公差配合与技术测量框式、条式平仪分度值误差的校准方法探讨.doc

框式、条式水平仪分度值误差的校准方法探讨 JJF1084-2002《框式水平仪和条式水平仪校准规范》对分度值误差校准方法及计量特性作了详细说明，笔者试想可在两臂架分别放置指示计作为定位，其测量轴线间的距离为500mm。根据正弦原理，仪器与量块配合就能产生标准角度。JJG300-2002《小角度检查仪》检定规程注明其产生的标准角的范围为0～40′。框式水平仪和条式水平仪的分度值为(0.02～0.10)mm/m，其标称角度约为4″～20″，小角度检查仪满足其测量范围，只需用三等量块配合即可产生标准角度。校准方法是先将检查仪桥形工作台的横向调至水平，再将被测水平仪放置在平工作台上，使其纵向一致；调整检查仪的调整螺丝使被测水平仪的气泡对准水准泡左边或右边的起始线，同时检查仪两端的指示计(立式光学计)下各放置1mm量块，将指示计的示值调整至零位，然后根据水平仪的校准位置，在一个指示计的测头下，依次放置相应尺寸的量块，借助检查仪调整指示计复指零位；待气泡稳定后，在气泡的一端进行读数，取其两次读数的平均值为该位的示值误差。以同样的方法校准水准泡的另一边，其示值误差为直接从水平仪上读出的偏差值。在小角度检查仪上校准水平仪的示值误差所用量块按下式计算: H=1mm+AL 式中:H——依次放入的量块尺寸，mm；A——校准位置的标称分度值，mm/m；L——两立式光学计轴线间的距离，标称值为500mm。 一、概述 1.测量方法 框式、条式水平仪分度值多为0.02mm/m、0.05mm/m，要求分度值误差不大于20%，其校准方法是用小角度检查仪和量块校准，由两量块尺寸差值(a1-a2)与两定位立式光学计球面测帽顶点之间的距离L之比，组成角度标准比较测量水平仪的分度值误差。 2.环境条件 温度为(20±2)℃。 3.测量标准 小角度检查仪、三等量块。 4.测量对象 分度值为0.02mm/m的框式水平仪。 5.测量过程 在小角度检查仪两定位立式光学计测帽与工作台之间分别放置定位用量块，调整两定位立式光学计于零位，再根据所需标准角度更换其中一个立式光学计下的量块，同时调整工作台升降旋钮，使两定位立式光学计再次置于零位，这时工作台工作面相对其初始位置产生了相应的标准角。 二、数学模型 Δα=B-(a1-a2)/L 式中:Δα——分度值示值误差，mm/m；B——被检水平仪的标称分度值对线误差，由测量时对准分度线首尾两线而获得，mm/m；a1-a2——定位立式光学计测头下两次使用的量块尺寸差，mm；L——两定位立式光学计球面测帽顶点间的距离，标称值为500mm。 三、输入量标准不确定度的评定 1.由测量时对线误差估算引入的不确定度分量u(B) 当使用3次对线取平均值时，其对线误差应不大于1/20分度，对线误差影响两次，该值以等概率落于半宽度为1/20的分度的区间，分度值如下: 0.02mm/m时: 相对不确定度urel(B)的计算为 2.由定位立式光学计测头下两次使用的量块尺寸差(a1-a2)引入的标准不确定度u(a1-a2) 使用的是分度值为1μm的立式光学计，标准不确定度主要由立式光学计的示值变动、立式光学计的对线误差、量块中心长度的不确定度组成。 (1)光学计示值变动引入的标准不确定度分量u(a1-a2)1 根据JJG45-1999《光学计》检定规程，分度值为1μm的立式光学计，示值允许变动量为0.1μm，按均匀分布处理，分布区间半宽a=0.1/2=0.05μm，因为有两次光学计定位，所以 (2)立式光学计对线引入的标准不确定度分量u(a1-a2)2 光学计对线最大可能产生的误差为±0.05μm，按均匀分布处理，其分布区间半宽a=0.05μm，因为有两次光学计对线，所以 (3)量块中心长度误差估算引入的不确定度分量u(a1-a2)3 所用尺寸小于10mm三等量块中心长度的不确定度U99=0.11μm，为正态分布，对应99%置信区间的包含因子k=2.576。于是量块引入的不确定度分量ulk为 因为两个光学计下各放了一块量块，所以 (4)标准不确定度u(a1-a2)的计算 在测量中，标准角度由两量块尺寸差形成，因为光学计和量块的不确定度对标准角的影响为单块量块的倍，即，因为 所以 (5)相对不确定度urel(a1-a2)的计算 分度值为0.02mm/m时，两次使用的量块尺寸差(a1-a2)为10μm，则相对不确定度为 3.由两定位立式光学计球面测帽顶点间的距离误差估算引入的不确定度分量u(L) u(L)主要由以下两项不确定度组成: (1)两定位指示计轴线间的距离偏差引入的标准不确定度u(L)1 小角度检查仪该项目计量性能要求为±0.05mm，按均匀分布处理，分布区间半宽a=50μm，故 (2)两定位指示计轴线的平行度偏差引入的标准不确定度u(L)2 小角度检查仪