轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的測(cè)量不確定度評(píng)定

【摘要】 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x廣泛地應(yīng)用在機(jī)械加工、大型制造業(yè)等領(lǐng)域，對(duì)轉(zhuǎn)速參數(shù)的測(cè)量起著至關(guān)重要的作用。本文介紹了轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的原理及測(cè)量過(guò)程，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x;校準(zhǔn);不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.025

Evaluation of Measurement Uncertainty of Rotational Speed Measuring Instruments

WU Jing

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： Rotational speed measuring instrument is widely used in machining，manufacturing and other fields，and plays a very important role in measuring rotational speed parameters. This paper introduces the principle and measuring process of the rotational speed measuring instrument，and analyzes the uncertainty of the measuring result.

Key words： rotational speed measuring instrument;calibration;uncertainty

1 測(cè)量原理

轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x通常采用微處理控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、頻率、計(jì)數(shù)等功能的測(cè)量。轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x一般由激光傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器以及顯示儀表組成，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、機(jī)械加工行業(yè)等領(lǐng)域。轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x不同于轉(zhuǎn)速表，轉(zhuǎn)速表的準(zhǔn)確度等級(jí)主要分為0.05級(jí)、0.1級(jí)、0.5級(jí)、1級(jí)和2級(jí)。而轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的準(zhǔn)確度等級(jí)往往要比轉(zhuǎn)速表的準(zhǔn)確度等級(jí)高，測(cè)量范圍內(nèi)也更大。主要分為0.001級(jí)、0.002級(jí)、0.005級(jí)和0.01級(jí)。

2 測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定

2.1 測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)述

2.2.1 測(cè)量依據(jù)

JJG 1134-2017《轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x》檢定規(guī)程。

2.2.2 測(cè)量環(huán)境

環(huán)境溫度：（23±5） ℃;相對(duì)濕度：≤85%。

2.2.3 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)

轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置，由溯源證書(shū)可知，其相對(duì)擴(kuò)展不確定度均為Urel=1×10-5（k=3）。

2.2.4 被測(cè)對(duì)象

轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x。

2.2.5 測(cè)量方法

測(cè)量前先自查轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x，確保轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x工作狀態(tài)正常。將轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x進(jìn)行安裝，使其處于正常工作狀態(tài)并能夠依次實(shí)時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的轉(zhuǎn)速值。每個(gè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)測(cè)量10次。

2.2 數(shù)學(xué)模型

[e=r_-rs] （1）

式中：e——被測(cè)轉(zhuǎn)速點(diǎn)示值誤差（r/min）;

[r_]——轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x示值平均值（r/min）;

[rs]——轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置轉(zhuǎn)速值（r/min）。

由（1）式得方差：

[u2c（e）=c21u2（r_）+c22u2（rs）]

式中：[u（r_）]——轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的不確定度分量;

[u（rs）]——轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置轉(zhuǎn)速值的不確定度分量。

靈敏系數(shù)：

[c1=er_=1]，[c2=ers=-1]

故：

[u2c（e）=u2（r_）+u2（rs）] （2）

2.3 各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

2.3.1 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度[u（r_1）]

用A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，以校準(zhǔn)1000 r/min點(diǎn)為例，重復(fù)10次，測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算單次標(biāo)準(zhǔn)差：

[σ=i=110（ri-r_）210-1=0.0023 r/min]

再由n=10得到：

[u（r_1）=σ10=7.3×10-4 r/min]

2.3.2 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x分辨力引入的不確定度[u（r_2）]

用B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定，當(dāng)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)量點(diǎn)為1000 r/min時(shí)，分辨力d=0.0001 r/min，按均勻分布計(jì)算，

[u（r_2）=0.0001 r/min23=2.9×10-5 r/min]

綜上：由重復(fù)性和分辨力引入的不確定度分量，在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度時(shí)，兩者取其大，即：

[u（r_）=u（r_1）=7.3×10-4 r/min]

2.3.3 轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度[u（rs）]

用B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定。轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置的相對(duì)不確定度Urel=1×10-5，k=3，則轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置引入的不確定度為：

[u（rs）=Urel×1000 r/min3=3.3×10-3 r/min]

2.3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量表

[標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u（xi） 不確定度來(lái)源 [u（xi）]

（r/min） [ci=exi] [ciu（xi）]

（r/min） [u（r_1）] 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x測(cè)量重復(fù)性 [7.3×10-4] 1 [7.3×10-4] [u（r_2）] 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x分辨力 [2.9×10-5] 1 [2.9×10-5] [u（rs）] 轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置示值 [3.3×10-3] -1 [3.3×10-3] ]

2.3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

以上各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是互不相關(guān)的，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[uc=u2（r_）+u2（rs）=（7.3×10-4）2+（3.3×10-3）2? ? =3.4×10-3 r/min]

2.3.6 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度計(jì)算

取包含因子k=2，則：

U=k×uc=[6.8×10-3] r/min

2.4 測(cè)量不確定度報(bào)告

本次測(cè)量點(diǎn)的不確定度表達(dá)如下：

[r_]=999.9993 r/min，U=[6.8×10-3] r/min，k=2。

3 結(jié)語(yǔ)

轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的測(cè)量過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)測(cè)量過(guò)程，影響測(cè)量結(jié)果的因素有很多，如環(huán)境干擾、電磁干擾、標(biāo)準(zhǔn)器、人員操作等諸多因素。實(shí)驗(yàn)室人員可以定期通過(guò)期間核查或比對(duì)的方式及時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x的計(jì)量性能是否出現(xiàn)問(wèn)題，從而保持計(jì)量溯源的準(zhǔn)確性。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 轉(zhuǎn)速測(cè)量?jī)x：JJG1134-2017[S].

[2] 轉(zhuǎn)速表：JJG105-2019[S].

[3] 轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置：JJG326-2006[S].

【作者簡(jiǎn)介】

吳晶（1988-），女，工程師，碩士，研究方向?yàn)榕ぞ?、轉(zhuǎn)速、測(cè)速和檢車(chē)線檢測(cè)。