邵建橋　宮美望　王　婷 / 青島市計量技術(shù)研究院

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數(shù)字式智能平面水平動態(tài)分析儀示值誤差檢定方法

邵建橋?qū)m美望王婷 / 青島市計量技術(shù)研究院

摘要介紹了數(shù)字式智能平面水平動態(tài)分析儀工作原理，簡述了其示值誤差的檢定方法。對檢定方法進行了實例試驗，得出了試驗數(shù)據(jù)，并評定了該示值誤差檢定結(jié)果的不確定度，研究和試驗結(jié)果論證了該示值誤差檢定方法的準(zhǔn)確性，證明了該檢定方法適用于此儀器示值誤差的檢定。

關(guān)鍵詞數(shù)字式智能平面水平動態(tài)分析儀；示值誤差；檢定；測量不確定度

0　引言

數(shù)字式智能平面水平動態(tài)分析儀是一種平面角測量儀器。其主要功能有平面角的測量、方位角的測量以及平面度的快速測量等，可以應(yīng)用在設(shè)備安裝、工作臺調(diào)平、鐵路系統(tǒng)鐵軌的水平位置確定、火箭發(fā)動機機架的水平找正等領(lǐng)域。該儀器操作簡單直觀，對使用者操作技能要求不高，便于快速測量、智能分析，滿足了機械加工企業(yè)現(xiàn)場快速測量的要求。

1　工作原理

該儀器在X軸與Y軸方向安裝有兩組角度傳感器，依據(jù)計量原理的融合技術(shù)以及誤差的計算機補償技術(shù)，將數(shù)字化虛擬儀器、角度傳感器與計算機技術(shù)相結(jié)合，計算機軟件的虛擬儀表顯示動態(tài)變化數(shù)據(jù)。平面水平動態(tài)分析儀如圖1所示。

2　示值誤差的檢定方法

依據(jù)設(shè)計原理及工作原理，由于該儀器在X軸和Y軸方向安裝有兩組角度傳感器，因此需對這兩個方向上的示值誤差分別使用小角度檢查儀進行檢定。首先，將小角度檢查儀的橋形工作臺橫向調(diào)至水平，將平面水平分析儀+X軸方向放置在工作臺的平工作面上，使其縱向與該儀器的+X軸方向相一致。調(diào)整小角度檢查儀的調(diào)整螺絲，使平面水平分析儀在+X軸方向上處于零位。在小角度檢查儀的立式光學(xué)計下各放置1 mm的量塊，調(diào)整立式光學(xué)計至零位。在+X軸正行程各受檢位置依次放置相應(yīng)尺寸量塊，并調(diào)整小角度檢查儀立式光學(xué)計復(fù)指零位，分別在各個相應(yīng)位置讀取平面水平分析儀相對于標(biāo)稱值的示值誤差。當(dāng)檢測到測量范圍終點時，開始返回進行反行程方向的檢定。以同樣方法，分別對該儀器-X軸、+Y軸以及-Y軸方向示值誤差進行檢定。

圖1　平面水平動態(tài)分析儀

3　示值誤差檢定試驗

依據(jù)上述示值誤差檢定方法，以分辨力為C =0.001 mm/m的儀器為例進行試驗。小角度檢查儀跨距為500 mm。表1、表2、表3、表4分別為在平面動態(tài)分析儀+X軸、-X軸、+Y軸、-Y軸方向上測得的數(shù)據(jù)。

表1　平面動態(tài)分析儀+X軸方向示值誤差

該平面動態(tài)分析儀在+X軸方向示值誤差為+14字，即+0.014 mm/m（于表中1 200字處）。

表2　平面動態(tài)分析儀-X軸方向示值誤差

該平面動態(tài)分析儀在-X軸方向示值誤差為+18字，即+0.018 mm/m（于表中2 000字處）。

表3　平面動態(tài)分析儀+Y軸方向示值誤差

該平面動態(tài)分析儀在+Y軸方向示值誤差為+5字，即+0.005 mm/m（于表中2 000字處）。

表4　平面動態(tài)分析儀-Y軸方向示值誤差

該平面動態(tài)分析儀在-Y軸方向示值誤差為-17字，即-0.017 mm/m（于表中2 000字處）。

綜上試驗數(shù)據(jù)，可以看出該平面動態(tài)分析儀最大示值誤差為±0.018 mm/m（測量范圍為±2 mm/m）。

4　測量不確定度評定

4.1測量模型

Δi= δi－a/L

式中：Δi—— 被測平面水平動態(tài)分析儀的示值誤差，mm/m；

δi—— 平面水平動態(tài)分析儀實際顯示值，mm/m；

a —— 量塊的尺寸差，mm；

L —— 小角度檢查儀兩光學(xué)計測頭軸線間距離，mm

4.2方差和傳播系數(shù)

