案例分析题

某校准实验室计划开展光栅式测微仪的校准工作。经检索,发现现行有效的国家计量检定规程中规定的检定项目包括:外观、各部分相互作用、抗干扰性、测力、测杆受径向力引起的示值变化、重复性、示值误差和漂移。其中示值误差的最大允许误差见表5-1。
表5-1检定规程中规定的不同等级光栅式测微仪的示值最大允许误差

准确度等级 示值最大允许误差
1级 ±(0.4μm+4×10-6L)
2级  ±(0.8μm+8×10-6L)
3级 ±(1.5μm+1×10-5L)
4级 ±(3μm+2×10-5L)
5级 ±(5μm+4×10-5L)

注:L——测量长度。
该实验室参照检定规程起草了校准规范,仅保留示值误差作为校准项目。计划开展校准的范围为0~100mm,采用三等量块作为标准器,校准的环境温度条件规定为20℃±2℃,量块和被校仪器的温度随环境温度变化。量块温度测量的不确定度为U(T)=0.5℃,k=2。光栅式测微仪的分辨力为0.1μm。
已知:光栅式测微仪的热膨胀系数为0;
量块的热膨胀系数α=(11.5±1)×10-6-1
三等量块的不确定度为U=0.1μm+1×10-6L,k=2。
仪器校准时,热膨胀补偿量△Lα=αL△T
式中,L──量块长度;
△T——量块温度对20℃的偏离值,是一个服从反正弦分布的随机变量,℃;
α——量块的热膨胀系数,℃-1
该实验室评定温度引入计量标准的不确定度分量见表5-2。
表5-2温度引入计量标准的不确定度分量

不确定度来源 符号 区间半宽度 概率分布 包含因子 灵敏系数 不确定度分量
量块温度测量 ut1 0. 5℃ / 2 αL  
量块温度变化范围 ut2 2℃ 反正弦   u(α)L  

u(α)——膨胀系数α的标准不确定度

问答题

国家计量检定规程中规定检定测杆受径向力引起的示值变化、 重复性和漂移项目由上面作用?

【正确答案】

检查计量性能是否合格。

【答案解析】
问答题

哪些检定项目可以转化为校准项目?什么理由。

【正确答案】

检定规程中的“计量性能要求”项目可以转化为校准项目。计量性能是计量器具进行测量所具备的能力。计量性能通过计量特性进行定量评价。一般情况下,校准项目应限于被校准仪器的“计量特性”相关项目,而仪器的计量特性包括示值误差、稳定性、重复性、灵敏度、分辨力、阶跃响应时间、漂移等。

【答案解析】
问答题

进行L=100mm的示值误差校准时, 利用表5-2评估量块温度引入的标准不确定度。。相关数据和计算结果填入表格中。

【正确答案】

热膨胀系数α的半宽度是1×10-6-1(量块的膨胀系数是(11.5±1)×10-6-1),按均匀分布,取
α=11.5×10-6-1,L=100mm。
αL=(11.5×10-6-1) ×100×103μm=1.15℃-1μm。
u(α)L=0.58×10-6-1×100×103μm=5.8℃-1μm。
量块温度测量的不确定度分量ut1=0.5℃/2=0.25℃。
反正弦分布包含因子k=,量块温度变化的不确定度分量ut2=2℃/=1.414℃。
根据题意

不确定度来源 符号 区间半宽度 概率分布 包含因子 灵敏系数 不确定度分量
量块温度测量 ut1 0. 5℃ / 2 αL 0.25℃
量块温度变化范围 ut2 2℃ 反正弦 u(α)L 1.414℃
【答案解析】
问答题

标称值为100mm的三等量块引入的标准不确定度分量ug是多少?

【正确答案】

ug=(0.1+1×10-6 ×100×103)/2=0.1μm。

【答案解析】
问答题

如果仅考虑量块温度和量块参考值的不确定度, 计算L=100mm时计量标准的不确定度Us。(k=2)

【正确答案】

由量块温度引起的标准不确定utc=1.44℃,灵敏系数 c1=αL=1.15℃-1·μm 。由量块参考值引入的不确定度ug=0.1 μm ,灵敏系数c2=1 。

【答案解析】
问答题

按照校准测量能力应优于最大允许误差绝对值1/3的原则, 该实验室可以对表5-1中哪些等级的测微仪开展校准?说明理由。

【正确答案】

判断是否可以开展该准确度等级的测微仪,只需判断1/3乘以最大允许误差的绝对值是否大于等于计量标准的扩展不确定度值Us(3.32μm)。如果是则可以开展,如果不是则不可以开展。对于同一个准确度等级的测微仪,只要 L=100mm 满足,其他被测点都能满足,故只需验证 L=100mm 时是否满足。

【答案解析】