1.1, 1. 15, 1. 2, 10 -300+300 直接法3等士2001. 25, 1. 3 士250:1: 300 表5电子柱式电感测微仪分度值标称范围/m校准方法受检点/m量块等别量块尺寸/mmm 及配对数土20.991, 0.993, 0.995, 0.997 O. 991, o. 995, 土42等0.2 一10十10配对法O. 999, 1. 003 3 X才土60.991, o. 997, 1. 003, 1. 009 士101, 1. 01, 1. 02, 1. 03 :1:10 0.5 -25十25直接法3等1, 1. 01, 1. 02 土206 JJF 1331-2011 表5(续)分度值标称范围/m校准方法受检点/m量块等别量块尺寸/mmm 及配对数土10士20直接法3等1, 1. 01, 1. 02, 1. 03, 1.0 -50十50土301. 04, 1. 05 :1: 40 士50士20土402 -100+100 直接法:1:60 3等1, 1. 02, 1. 04, 1. 06, 1. 08, 1. 10 士80:1: 100 士100士200直接法3等1,1.1,1.2,1.3, 10 一500+500士3001.4,1.5 土400:1:500 7. 2. 6. 2 电感测微仪各挡位的示值误差也可采用满足测量要求的其他方法测量。7.2.7 和与差演算示值误差7. 2.7.1 和演算示值误差将测头A和B分别装夹在台架上，量程转换开关置于任一挡位，测量功能选择开关分别置于+A和+B位置，将B测头的零位平衡调整好，然后使A、B示值均为零。在保持B测头示值为零的情况下，用量块作为标准，给A测头不超过1/2量程的正向位移，观察各点的示值误差，反向亦然。再使A测头示值为零，给B测头不超过1/2量程的正向位移，观察各点的示值误差，反向亦然。以士10m挡位为例简述其演算方法:1)使A、B测头示值为零，将量程开关置于:I:10m挡位;2) B测头示值为零不变，分别给A测头5m，10m的正向位移和-5m，-10m的反向位移，读出各点的示值误差;3)使A测头示值为零，分别给B测头5m，10m的正向位移和一5m，-10m的反向位移，读出各点的示值误差; 差演算示值误差将测量功能开关置于+A和-B位置上，然后按和演算示值误差的方法进行。JJF 1331-2011 8 校准结果的表达校准后的电感测微仪，出具校准证书。校准证书应给出校准结果及测量不确定度。9 复校时间间隔建议复校间隔不超过1年。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此送校单位可根据实际情况自主决定复校时间间隔。8 、.JJF 1331-2011 附录A配对法校准示值误差计算示例以数显电感测微仪为例，校准分辨力为0.01m，标称范围(-10m+10m) 中+10m点的示值误差，所需的量块尺寸及相应的数据处理见表A.1。表A.l+10m 10m 对零位用量块校准用量块测微仪读数值对零位用量块校准用量块测微仪读数值尺寸/mm尺寸/mmm 尺寸/mm尺寸/mmm 1. 00 1. 01 + 10. 14 1. 06 1. 05 -10.16 1. 01 1. 02 +9.90 1. 05 1. 04 -9.97 1. 02 1. 03 +9.79 1. 04 1. 03 -10.44 1. 03 1. 04 十10.56 1. 03 1. 02 一9.60 1. 04 1. 05 +9.92 1. 02 1. 01 -9.80 1. 05 1. 06 + 10.04 1. 01 1. 00 - 10. 12 6 6 三TJ+60. 35 rj 60. 09 j=l j = l 1 mm量块的实际尺寸:0. 999 98 mm 1. 06 mm量块的实际尺寸:1. 06000 mm +10m点的示值误差:10m点的示值误差:V+10一(十60.35)一(1.060 00一O.999 98) X 1 000 S一10=(-60.09)一(0.99998-1. 060 00) X 1 000 6 6 =+0.06(m) = - 0. Ol(m) 9 JJF 1331-2011 附录B0.01m挡位数显式电感测微仪示值误差测量结果的不确定度评定B.1 测量方法数显电感测微仪0.01m挡位士10m点的示值误差用2等量块以配对法(配6对)进行校准。测量时，每一校准点应选用尺寸相互有联系的量块进行配对。