论文部分内容阅读
【摘要】 本文主要依据JJG 146-2011《量块检定规程》，论证针对100 mm以下特殊尺寸量块（即没有相应尺寸的标准量块）的不确定度评定，以及测量前如何正确选择标准量块组的等别。
【关键词】 特殊尺寸量块;测量;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.009
Evaluation of Measurement Uncertainty for Special Size Gage Blocks
HAN Qiao-chu
（Liaoning Provincial Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）
Abstract： This thesis shows the demonstration of measurement uncertainty for special size gage blocks（which means there is no corresponding size standard gage blocks）up to 100mm based JJG 146-2011 Gage Block. And how to select the class grade of standard gage blocks before measurement.
Key words： special size gage block;measurement;uncertainty
1 概述
量块是一种横截面为矩形且具有一对互相平行测量面的实物量具，一般采用耐磨材料制造，属于一种端面长度标准。伴随市场需求日益多样化，精密机械制造业和加工行业对特殊尺寸量块的需求不断增加，量块生产商开始根据用户的要求接受特殊尺寸的量块定制。为了完成特殊尺寸量块的溯源工作，需要将少量量块通过研合的方式来组合使用。本文依据JJG 146-2011《量块检定规程》，以100 mm以下特殊尺寸量块中51.8 mm的4等量块为例，从83块组的2等量块中选取50 mm、1.8 mm两块量块相互研合后，在电脑量块比较仪上用比较法进行测量。
2 建立测量模型
2.1 被测量块中心长度表示式
用电脑量块比较仪测量量块长度时，被测量块长度可表示为：
3.3 标准量块的线胀系数[α]
根据规程钢质量块的线胀系数应在（11.5±1）×[10-6] ℃-1范围内，假定其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度[u（α）=1/3=0.577×10-6] ℃-1。检定4等量块时按照温度最大差0.4 ℃计算。于是对应的不确定度分量为：
3.4 标准量块和被测量块的温度差[Δt]
假定检定4等量块时温度差[Δt]在±0.04 ℃范围内等概率分布，可得其标准不确定度为：
3.6 被测量块的温度t
在比较测量时一般认为被测量块温度t等于20 ℃。因此t与20 ℃的差就是t的不确定度范围。若t在（20±0.4） ℃范围内等概率分布，则得其标准不确定度[u（t）=0.4/3=0.231] ℃。由于线膨胀系数差[Δα]在±2×10-6 ℃-1范围内服从三角分布。取[Δα]的绝对值最大值的一半估算，即等于1×10-6 ℃-1。于是对应的不确定度分量为：
3.7 标准量块测点位置[ΔPs]
估计标准量块测点位置等概率分布在量块中心附近l mm区域内，且取每一量块测量两次的平均值。则其标准不确定度[u（ΔPS）=1/6=0.408] mm。根据规程，2等量块长度的变动量允许值为180 nm。于是对应的不确定度分量为：
3.8 被测量块测点位置[ΔP]
按照标准量块测点位置不确定度的计算方法，计算被测量块测点位置的不确定度，可得[u（ΔP）=1/6=0.408] mm。根据规程，4等量块长度的变动量允许值为350 nm。对应的不确定度分量为：
3.9 研合层厚度[δ（lw）]
根据经验，研合层厚度一般在±10 nm范围内变化且在此范围内等概率分布，则其标准不确定度为：
则对应的不确定度分量为：
[u9=c9u（δ（lw））=5.77 nm]
4 合成标准不确定度
被测长度[l]的合成标准不确定度[uc（l）]可表示为：
6 结论
综上分析可知，L=51.8 mm时，测量不确定度为215 nm。量块检定规程中规定当[50 mm<L≤75 mm]时，3等量块的测量不确定度为180 nm，4等量块的测量不确定度为350 nm。由此可以推断，被测量块为4等且需要通过研合标准量塊进行检定时，应选取2等标准量块。如果被测量块为5等，则应选取3等标准量块。
【参考文献】
[1] 黄敏.非常规尺寸量块检定时标准量块的选择及测量不确定度的评定[J].计量与测试技术，2012（8）：69-70.
[2] 量块检定规程：JJG 146-2011[S].
