鄒 敏 袁 寅 李紅梅

（云南省計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院，云南 昆明 650228）

數(shù)顯坡度儀也稱數(shù)顯傾角儀、數(shù)顯傾角尺，是具有一個(gè)或多個(gè)測(cè)量面, 以數(shù)字顯示測(cè)量被測(cè)量面相對(duì)水平面傾角的計(jì)量器具。分為條式電子數(shù)顯坡度儀、矩形電子數(shù)顯坡度儀和方盒電子數(shù)顯坡度儀，其外形見(jiàn)圖1 所示。數(shù)顯坡度儀主要用于土木建筑工程傾斜面的測(cè)量、工業(yè)設(shè)備安裝測(cè)量、消防設(shè)施的安裝測(cè)量等方面。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JB/T 11104 電子數(shù)顯傾角尺）中對(duì)數(shù)顯坡度儀的尺寸和允許誤差等參數(shù)做了明確規(guī)定。因此為了數(shù)顯坡度儀測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠，必須對(duì)其進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)，但該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中只給出了各參數(shù)的技術(shù)要求，沒(méi)有給出對(duì)應(yīng)的計(jì)量校準(zhǔn)方法。因此本文從該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)顯坡度儀的技術(shù)要求出發(fā)，研究探討其計(jì)量校準(zhǔn)方法。

圖1 數(shù)顯坡度儀

1 測(cè)量原理

將數(shù)顯坡度儀的工作面固定在正弦規(guī)的工作面上，然后將量塊放置于正弦規(guī)的圓柱下方與正弦規(guī)配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)角度，通過(guò)數(shù)顯坡度儀顯示的讀數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)角度的差值來(lái)測(cè)量其示值誤差。

2 計(jì)量特性

數(shù)顯坡度儀的示值誤差不超過(guò)±2 個(gè)分辨力。

3 校準(zhǔn)條件和測(cè)量設(shè)備

校準(zhǔn)條件：環(huán)境溫度（20±5）℃；數(shù)顯坡度儀在室內(nèi)平衡溫度時(shí)間≥2h。

測(cè)量設(shè)備：1 級(jí)平板、5 等量塊、1 級(jí)正弦規(guī)（200mm）、1 級(jí)直角尺。

4 校準(zhǔn)方法

數(shù)顯坡度儀開(kāi)機(jī)顯示穩(wěn)定后，將其放置在調(diào)至水平的平板上，此時(shí)數(shù)顯坡度儀的顯示值即為0°測(cè)量點(diǎn)的示值誤差。將數(shù)顯坡度儀的工作面固定在正弦規(guī)的工作面上，然后將量塊放置于正弦規(guī)的圓柱下方與正弦規(guī)配合產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)角度，選取數(shù)顯坡度儀測(cè)量范圍內(nèi)均勻分布的5 個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量（見(jiàn)表1）。量塊與正弦規(guī)所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)角度為α1，數(shù)顯坡度儀的讀數(shù)為α2，則α2與α1之差即為數(shù)顯坡度儀的示值誤差θ，即：

表1 正弦規(guī)配合量塊對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)角度值

校準(zhǔn)角度90°時(shí)將直角尺的工作面短邊固定在平板上，將數(shù)顯坡度儀的工作面與直角尺的長(zhǎng)邊貼合，此時(shí)數(shù)顯坡度儀讀數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)角度90°的差值即為數(shù)顯坡度儀90°測(cè)量點(diǎn)的示值誤差。

此處將數(shù)顯坡度儀的正行程定義為左傾，反行程定義為右傾，左傾和右傾均需校準(zhǔn)。

5 測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

5.1 數(shù)學(xué)模型

數(shù)顯坡度儀示值誤差的數(shù)學(xué)模型如下式：

代入得到C1=1，c2=0.0103mm-1，c3=0.0090mm-1

表2 不確定度分量匯總表

5.2 不確定度分量評(píng)定

5.2.1 不確定度分量u（α）的評(píng)定

5.2.1.1 數(shù)顯坡度儀分辨力引入的不確定度u（α1）的評(píng)定。

5.2.1.2 數(shù)顯坡度儀測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u（α2）的評(píng)定。

采用A 類不確定度評(píng)定法，重復(fù)測(cè)量10 次，得到測(cè)量結(jié)果為 61.05° ，61.05° ，61.00° ，61.05° ，61.05° ，61.10° ，61.05°，61.05°，61.05°，61.05°。根據(jù)貝塞爾公式得到：

因?yàn)閡（α1）和u（α2）互為包含關(guān)系，因此取較大值作為u（α）的不確定度分量，即u（α）=u（α2）=0.023°

5.2.2 量塊中心長(zhǎng)度引入的不確定度u（L1）的評(píng)定。

根據(jù)JJG146-2011《量塊檢定規(guī)程》規(guī)定，5 等量塊中心長(zhǎng)度的測(cè)量不確定度不超過(guò)（0.5+5×10-6L）μm，k=3，L=175mm 則：

5.2.3 正弦規(guī)中心距偏差引入的不確定度u（L2）的評(píng)定。

根據(jù)JJG37-2005《正弦規(guī)檢定規(guī)程》規(guī)定，1 級(jí)正弦規(guī)兩圓柱中心距偏差不超過(guò)±3μm，設(shè)其在區(qū)間（-3μm～+3μm）為均勻分布，則：

5.5 擴(kuò)展不確定度U

取k=2，則數(shù)顯坡度儀示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：

6 結(jié)論

本文中數(shù)顯坡度儀的校準(zhǔn)方法是根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)數(shù)顯坡度儀給出的技術(shù)要求來(lái)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)的，該方法能準(zhǔn)確有效的校準(zhǔn)數(shù)顯坡度儀的示值誤差，其量值的準(zhǔn)確可靠是各行業(yè)設(shè)備和產(chǎn)品質(zhì)量的重要保證。目前該校準(zhǔn)方法已經(jīng)在云南省計(jì)量院校準(zhǔn)工作中得到應(yīng)用，促進(jìn)了數(shù)顯坡度儀校準(zhǔn)技術(shù)能力的不斷提升。