用第一块量块对准零位，第二块量块测量校准点的示值误差;再以第二块量块对准零位，第三块量块测量该校准点的示值误差，依次类推，直至所需配对量块的最后一块量块。校准正向示值时，量块尺寸按递增方式进行。校准负向示值时，量块尺寸按递减方式进行。B.2 数学模型rj一(Ln-Lo);); = j=l (B.1) n 式中:sa-校准点的示值误差，mrj一一-每次读数值，m;三J一一读数值的总和，m;j = l L一一最后一块量块的实际尺寸，m;Lo.-一第一块用于对零的量块的实际尺寸，m;n一-量块所需配对数，n=6。由式(B.1)可以得到: 三=rj- (Lj一Lj一1)8, =1=1 rj -2: .Lj j = l j=1 n n 式中:sa-一校准点的示值误差，m;J一一-每次读数值，m;rj一一读数值的总和，m.Lj一-配对量块的尺寸差，m;n一一量块所需配对数，=6。B.3 方差和灵敏系数依据u(y) =2;3f/ 3XiJ2U2(X;) 有U(的=2;c2 (rj )u2 (rj)十c2(.Lj ) u2 (!:lLj ) 式中l-n 一S一巧3-3 = 38 c(.L;) = 一一一一一=一一J / 3 (!:lL j ) n 故u(8)=(f2;内)十(二f川Lj)10 v ，、JJF 1331-20门由于u2 (ro) =u2 (r1) =u2 (rn) =u2 (r) u2 (b.Lo) = u2 (b.L1) =二u2(b.L7I) =u2 (b.L) u()=(二f内)+ (! f u2 (b.L) =i142的+lu2(b.L) n n B.4 不确定度来源B. 4. 1 B. 4. 2 B. 4. 3 B.4.4 B. 4. 5 标准不度分量U 2 U 3 U 4 U 5 测量重复性:U 1 数显量化误差:U 2 配对量块的尺丁温度偏蔚但?X叶量: U s B.6 标准不确定度分量计算0.027m 9. OX 10-4m uc=0.012m B. 6. 1 测量重复性引人的不确定度分量U1.004 1m 0.011m 3.7X10-4m 1. 2X10-4m 选取O.01m挡位，对测微仪的某点，在重复性条件下连续测量10次，得到测量列1.97, 1. 98, 1. 98, 1. 97, 1. 98, 1. 99, 1. 99, 1. 98, 1. 97, 1. 98 (m)。2: (L; -L)2 实验标准偏差s= I ;=1 n-1 =0.007m 由于对零和读数，所以测量重复性引人的误差将影响2次，则:U 1 =/2 x O. 007m =0.010 !J.m 11 JJF 1331-2011 B. 6. 2 由数显装置的量化误差引人的分量均依JJF1059-1999可知，对于数字显示的测量仪器，其分辨力为Ox则由此带来的标准不确定度为U(x) = o. 290x。在每次配对中，由于对零和读数，量化误差将影响2次，则:U2 = o. 29 X o. 01 f.lm x./2 = 0.004 1 f.lm 比较Ul和屿，取其中较大的一个作为以吵，则:u(r) = 0.010m B. 6. 3 标准量块尺寸差引人的不确定度分量问采用二等量块以配对法对O.01m挡位士10m点的示值误差进行校准，二等量块的扩展不确定度为U=0.05m十0.5X10 -6L，走二2.58，则:U 3 = u(L) =./2 X旦旦旦旦旦=0.027m2. 58 B. 6.4 由温度偏离20oc量块线膨胀系数引人的不确定度分量均钢制量块的线膨胀系数在=(11.5士1)X 10-6 oC-1范围内，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度u() = O. 577 X 10-6 oC-1。依据规范用于校准示值误差的标准量块其标称尺寸均在1.1mm以内，假设校准时温度偏离20oC的最大偏差t=l oC，由于对零和读数，该影响量将影响2次，则:U 4 =./2 X 1. 1 mm X o. 577 X 10-60C-1 X 1 oC =9.0 X 10-4川由于向相对U1U3非常小，故可以忽略不计。B. 6. 5 由配对量块的温度差引人的不确定度分量Us配对量块的温度最大差t以在+0.04oC范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度u(t) =0.023 1 oC。依据规范，用于校准示值误差的标准量块其标称尺寸均在1.1mm以内，量块的线膨胀系数=11.5X10-60C-1，则:U s = 1. 1 mm X 11. 