陶瓷量块用于检定千分尺示值误差的探讨

陶瓷量块用于检定千分尺示值误差的探讨

陶瓷量块经科学实验证明具有耐酸碱和抗高温湿热腐蚀不生锈的能力，使用保养方便，硬度高耐磨，尺寸长期稳定，使用寿命是一般钢质量块3～5倍。

一、测量方法

依据JJG 146-2011量块检定规程

二、环境条件

温度（20±0.6）℃

三、测量标准

5.12 mm～100mm，3等钢质量块，标准量块的不确定度不大于0.10μm+1×10-6ln，包含因子k=2.7。

四、测量对象

5.12mm～100mm陶瓷量块

五、测量过程

陶瓷量块的中心长度是以相同标称尺寸的3等量块作标准，在电感测微仪上用比较方法测量。

六、中心长度测量结果的不确定度

1.数学模型：量块中心长度表达式用电感测微仪测量量块长度时，被测陶瓷量块长度可表示为：l=l_s+d-l_s-a△t-l_s△a(t-20)-δ_s(△p_s)+δ(△p)

式中：t，a，l——被检陶瓷量块的温度，线膨胀系数和在20℃时的中心长度，下标有“s”为对应标准量块的值(Δt=t一t_s，△a=a-a_s)

d——电感测微仪示值；

δ_s （△p_s）、δ（△P）——测点偏离标准和被测量块中心所产生的误差，其大小与对中心的偏移量△p有关。

2.合成不确定度表示式

由于量块中心长度的测量不确定度主要来源于ls ，d，t，△a，△t，as，△P等影响量，除d可通过实测按A类计算外，其余不确定分量视为B类不确定度，并且相互间基本上独立无关。

合成标准不确定度表达式为：

3.灵敏系数

对式中各影响量求偏导数，可得对应于各影响量的灵敏系数：

式中：hs，h——标准和被测量块的长度变动量。

因此，被测长度l的合成标准不确定度uc

4.各影响量的标准不确定度及对应的不确定度分量

由于不确定度与量块长度有关，现以100mm量块为例来讨论。

（1）标准量块的中心长度l_s

3等量块的测量不确定度，包含因子按k=2.7计算，则标准不确定度于是对应的不确定度分量为：

（2）电感测微仪示值d的不确度来源于仪器的不稳定性。

（3）标准量块的线膨胀系数a

规程规定钢质量块的线膨胀系数应在范围内，现假定其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度。

（4）标准量块和被测量块的温度差Δt

检定陶瓷量块时温度最大差Δt以±0.1℃范围内估计。假定其在该范围内等概率分布，可得其标准不确定度。

（5）标准量块和陶瓷量块的线膨胀系数差Δa

规程规定钢质量块的线膨胀系数应在范围内，查阅了陶瓷量块说明书和有关资料，陶瓷量块的线膨胀系数在范围内等概率分布，则标准量块和陶瓷量块线膨胀系数之差Δa应在范围内服从三角分布，因此其标准不确定度

测量时陶瓷量块温度对标准温度20℃偏差不超过0.6℃，于是对应的不确定度分量为

（6）被测量块的温度t

量块比较测量时，一般认为温度t等于20℃，因此t与20℃的差就是t的不确定度范围，若此t在（20±0.6）℃范围内等概率分布，则得其标准不确定度。

由于线膨胀系数差Δa在范围内服从三角分布，Δa的绝对值取其最大值的一半估算，即等于，于是对应的不确定度分量为。

（7）标准量块测点位置Δps

同样估计测点位置在量块中心附近1mm区域内等概率分布，假定测量时每一量块测量两次取平均值，因此其标准不确定度，3等量块的长度变动量允许值是0.20μm，于是对应的不确定度分量为：

（8）被测量块测点位置Δp

估计测点位置在量块中心附近1mm区域内等概率分布，假定测量时每一量块测量两次取平均值，因此其标准不确定度。

通过以上分析，显然5.12mm～100mm（20块） 陶瓷量块中心长度测量结果的不确定度，达到JJG146 -2011量块检定规程5等量块不确定度的要求，所以陶瓷量块可以用来检定外径、臂厚、板厚千分尺的示值误差。