浮標式氣動量儀的測量不確定度分析

[摘　要]分析浮標式氣動量儀的誤差來源,計算出裝置的測量不確定度,并分析用氣動量儀測量工作內孔徑的測量不確定度并給出測量結果。

　　浮標式氣動量儀實質上是把被測量的尺寸變化轉換為相應的空氣流量變化的一種測量儀器,當壓縮空氣通過錐度玻璃管時,流量的變化就使得浮在玻璃管內的浮標位置作相應的變化,于是從刻度尺上浮標位置的變化量就可以直接讀出被測量尺寸的變化。

　　1　量儀的測量原理

　　通過孔徑為d的噴嘴端面與被測量表面的間隙（如圖1）的空氣流量q與圓柱側面積πdS成函數關系:q=f（πdS）

　　當噴嘴孔徑d固定不變時,流量q僅與間隙成函數關系:q=f（S）間隙S的變化即意味著被測量尺寸的變化,如圖,當被測量尺寸H減少時,間隙S增加,流量q隨之增加,浮標位置上升;反之,則浮標位置下降,這樣就可以由浮標和刻度尺直接讀出被測尺寸.

　　2　氣動量儀裝置的測量不確定度分析

　　測量在溫度（20±1）℃條件下進行,以Φ26mm的工件孔徑為例,在氣動量儀上對工件的孔徑作相對測量時,其標準不確定度主要來源于以下幾方面。

　　2·1　氣動量儀示值誤差的標準不確定度分量

　　QFP-5型浮標式氣動量儀,取基本放大倍數10000倍,由產品說明書可知,在基準點內示值誤差為:±0·0008mm,在測量范圍內誤差的分布符合正態分布,覆蓋因子k=3,其標準不確定度分量為:

　　u1=0·0008mm/3=0·00027mm=0·27μm

　　2·2　校對環規誤差的標準不確定度分量

　　校對環規的誤差為:±1μm,上、下限校對環規的誤差為:其誤差分布符合正態分布,覆蓋因子k=3,其標準不確定度分量為:

　　2·3　估讀誤差的標準不確定度分量

　　氣動量儀的刻度值為: 0·5μm,用上、下限校對規校準時估讀誤差為0·07μm,且誤差分布為均勻分布,覆蓋因子k= √3,其標準不確定度分量為:

　　2·4　溫度誤差的標準不確定度分量

　　溫度不穩定產生的誤差呈三角形分布,覆蓋因子取k= √6,則溫度誤差的標準不確定度分量為:

　　2·5　測量力誤差的標準不確定度分量

　　由于是非接觸測量,測量力誤差的標準不確定度分量:u5=0

　　以上各項標準不確定度分量相互獨立,互不相關。

　　3　氣動量儀裝置的合成不確定度

　　4　裝置的擴展不確定度

　　U=k×uc=3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm

　　（置信概率99%,k取3）

　　5　應用

　　對孔徑為Φ26mm的工件進行測量,先用上、下限校對規反復進行調整, （校對規尺寸分別為Φ25·9995mm、Φ26·0090mm）使測量范圍在標尺的線性范圍內,同時滿足測量精度要求。在滿足測量條件下等精度重復測量10次結果如下（單位mm）:

　　擴展不確定度為:U=kuc= 3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm（置信概率99%,k取3）

　　后的測量結果為:D=（26·0030±0·0017）mm（置信概率99%,k取3）

　　可見浮標式氣動量儀進行高精度、大批量工件尺寸測量時,既能很方便應用,又能高精度滿足測量要求。

來源:中國計量測控網