5 X 10-6 oC一1X O. 03 1 oC = 2. 9 X 10-4m 由于Us相对U1、U3非常小，故可以忽略不计。B.7 合成标准不确定度Ucu红的=(士)2 内)十(二)2 u2山B.8 扩展不确定度U取走=2，则:12 =lu2()十lu2(L) n n = X O. 0102 + X O. 0272 =1. 38 X 10-4(m2) uc=0.012m U=0.012mX2=0.024m JJF 1331-2011 附录CO. 1m挡位数显式电感测微仪示值误差测量结果的不确定度评定C.1 测量方法数显电感测微仪0.1m挡位士100m点的示值误差用2等量块以直接法进行校准。测量时，先用所选的最小尺寸量块对准零位，用其他各尺寸的量块按正向依次测量示值误差。再以最大尺寸量块对误差。C.2 数学模型式中:L; L o C. 4. 1 C. 4. 2 C. 4. 3 C. 4.4 c. 4. 5 _. C. 4. 6 配对量块的温度差:U 6 U U6见C.5。C.5 不确定度一览表不确定度见表C.l。i =ri一CLi-Lo) 表C.l不确定度-览表标准不确定度不确定度来源标准不确定度值分量U(X;) U (X;) U j 测量重复性0.112m U2 数显量化误差0.041m CC.1) Ci二lf/lXi I Ci I U (x;) l 0.112m l 0.041m 13 JJF 1331-20门表C.1 (续)标准不确定度不确定度来源标准不确定度值C;= Jfj JX i I C; I u (工;)分量u(x;) U (Xi ) 用于对零标准量块0.019m 1 0.019m U 3 的示值误差测量点上所用量块的0.019m 1 U 4 示值误差0.019m 温度偏离200C标准量块线9.0X10-4m 1 9.0 X 10m U s 膨胀系数的变化U 6 配对量块的温度差2.9X10-4m l 2. 9 X 10-4m uc=0.12m C.6 标准不确定度分量计算C. 6. 1 测量重复性引人的不确定度分量Ul选取0.1m挡位，对测微仪的某点，在重复性条件下连续测量10次，得到测量列10.9，10.8, 10.8, 10.7, 10.9, 10.9, 10.7, 10.8, 10.8, 10.9 (m)。实验标准偏差s=I i=l (Li -L )2 n-1 =0.079m Ir 由于对零和读数，所以重复性引人的误差将影响2次，则:Ul =/2 x o. 079m=0.112川C. 6. 2 由数显装置的量化误差引人的分量均依JJF1059-1999可知，对于数字显示的测量仪器，其分辨力为Ox则由此带来的标准不确定度为U(x) = o. 290x 0对于每个受检点，由于对零和读数，量化误差将影响2次，则:Uz = o. 29 X O. 1 p.m X /2 = 0.041m 比较Ul和屿，取其中较大的一个作为U(吵，则:u(r)二0.112mC. 6. 3 由对零标准量块引人的不确定度分量均采用2等量块以直接法对O.1m分辨力挡位的土100m点的示值误差进行校准。2等量块的扩展不确定度为U=0.05m十O.5 X 10一兄，走=2.58，其用于对零的量块的标称尺寸为1mm，故有U=0.05m，是=2.58，则:协=旦旦旦丘旦=0.019m, 2.58 - -, C. 6.4 由测量点标准量块引人的不确定度分量均同C.6. 3，可以得到:m a Qd nu nu -E Hr00-FhU Fhu一nu一町，白nu一一u 14 JJF 1331-2011 c. 6. 5 由温度偏离20oC量块线膨胀系数引人的不确定度分量Us钢制量块的线膨胀系数在=(11.5士1)X 10oC -1范围内，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度U() =0.577 X 1O-60C-1。依据规范用于校准示值误差的标准量块其标称尺寸均在1.1mm以内，假设校准时温度偏离20oC的最大偏差6t=1 oC，由于对零和读数，该影响量将影响2次，则:U s =/2 X 1. 1 mm X o. 577 X 1O-6 0C-1 X 1 oC =9.0 X 10-4m 由于Us相对U1、U3、U4非常小，故可以忽略不计。C. 6. 6 由配对量块的温度差引人的不确定度分量均配对量块的温度最大差6t以在士0.04oC范围内估计，假设其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度以6t)=0.023 1 oC