三针法螺纹塞规中径的测量不确定度评定

1、三针法螺纹塞规中径的测量不确定度评定竺鋆( 宁波奥克斯空调有限公司，浙江 宁波 315191)摘 要: 本文根据 jjf1345 2012圆柱螺纹量规校准规范的要求建立测量模型，详细分析了用三针法测量圆柱螺纹量规单一中径的不确定度来源，给出 了不确定度分量的评定步骤及测量不确定度评定方法。关键词: 圆柱螺纹量规; 三针法; 单一中径; 测量不确定度中图分类号: tb921文献标识码: a国家标准学科分类代码: 410. 55 doi: 10 15988 / j cnki 1004 6941 2014 12 026the measurement uncertainty evaluation of

2、 three needle thread in the diameterzhu jun1概述1. 1测量依据: 根据 jjf1345 2012圆柱螺纹量规校准 规范。1. 2测量环境条件: 温度( 20 2) ，相对湿度60% 。1. 3测量标准: jd25 c 万能数显测长仪 u = 0. 5m( k= 2) ; 三针 u = 1m( k = 2) 。1. 4被测对象: 圆柱螺纹塞规 m20 2. 5 6h 通端。1. 5测量方法: 用万能测长仪直接测量。每次测量时， 利用两个平面测帽和直径为 dd 的三针测量，测量力 3n。 牙型半角标称值，;2p螺距标称值，mm; a1 螺旋升角修正值，

3、mm; a2 测量力修正值，mm。3灵敏系数l 的灵敏系数: c1 = d2 / l = 1 dd 的灵敏系数:调整测长仪测帽位置、仪器对零; 被测螺纹塞规在万能测 长仪上用三针法测量外螺纹实际中径。将三根直径相同 的三针放入被测螺纹塞规牙槽中，用测长仪直接测得 m 值，通过计算公式得到外螺纹通止端的中径值。c2 = d2 / dd = 1 / sin( 的灵敏系数:2 ) + 1= 3 22测量模型cos( )2322c = d / = sin2 ( )2( dd d0 ) = 8. 31m / radcot( ) 2 p 的灵敏系数: c4 = d2 / p =2= 0. 866a1 的灵

4、敏系数: c5 = d2 / a1 = 1a2 的灵敏系数: c6 = d2 / a2 = 1 4方差uc2 ( d ) = c2 u2 ( l) + c2 u2 ( d) + c2 u2 ( /2 ) + c2 u2图 1 利用三针测量螺纹塞规21( p) + c2 22 22d34d = l d ( 1 + 1) + p cot( /2) a + a2d sin( /2)212式中: d2 外螺纹塞规中径，mm; l被校螺纹塞规位移量，mm; dd 三针直径，mm;5 u ( a1 ) + c6 u ( a2 )5标准不确定度来源分析 5. 1 被校螺纹塞规位移量引入的标准不确定度分量 u

5、( l)被校螺纹塞规位移量引入的标准不确定度 u( l) 由 以下 6 个分项构成:( 1) 被校螺纹塞规测量重复性引入的标准不确定度收稿日期: 2014 07 22竺鋆: 三针法螺纹塞规中径的测量不确定度评定51u( l1 ) ;( 2) 测长仪对零不准引入的标准不确定度 u( l2 ) ; ( 3) 测长仪安装定位不准引入的标准不确定度 u( l3 ) ; ( 4) 测长仪量值溯源溯源引入的标准不确定度 u( l4 ) ; ( 4) 温差变化引入的标准不确定度 u( l5 ) ;( 5) 线膨胀系数差异引入的标准不确定度 u( l6 ) 。5. 2三针量值溯源引入的标准不确定度分量 u(

6、dd )5. 3 牙型半角 /2 标称值引入的标准不确定度分量 u( )2区间半宽 = 0. 5m，假设为正态分布，取包含因子 k = 2，故u( l4 ) = 0. 5 /2 = 0. 25m 6. 1. 5u( l5 ) 的评定温差变化引入的标准不确定度 u( l5 ) 采用 b 类评定。 因实验室环境温度变化，以及不同材质热平衡等原因，被校螺纹塞规、三针和测长仪之间存在温差一般不超 过 1 ，则 区 间 半 宽 = 1 ，线 膨 胀 系 数 11. 5 10 6 1 ，假设为均匀分布，取包含因子 k = 槡3，故5. 4螺距 p 标称值引入的标准不确定度分量 u( p)5. 5 螺旋升角