式中：C(δi) = 1；

C(a) = -1/L；

C(L) = a/L2

4.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

4.3.1測量重復(fù)性估算的分量u(δ1)

對平面水平動態(tài)分析儀X軸方向上在0.1 mm/m（100個數(shù)）位置重復(fù)測量10次，得到δ1的測量列：0.100 mm/m、0.100 mm/m、0.100 mm/m、0.100 mm/m、0.101 mm/m、0.100 mm/m、0.100 mm/m、0.100 mm/m、0.101 mm/m、0.100 mm/m。

則平均值Δ= 0.100 2 mm/m

故u (δ1) = 0.000 42 mm/m

4.3.2數(shù)顯量化誤差估算的分量u (δ2)

平面水平動態(tài)分析儀最小分辨力為1個字，即0.001 mm/m，該量以等概率落在半寬為1/2個字的區(qū)間內(nèi)。

為不重復(fù)計算，故：

4.3.3標(biāo)準(zhǔn)角度（垂直方向）給出的不確定度分量u (a)

4.3.3.1量塊中心長度的不確定度影響分量u (a1)

4.3.3.2量塊的長度變動量影響的分量u (a2)

實際操作中，假設(shè)量塊的中心瞄準(zhǔn)圓半徑≤1 mm，并在該區(qū)域范圍內(nèi)服從均勻分布，由此引起的變動量按

e = h/2×(a/b)計算

式中：h —— 變動量；

a —— 中心瞄準(zhǔn)圓半徑；

b —— 量塊測量面短邊的1/2

b = 4.5-1.5 = 3 mm（不含邊緣的1.5 mm）

e = （0.16/2）×1/3 = 0.03 μm

取k = 2.68

u (a2) = 0.03/2.68 = 0.011 μm

4.3.3.3光學(xué)計對線誤差估算的分量u (a3)

對線誤差是由分度線寬度決定的，一般不會超過分度線寬度的三分之一。目視立式光學(xué)計分度線寬度為15 μm，放大80倍，對線誤差為15/（80×3）= 0.062 μm，該量在半寬區(qū)間內(nèi)為三角分布，故

4.3.3.4光學(xué)計的示值變動性估算的分量u (a4)

依據(jù)檢定規(guī)程JJG 45-1999《光學(xué)計》，分度值為1 μm的光學(xué)計，其示值變動性應(yīng)不超過0.1 μm，在誤差范圍內(nèi)符合均勻分布，半寬為0.1/2=0.05 μm，包含因子k =，故：

則標(biāo)準(zhǔn)角度給出的不確定度分量：

4.3.4兩光學(xué)計測頭中心距不準(zhǔn)估算的分量u (L)

4.3.4.1兩光學(xué)計測頭中心距偏差

依據(jù)檢定規(guī)程JJG 300-2002《小角度檢查儀》，兩定位指示計中心距偏差為±0.05 mm，服從均勻分布，包含因子k =

4.3.4.2光學(xué)計兩定位指示計軸線平行度

依據(jù)JJG 300-2002，兩定位指示計軸線平行度偏差不超過±0.02 mm，服從均勻分布，包含因子k =4.3.4.3光學(xué)計兩定位指示計測帽球心與套孔軸心線的重合性

依據(jù)JJG 300-2002，兩定位指示計測帽球心與套孔軸心線的重合性不超過±0.06 mm，服從均勻分布，包含因子k =

則：

4.4測量不確定度匯總

通過以上分析，各分量測量不確定度見表5。

表5　各分量測量不確定度

4.5合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各影響量互相獨立，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度按下式計算：

4.6擴展不確定度

取k = 2，則擴展不確定度：

同樣，對平面水平動態(tài)分析儀在Y軸方向上的測量結(jié)果不確定度進行分析，得出UY= 0.001 mm/m。

5　結(jié)語

本文提出了平面水平動態(tài)分析儀示值誤差的一種檢定方法，使用該方法對儀器的示值誤差進行了檢定試驗，并且評定了該示值誤差測量結(jié)果的不確定度。本文的研究和試驗結(jié)果表明，該方法準(zhǔn)確度高、科學(xué)高效。適用于智能平面水平動態(tài)分析儀示值誤差的檢定。

參考文獻

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Verification method of indication errors of the digital intelligent dynamic analytical level

Shao Jianqiao，Gong Meiwang，Wang Ting

（Qingdao Institute of Measurement Technology）

Abstract:The operational principle of the digital intelligent dynamic analytical levels is introduced in the paper. The verification method of indication errors is briefly described. By the means of test expreriments of the method, the test data have been obtained. The uncertainty of verification results are evaluated. Research and test results proved the accuricy of the method, and show that the method is suitable for indication error verification of the instrument.

Key words:digital intelligent dynamic analytical levels; indication error; verification; uncertainty of measurement