【作者简介】
韩翘楚（1989-），女，工程师，硕士，研究方向为长度计量。
【关键词】 特殊尺寸量块;测量;不确定度
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.03.009
Evaluation of Measurement Uncertainty for Special Size Gage Blocks
HAN Qiao-chu
（Liaoning Provincial Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）
Abstract： This thesis shows the demonstration of measurement uncertainty for special size gage blocks（which means there is no corresponding size standard gage blocks）up to 100mm based JJG 146-2011 Gage Block. And how to select the class grade of standard gage blocks before measurement.
Key words： special size gage block;measurement;uncertainty
1 概述
量块是一种横截面为矩形且具有一对互相平行测量面的实物量具，一般采用耐磨材料制造，属于一种端面长度标准。伴随市场需求日益多样化，精密机械制造业和加工行业对特殊尺寸量块的需求不断增加，量块生产商开始根据用户的要求接受特殊尺寸的量块定制。为了完成特殊尺寸量块的溯源工作，需要将少量量块通过研合的方式来组合使用。本文依据JJG 146-2011《量块检定规程》，以100 mm以下特殊尺寸量块中51.8 mm的4等量块为例，从83块组的2等量块中选取50 mm、1.8 mm两块量块相互研合后，在电脑量块比较仪上用比较法进行测量。
2 建立测量模型
2.1 被测量块中心长度表示式
用电脑量块比较仪测量量块长度时，被测量块长度可表示为：
3.3 标准量块的线胀系数[α]
根据规程钢质量块的线胀系数应在（11.5±1）×[10-6] ℃-1范围内，假定其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度[u（α）=1/3=0.577×10-6] ℃-1。检定4等量块时按照温度最大差0.4 ℃计算。于是对应的不确定度分量为：
3.4 标准量块和被测量块的温度差[Δt]
假定检定4等量块时温度差[Δt]在±0.04 ℃范围内等概率分布，可得其标准不确定度为：
3.6 被测量块的温度t
在比较测量时一般认为被测量块温度t等于20 ℃。因此t与20 ℃的差就是t的不确定度范围。若t在（20±0.4） ℃范围内等概率分布，则得其标准不确定度[u（t）=0.4/3=0.231] ℃。由于线膨胀系数差[Δα]在±2×10-6 ℃-1范围内服从三角分布。取[Δα]的绝对值最大值的一半估算，即等于1×10-6 ℃-1。于是对应的不确定度分量为：
3.7 标准量块测点位置[ΔPs]
估计标准量块测点位置等概率分布在量块中心附近l mm区域内，且取每一量块测量两次的平均值。则其标准不确定度[u（ΔPS）=1/6=0.408] mm。根据规程，2等量块长度的变动量允许值为180 nm。于是对应的不确定度分量为：
3.8 被测量块测点位置[ΔP]
按照标准量块测点位置不确定度的计算方法，计算被测量块测点位置的不确定度，可得[u（ΔP）=1/6=0.408] mm。根据规程，4等量块长度的变动量允许值为350 nm。对应的不确定度分量为：
3.9 研合层厚度[δ（lw）]
根据经验，研合层厚度一般在±10 nm范围内变化且在此范围内等概率分布，则其标准不确定度为：
则对应的不确定度分量为：
[u9=c9u（δ（lw））=5.77 nm]
4 合成标准不确定度
被测长度[l]的合成标准不确定度[uc（l）]可表示为：
6 结论
综上分析可知，L=51.8 mm时，测量不确定度为215 nm。量块检定规程中规定当[50 mm<L≤75 mm]时，3等量块的测量不确定度为180 nm，4等量块的测量不确定度为350 nm。由此可以推断，被测量块为4等且需要通过研合标准量塊进行检定时，应选取2等标准量块。如果被测量块为5等，则应选取3等标准量块。
【参考文献】
[1] 黄敏.非常规尺寸量块检定时标准量块的选择及测量不确定度的评定[J].计量与测试技术，2012（8）：69-70.
[2] 量块检定规程：JJG 146-2011[S].
【作者简介】
韩翘楚（1989-），女，工程师，硕士，研究方向为长度计量。