7、修正值 a1 引入的标准不确定度分量 u( a1 )u( l5 ) = 20. 5569 1000 11. 5 10= 0. 14m 6 1 /槡35. 6测量力修正值 a2 引入的标准不确定度分量 u( a2 )6标准不确定度分量评定6. 1u( l) 的评定6. 1. 1u( l1 ) 的评定被校螺纹塞规测量重复性引入的标准不确定度 u( l1 ) 采用 a 类评定。对被校塞规 m20 2. 5 6h 通端在重复性条件下进6. 1. 6线膨胀系数差异引入的标准不确定度 u( l6 ) 采 用 b 类评定。由于材料性质的差 异，三种材料线膨胀 系 数 在 ( 11. 5 1 ) 10 6 1

8、 的范围内，则 区间半宽 = 2 10 6 1 ，偏离标准温度的范围是 2 ，假设服从均匀分布，取包含因子 k = 槡3，故行 6 次独立重复测量，测得数据如下( mm) :20. 5570，20. 5567，20. 5573，20. 5569，20. 5570，20. 5565。u( l6 ) = 20. 5569 1000 2 2 10= 0. 05m6. 1. 7u( l) 的计算 6 1 /槡3x = 20. 5569mm单次测量的实验标准偏差 s( l1 ) 按贝塞尔公式计算得由于 u( l1 ) 、u( l3 ) 、u( l4 ) 、u( l5 ) 和 u( l6 ) 各分项彼此相

9、互独立不相关，故u( l) = u2 ( l ) + u2 ( l ) + u2 ( l ) + u2 ( l )1234110+ u2 ( l ) + u2 ( l ) 2 = 0. 39mvi2i = 1566. 2u( dd ) 的评定s( l1 ) = 槡n 1 = 0. 28m实际校准以 6 次测量平均值作为测量结果，故三针量值溯源引入的标准不确定度分量 u(b 类评定。dd ) 采用u( l1 ) = s( l1 ) /槡6 = 0. 11m 6. 1. 2u( l2 ) 的评定测长仪对零不准引入的标准不确定度 u( l2 ) 采用b 类评定。测长仪对零不准引起的误差一般不超过 0

10、. 3m，则区间半宽 = 0. 3m，假设为均匀分布，取包含因子 k= 槡3，故三针量值溯源的校准证书 u = 1m( k = 2) ，则区间 半宽 = 1m，假设为正态分布，取包含因子 k = 2，故u( dd ) = 1 /2 = 0. 50m6. 3u( ) 的评定2牙型半角 /2 标称值引入的标准不确定度分量 u( ) 采用 b 类评定。2u( l2 )= 0. 3 /槡3 = 0. 17m查手册，牙型角标称值 = 60 通端公差为 10，则6. 1. 3u( l3 ) 的评定测长仪安装定位不准引入的标准不确定度 u( l3 )区间半宽 = 10，假设为均匀分布，取包含因子 k = 槡

11、3，采用 b 类评定。故 u( )2= 10 /槡3 = 5. 77 = 1. 68mrad测长仪安装定位不准引起的变化量一般不超过 0. 3m，则区间半宽 = 0. 3m，假设为均匀分布，取包含 因子 k = 槡3，故6. 4u( p) 的评定根据 jjf 1345 2012 中 5. 2 计量特性校准组合表 1，螺 距 p 标称值引入的标准不确定度不作考虑，故忽略不计。u( l2 )= 0. 3 /槡3 = 0. 17m6. 5u( a1 ) 的评定6. 1. 4u( l4 ) 的评定测长仪量值溯源溯源引入的标准不确定度 u( l4 )采用 b 类评定。测长仪量值溯源的校准证书 u = 0

