浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的測(cè)量不確定度分析

[摘　要]分析浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x的誤差來(lái)源,計(jì)算出裝置的測(cè)量不確定度,并分析用氣動(dòng)量?jī)x測(cè)量工作內(nèi)孔徑的測(cè)量不確定度并給出測(cè)量結(jié)果。

　　浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x實(shí)質(zhì)上是把被測(cè)量的尺寸變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的空氣流量變化的一種測(cè)量?jī)x器,當(dāng)壓縮空氣通過(guò)錐度玻璃管時(shí),流量的變化就使得浮在玻璃管內(nèi)的浮標(biāo)位置作相應(yīng)的變化,于是從刻度尺上浮標(biāo)位置的變化量就可以直接讀出被測(cè)量尺寸的變化。

　　1　量?jī)x的測(cè)量原理

　　通過(guò)孔徑為d的噴嘴端面與被測(cè)量表面的間隙（如圖1）的空氣流量q與圓柱側(cè)面積πdS成函數(shù)關(guān)系:q=f（πdS）

　　當(dāng)噴嘴孔徑d固定不變時(shí),流量q僅與間隙成函數(shù)關(guān)系:q=f（S）間隙S的變化即意味著被測(cè)量尺寸的變化,如圖,當(dāng)被測(cè)量尺寸H減少時(shí),間隙S增加,流量q隨之增加,浮標(biāo)位置上升;反之,則浮標(biāo)位置下降,這樣就可以由浮標(biāo)和刻度尺直接讀出被測(cè)尺寸.

　　2　氣動(dòng)量?jī)x裝置的測(cè)量不確定度分析

　　測(cè)量在溫度（20±1）℃條件下進(jìn)行,以Φ26mm的工件孔徑為例,在氣動(dòng)量?jī)x上對(duì)工件的孔徑作相對(duì)測(cè)量時(shí),其標(biāo)準(zhǔn)不確定度主要來(lái)源于以下幾方面。

　　2·1　氣動(dòng)量?jī)x示值誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

　　QFP-5型浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x,取基本放大倍數(shù)10000倍,由產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)可知,在基準(zhǔn)點(diǎn)內(nèi)示值誤差為:±0·0008mm,在測(cè)量范圍內(nèi)誤差的分布符合正態(tài)分布,覆蓋因子k=3,其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:

　　u1=0·0008mm/3=0·00027mm=0·27μm

　　2·2　校對(duì)環(huán)規(guī)誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

　　校對(duì)環(huán)規(guī)的誤差為:±1μm,上、下限校對(duì)環(huán)規(guī)的誤差為:其誤差分布符合正態(tài)分布,覆蓋因子k=3,其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:

　　2·3　估讀誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

　　氣動(dòng)量?jī)x的刻度值為: 0·5μm,用上、下限校對(duì)規(guī)校準(zhǔn)時(shí)估讀誤差為0·07μm,且誤差分布為均勻分布,覆蓋因子k= √3,其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:

　　2·4　溫度誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

　　溫度不穩(wěn)定產(chǎn)生的誤差呈三角形分布,覆蓋因子取k= √6,則溫度誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為:

　　2·5　測(cè)量力誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

　　由于是非接觸測(cè)量,測(cè)量力誤差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量:u5=0

　　以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量相互獨(dú)立,互不相關(guān)。

　　3　氣動(dòng)量?jī)x裝置的合成不確定度

　　4　裝置的擴(kuò)展不確定度

　　U=k×uc=3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm

　　（置信概率99%,k取3）

　　5　應(yīng)用

　　對(duì)孔徑為Φ26mm的工件進(jìn)行測(cè)量,先用上、下限校對(duì)規(guī)反復(fù)進(jìn)行調(diào)整, （校對(duì)規(guī)尺寸分別為Φ25·9995mm、Φ26·0090mm）使測(cè)量范圍在標(biāo)尺的線性范圍內(nèi),同時(shí)滿足測(cè)量精度要求。在滿足測(cè)量條件下等精度重復(fù)測(cè)量10次結(jié)果如下（單位mm）:

　　擴(kuò)展不確定度為:U=kuc= 3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm（置信概率99%,k取3）

　　后的測(cè)量結(jié)果為:D=（26·0030±0·0017）mm（置信概率99%,k取3）

　　可見(jiàn)浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x進(jìn)行高精度、大批量工件尺寸測(cè)量時(shí),既能很方便應(yīng)用,又能高精度滿足測(cè)量要求。

來(lái)源:中國(guó)計(jì)量測(cè)控網(wǎng)