手動型水平尺校準裝置的測量不確定度評定*

柴玉民 楊曉明 韓 梅

（1.洛陽市質(zhì)量計量檢測中心 河南洛陽471000；2.空軍工程大學 航空機務士官學校 河南信陽464000）

水平尺被廣泛應用于土木建筑和普通機器安裝領域，它是以水準柱中的水準泡偏離水平刻度（鉛垂刻度、傾斜刻度）來判斷平面是否水平（鉛垂、傾斜）的一種計量器具。為了保證水平尺在制造和使用過程中的質(zhì)量和量值傳遞的精確度，需要對水平尺計量器具進行第三方校準后使用，《JJF 1085-2002水平尺校準規(guī)范》對水平尺工作面的平面度、線紋示值誤差、水準泡零位誤差和分度值誤差等作出了校準規(guī)定，只是給出來具體的校準項目和要求，并沒有給出具體的校準裝置。因此開發(fā)一種手動型水平尺快速校準裝置，實現(xiàn)水平尺分度值誤差的快速、高精度校準。

1 手動型水平尺校準裝置結構組成

手動型水平尺校準裝置主要由底座、工字型校準基準尺、數(shù)顯百分表、升降手輪、頂升機構、校準定位銷和外殼等組成，其結構如圖1所示。該裝置通過升降手輪來驅動絲桿升降，進而帶動工字型校準基準尺對稱地升高、降落幾個標準高度，在每個位置處時讀取水準氣泡的位置和數(shù)顯百分表讀數(shù)，并將數(shù)顯百分表讀數(shù)值換算成工字型校準基準尺的傾斜角度值，最后對比水準氣泡的讀數(shù)計算出水平尺的水平零位誤差和分度值誤差。

手動型水平尺校準裝置具有穩(wěn)定可靠、結構簡單、操作方便、易于維護特點，符合 GB/T1146-2009《水準泡》及《JJF1085-2002水平尺校準規(guī)范》的要求，能對分度值為0.5、1、2、5、10 mm/m，規(guī)格為100～1000 mm水平尺的水平零位誤差和分度值誤差進行校準。

圖1 手動型水平尺校準裝置結構圖

2 手動型水平尺校準裝置測量不確定度的評定

1）校準工作原理 （依據(jù)JJF 1085-2002）

由數(shù)顯百分表兩次讀數(shù)差值與校準裝置固定支點和數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離L之比所組成的小角度標準比較，測量水平尺的分度值誤差。

2）數(shù)學模型

以分度值為10 mm/m的水平尺為例，有：

式中：a為水平尺分度值誤差；a1和a2為數(shù)顯百分表的示值；d為被校水平尺分度值的讀數(shù)值，由測量時對準分度線首尾兩線而獲得；L為校準裝置固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間距離，這里為0.5m。

3）方差和靈敏系數(shù)

3 各標準不確定度分量的分析計算

3.1 由數(shù)顯百分表引入的不確定度分量u(a)

3.1.1 數(shù)顯百分表的示值誤差引入的標準不確定度u(a1)

根據(jù) JJG34-2008《指示表(指針式、數(shù)顯式)》檢定規(guī)程要求：10 mm的數(shù)顯百分表的示值誤差在工作行程（0～10）mm范圍內(nèi)不超過20 μm，按均勻分布處理，故：

3.1.2 數(shù)顯百分表分辨力引入的不確定度分量u(a2)

數(shù)顯百分表的分辨力為 0.01mm，該值在半寬度為0.005mm的區(qū)間內(nèi)均勻分布，故：

3.1.3 兩項合成不確定分量u(a)：

3.2 測量時水平尺的對線誤差引入的不確定度分量u(d)

當使用2次對線取平均值時，其對線誤差應不大于 1/20分度，該值以等概率落在半寬度為 1/20的區(qū)間，分度值為10 mm/m時：

3.3 由校準裝置固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離誤差引入的不確定度分量u(L)

設固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離L=0.5m；?L為±3mm，?L在半寬度為3mm的區(qū)間以等概率分布，則：

4 合成標準不確定度

5 標準不確定度一覽表

標準不確定度一覽，如表1所示。

表1 標準不確定度一覽表

6 校準測量能力

7 結語

通過以上分析可知，手動型水平尺校準裝置分度值誤差測量結果的擴展不確定度滿足小于或等于1/3最大允許誤差的要求。