柴玉民 楊曉明 韓 梅

（1.洛陽(yáng)市質(zhì)量計(jì)量檢測(cè)中心 河南洛陽(yáng)471000；2.空軍工程大學(xué) 航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校 河南信陽(yáng)464000）

水平尺被廣泛應(yīng)用于土木建筑和普通機(jī)器安裝領(lǐng)域，它是以水準(zhǔn)柱中的水準(zhǔn)泡偏離水平刻度（鉛垂刻度、傾斜刻度）來(lái)判斷平面是否水平（鉛垂、傾斜）的一種計(jì)量器具。為了保證水平尺在制造和使用過(guò)程中的質(zhì)量和量值傳遞的精確度，需要對(duì)水平尺計(jì)量器具進(jìn)行第三方校準(zhǔn)后使用，《JJF 1085-2002水平尺校準(zhǔn)規(guī)范》對(duì)水平尺工作面的平面度、線紋示值誤差、水準(zhǔn)泡零位誤差和分度值誤差等作出了校準(zhǔn)規(guī)定，只是給出來(lái)具體的校準(zhǔn)項(xiàng)目和要求，并沒(méi)有給出具體的校準(zhǔn)裝置。因此開(kāi)發(fā)一種手動(dòng)型水平尺快速校準(zhǔn)裝置，實(shí)現(xiàn)水平尺分度值誤差的快速、高精度校準(zhǔn)。

1 手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)組成

手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置主要由底座、工字型校準(zhǔn)基準(zhǔn)尺、數(shù)顯百分表、升降手輪、頂升機(jī)構(gòu)、校準(zhǔn)定位銷和外殼等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置通過(guò)升降手輪來(lái)驅(qū)動(dòng)絲桿升降，進(jìn)而帶動(dòng)工字型校準(zhǔn)基準(zhǔn)尺對(duì)稱地升高、降落幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高度，在每個(gè)位置處時(shí)讀取水準(zhǔn)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(zhǔn)基準(zhǔn)尺的傾斜角度值，最后對(duì)比水準(zhǔn)氣泡的讀數(shù)計(jì)算出水平尺的水平零位誤差和分度值誤差。

手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置具有穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、易于維護(hù)特點(diǎn)，符合 GB/T1146-2009《水準(zhǔn)泡》及《JJF1085-2002水平尺校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，能對(duì)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(jìn)行校準(zhǔn)。

圖1 手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)圖

2 手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置測(cè)量不確定度的評(píng)定

1）校準(zhǔn)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(zhǔn)裝置固定支點(diǎn)和數(shù)顯百分表測(cè)桿軸線間的距離L之比所組成的小角度標(biāo)準(zhǔn)比較，測(cè)量水平尺的分度值誤差。

2）數(shù)學(xué)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(cè)量時(shí)對(duì)準(zhǔn)分度線首尾兩線而獲得；L為校準(zhǔn)裝置固定支點(diǎn)到數(shù)顯百分表測(cè)桿軸線間距離，這里為0.5m。

3）方差和靈敏系數(shù)

3 各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析計(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(guò)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(xiàng)合成不確定分量u(a)：

3.2 測(cè)量時(shí)水平尺的對(duì)線誤差引入的不確定度分量u(d)

當(dāng)使用2次對(duì)線取平均值時(shí)，其對(duì)線誤差應(yīng)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(shí)：

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

設(shè)固定支點(diǎn)到數(shù)顯百分表測(cè)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(biāo)準(zhǔn)不確定度

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽，如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

6 校準(zhǔn)測(cè)量能力

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上分析可知，手動(dòng)型水平尺校準(zhǔn)裝置分度值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度滿足小于或等于1/3最大允許誤差的要求。