浮标式气动量仪的测量不确定度分析

[摘　要]分析浮标式气动量仪的误差来源,计算出装置的测量不确定度,并分析用气动量仪测量工作内孔径的测量不确定度并给出测量结果。

　　浮标式气动量仪实质上是把被测量的尺寸变化转换为相应的空气流量变化的一种测量仪器,当压缩空气通过锥度玻璃管时,流量的变化就使得浮在玻璃管内的浮标位置作相应的变化,于是从刻度尺上浮标位置的变化量就可以直接读出被测量尺寸的变化。

　　1　量仪的测量原理

　　通过孔径为d的喷嘴端面与被测量表面的间隙（如图1）的空气流量q与圆柱侧面积πdS成函数关系:q=f（πdS）

　　当喷嘴孔径d固定不变时,流量q仅与间隙成函数关系:q=f（S）间隙S的变化即意味着被测量尺寸的变化,如图,当被测量尺寸H减少时,间隙S增加,流量q随之增加,浮标位置上升;反之,则浮标位置下降,这样就可以由浮标和刻度尺直接读出被测尺寸.

　　2　气动量仪装置的测量不确定度分析

　　测量在温度（20±1）℃条件下进行,以Φ26mm的工件孔径为例,在气动量仪上对工件的孔径作相对测量时,其标准不确定度主要来源于以下几方面。

　　2·1　气动量仪示值误差的标准不确定度分量

　　QFP-5型浮标式气动量仪,取基本放大倍数10000倍,由产品说明书可知,在基准点内示值误差为:±0·0008mm,在测量范围内误差的分布符合正态分布,覆盖因子k=3,其标准不确定度分量为:

　　u1=0·0008mm/3=0·00027mm=0·27μm

　　2·2　校对环规误差的标准不确定度分量

　　校对环规的误差为:±1μm,上、下限校对环规的误差为:其误差分布符合正态分布,覆盖因子k=3,其标准不确定度分量为:

　　2·3　估读误差的标准不确定度分量

　　气动量仪的刻度值为: 0·5μm,用上、下限校对规校准时估读误差为0·07μm,且误差分布为均匀分布,覆盖因子k= √3,其标准不确定度分量为:

　　2·4　温度误差的标准不确定度分量

　　温度不稳定产生的误差呈三角形分布,覆盖因子取k= √6,则温度误差的标准不确定度分量为:

　　2·5　测量力误差的标准不确定度分量

　　由于是非接触测量,测量力误差的标准不确定度分量:u5=0

　　以上各项标准不确定度分量相互独立,互不相关。

　　3　气动量仪装置的合成不确定度

　　4　装置的扩展不确定度

　　U=k×uc=3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm

　　（置信概率99%,k取3）

　　5　应用

　　对孔径为Φ26mm的工件进行测量,先用上、下限校对规反复进行调整, （校对规尺寸分别为Φ25·9995mm、Φ26·0090mm）使测量范围在标尺的线性范围内,同时满足测量精度要求。在满足测量条件下等精度重复测量10次结果如下（单位mm）:

　　扩展不确定度为:U=kuc= 3×0·56μm=1·68μm≈1·7μm（置信概率99%,k取3）

　　后的测量结果为:D=（26·0030±0·0017）mm（置信概率99%,k取3）

　　可见浮标式气动量仪进行高精度、大批量工件尺寸测量时,既能很方便应用,又能高精度满足测量要求。

来源:中国计量测控网