12、. 5m( k = 2 ) ，则螺旋升角修正值 a1 引入的标准不确定度 u ( a1 ) 采用 b 类评定。根据规程给出的螺旋升角近似修正公式( 2 ) ，计算 得 a1 = 2. 02m，则区间半宽 = 1. 01m，假设为均匀分布，取包含因子 k = 槡3，故取包含因子 k = 2，故u = k uc( d2 ) = 2 1. 83 = 3. 664mu( a1 )= 1. 01 /槡3 = 0. 58m表 16. 6u( a2 ) 的评定测量力修正值 a2 引入的标准不确定度 u ( a2 ) 采用量 xi值 xi标准不确定度 概率u( x )灵敏系数c不确定度分量| c | u( x

13、 )b 类评定。i分布iii根据规程给出的测量力修正公式( 6 ) ，当测量力为 3n 时，因使用的是三针法，经过力的分解计算得单针侧 0 = 0. 84m，双针侧计算得 0 = 0. 53m，a2 = ( 0. 84 +0. 53) 2 = 2. 74m，则区间半宽 = 1. 37m，假设为均匀分布，取包含因子 k = 槡3，故ll1 l2 l3 l4 l5 l620. 5569mm0. 39m0. 11m正态0. 17m均匀0. 17m均匀0. 25m正态0. 14m均匀0. 05m均匀10. 39mu( a2 )= 1. 37 /槡3 = 0. 79mdd u( dd ) 1. 441m

14、m0. 50m正态 31. 50m /2601. 68mrad均匀 8. 31m / rad0. 01m7合成标准不确定度的评定7. 1列出不确定度分量一览表按照组合 1 校准螺纹塞规 m20 2. 5 6h 螺纹塞 规，其 通 端 标 称 值 d2 = 18. 399mm，p = 2. 5mm，dd = 1. 441mm，( 最佳直径 d0 = 1. 4434mm) ，测量力 3n，不确 定度分量如表 1。7. 2合成标准不确定度的计算输入量 l、dd 、 /2、a1 、a2 彼此之间相互独立不相 关，故p2. 5 mm0. 866a12. 02m0. 58m均匀 10. 58ma22. 7

15、4m0. 79m均匀10. 79m d218. 400 mm1. 83 m 9测量不确定度的报告与表示圆柱螺纹塞规 m20 2. 5 6h 通端单一中径的测量 结果:d2 = ( 18. 400 0. 004) mm; k = 2。参考文献1jf1345 2012，圆柱螺纹量规校准规范s.222uc( d2 ) = c1 u( l) +c2 u( dd) +c3 u( /2) +2jjf1059. 1 2012，测量不确定度评定与表示s.22 1 c5 u( a1) +c6 u( a2) 2= 槡3. 0978 = 1. 83m8扩展不确定度的计算作者简介: 竺鋆，男，工程师。工作单位: 宁波

16、奥克斯空调有限公司计量中 心。通讯地址: 315191 浙江省宁波市鄞州区姜山镇明光北路 1166 号。( 上接第 49 页)故 u1 = u( ci ) = 4. 1mol / mol6合成标准不确定度u ( ) =c2 22 2ca槡1 u1 + c2 u2 = 0. 69%4. 2气体标准物质引入的不确度分量 u2浓度为 805mol / mol 的气体标准物质( 氮气中的一 氧化氮) 的扩展不确定度 u = 1% ，k = 2，则由气体标准物 质引入的不确度分量1 %7扩展不确定度评定urel = kuc ( a ) = 1. 4% ，k = 2 8测量不确定度的报告和表示烟气分析仪示

17、值误差测量值的相对扩展不确定度u2 =2 805 = 4. 1mol / mol为: urel= 1. 4% ，k = 2。5标准不确定度一览表( 见表 2)表 2灵敏度系数参考文献1jjg968 2002烟气分析仪检定规程2jjf1059. 1 2012测量不确定度评定与表示序号 标准不确定度分量标准不确定度来源标准不确定度( mol/ mol)c ( 1 )i mol/ molci u ( x ) : 彭旭东，男，助理工程师。工作单位: 龙岩市计量所。通讯地址:1u1测量重复性4. 051. 2 10 30. 486%2u2气体标准物质不确定度4. 025 1. 2 10 30. 483%作者简