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(yi) 的誤差來源,計算出裝置的測量不確定度,並分析用氣動量儀(yi) 測量工作內(nei) 孔徑的測量不確定度並給出測量結果。

　　浮標式氣動量儀(yi) 實質上是把被測量的尺寸變化轉換為(wei) 相應的空氣流量變化的一種測量儀(yi) 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(nei) 的浮標位置作相應的變化,於(yu) 是從(cong) 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(yi) 的測量原理

　　通過孔徑為(wei) d的噴嘴端麵與(yu) 被測量表麵的間隙（如圖1）的空氣流量q與(yu) 圓柱側(ce) 麵積πdS成函數關(guan) 係:q=f（πdS）

　　當噴嘴孔徑d固定不變時,流量q僅(jin) 與(yu) 間隙成函數關(guan) 係: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(yi) 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(wei) 例,在氣動量儀(yi) 上對工件的孔徑作相對測量時,其標準不確定度主要來源於(yu) 以下幾方麵。

　　2·1　氣動量儀(yi) 示值誤差的標準不確定度分量

　　QFP-5型浮標式氣動量儀(yi) ,取基本放大倍數10000倍,由產(chan) 品說明書(shu) 可知,在基準點內(nei) 示值誤差為(wei) :±0·0008mm,在測量範圍內(nei) 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(wei) :

　　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(wei) :±1μm,上、下限校對環規的誤差為(wei) :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(wei) :

　　2·3　估讀誤差的標準不確定度分量

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

　　2·4　溫度誤差的標準不確定度分量

　　溫度不穩定產(chan) 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(wei) :

　　2·5　測量力誤差的標準不確定度分量

　　由於(yu) 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(guan) 。

　　3　氣動量儀(yi) 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(wei) Φ26mm的工件進行測量,先用上、下限校對規反複進行調整, （校對規尺寸分別為(wei) Φ25·9995mm、Φ26·0090mm）使測量範圍在標尺的線性範圍內(nei) ,同時滿足測量精度要求。在滿足測量條件下等精度重複測量10次結果如下（單位mm）:

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

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

　　可見浮標式氣動量儀(yi) 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