于江，陳勇

（1.中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東深圳518000；2.中廣核研究院有限公司，廣東深圳518000）

電感測微儀計量建標(biāo)方案分析

于江1，陳勇2

（1.中廣核核電運(yùn)營有限公司，廣東深圳518000；2.中廣核研究院有限公司，廣東深圳518000）

依據(jù)計量標(biāo)準(zhǔn)考核的要求，通過對計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理，不確定度的評定及進(jìn)行重復(fù)性、穩(wěn)定性指標(biāo)和不確定度的驗證考核，建立電感測微儀校準(zhǔn)裝置符合量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)器組

電感傳感器；電感測微儀；計量建標(biāo)

1 建立計量標(biāo)準(zhǔn)的目的

測量技術(shù)是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，工業(yè)的發(fā)展與測量息息相關(guān)；測量已經(jīng)成為不可缺少的重要部分。為了合法開展微小幾何量的檢定或校準(zhǔn)工作。保證計量的準(zhǔn)確可靠性需建立工程測量標(biāo)準(zhǔn)裝置[1，2]。

2 計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理及組成

電感測微儀是一種測量微小位移量的高準(zhǔn)確度測量儀器，它由電感傳感器（軸向和旁向）將被測尺寸轉(zhuǎn)換成電信號，并由數(shù)字、指針或光柱將被測尺寸顯示出來。電感測微儀按顯示器的不同分為數(shù)顯式、指針式和電子柱式三種型式。

電感測微儀工作原理：電感測微儀的硬件電路主要包括電感式傳感器、正弦波振蕩器、放大器、相敏檢波器及單片機(jī)系統(tǒng)。正弦波振蕩器為電感式傳感器和相敏檢波器提供了頻率和幅值穩(wěn)定的激勵電壓，正弦波振蕩器輸出的信號加到測量頭中由線圈和電位器組成的電感橋路上。工件的微小位移經(jīng)電感式傳感器的測頭帶動兩線圈內(nèi)銜鐵移動，使兩線圈內(nèi)的電感量發(fā)生相對的變化。當(dāng)銜鐵處于兩線圈的中間位置時，兩線圈的電感量相等，電橋平衡。當(dāng)測頭帶動銜鐵上下移動時，若上線圈的電感量增加，下線圈的電感量則減少；若上線圈的電感量減少，下線圈的電感量則增加。交流阻抗相應(yīng)地變化，電橋失去平衡從而輸出了一個幅值與位移成正比，頻率與振蕩器頻率相同，相位與位移方向相對應(yīng)的調(diào)制信號。此信號經(jīng)放大，由相敏檢波器鑒出極性，得到一個與銜鐵位移相對應(yīng)的直流電壓信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器輸入到單片機(jī)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理進(jìn)行顯示、傳輸、超差報警、統(tǒng)計分析等[4]。

3 計量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備

計量標(biāo)準(zhǔn)器及配套設(shè)備的配置應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準(zhǔn)工作的需要。計量特性必須符合相應(yīng)計量檢定規(guī)程或技術(shù)規(guī)范的規(guī)定[4]。標(biāo)準(zhǔn)配置如表1.

表1 計量標(biāo)準(zhǔn)器及主要配套設(shè)備

4 計量標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)指標(biāo)

（1）量塊：

1）測量范圍：（0.994～2）mm

2）準(zhǔn)確等級：二等

（2）量塊：

1）測量范圍：（0.5～100）mm

2）準(zhǔn)確等級：三等

（3）數(shù)顯量儀測力儀

1）測量范圍：（0-15）N

2）最大允差：±0.15N

5 環(huán)境條件

環(huán)境條件及設(shè)施應(yīng)當(dāng)滿足開展檢定或校準(zhǔn)工作的要求，并按要求對環(huán)境條件進(jìn)行有效監(jiān)測和控制；按JJF1331-2011《電感測微儀校準(zhǔn)規(guī)范》6.1要求[4]：校準(zhǔn)室溫度應(yīng)在（20±1）℃，溫度變化不大于0.5℃/h，相對濕度不大于80%.

因此本項目環(huán)境條件要求與實際情況如表2.

表2 環(huán)境條件

6 計量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》4.1.2計量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性要求：為了保證計量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性，計量標(biāo)準(zhǔn)的量值應(yīng)當(dāng)定期溯源至國家計量基準(zhǔn)或社會公用計量標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)不能采用檢定或校準(zhǔn)方式溯源時，應(yīng)當(dāng)通過比對的方式，確保計量標(biāo)準(zhǔn)量值的一致性[1]。量值溯源和傳遞框圖如圖1.

圖1 計量標(biāo)準(zhǔn)的量值溯源和傳遞框圖

7 計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性試驗

選一個電感測微儀型號規(guī)格為DTM-EA編號為1405004，在室溫20.5℃，濕度60%RH的條件下對分度值0.2 μm檔位+2μm的校準(zhǔn)點進(jìn)行10次重復(fù)測量，結(jié)果如表3.

表3 測量重復(fù)性數(shù)據(jù)/μm

標(biāo)準(zhǔn)的測量重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)偏差為s（y）=0.0 μm，小于測量不確定度評定中重復(fù)性測量不確定度數(shù)據(jù)。所以本次計量標(biāo)準(zhǔn)的測量重復(fù)性考核合格

8 計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性試驗

穩(wěn)定性考核結(jié)果如表4.

表4 計量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性考核測量結(jié)果/μm

（續(xù)下圖）

（續(xù)上圖）

表4 計量標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)定性考核測量結(jié)果/μm

9 校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定

9.1 電感測微儀示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定

9.1.1 測量方法

以2等量塊校準(zhǔn)電感測微儀為例，測量方法采用直接測量法和量塊配對法。

直接法校準(zhǔn)：

校準(zhǔn)時，先用所選的最小尺寸量塊對準(zhǔn)零位，用其它各尺寸的量塊按正向依次校準(zhǔn)示值誤差。再以最大尺寸量塊對準(zhǔn)零位，用其它各尺寸的量塊按負(fù)向依次校準(zhǔn)示值誤差，各受校點的示值誤差/μm按（1）式求得。

配對法校準(zhǔn)：

校準(zhǔn)時，每一受校點應(yīng)選用尺寸相互有聯(lián)系的量塊進(jìn)行配對校準(zhǔn)。用第一塊量塊對準(zhǔn)零位，第二塊量塊檢定受校點的示值誤差；再以第二塊量塊對準(zhǔn)零位，第三塊量塊校準(zhǔn)該受校點的示值誤差，依次類推，直至所需配對量塊的最后一塊量塊。校準(zhǔn)正向示值時，量塊尺寸按遞增方式進(jìn)行，校準(zhǔn)負(fù)向示值時，量塊尺寸按遞減方式進(jìn)行。

9.1.2 測量模型

式中：δi為各受校點的示值誤差μm；ri為電感測微儀上讀得的示值μm；Li為受校點上所用量塊的實際尺寸μm；L0為對零用量塊的實際尺寸μm.

9.1.3 不確定度的評定

（1）測量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

1）輸入量ri的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ri）的評定

輸入量ri的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來源主要是測量重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（ri），可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進(jìn)行評定。

對一臺分度值為0.1 μm的電感測微儀，用配對法檢+1 μm點。先用1mm量塊對零，用1.001 mm量塊檢＋1 μm點，記錄數(shù)據(jù)。用1.001 mm量塊對零，用1.002 mm量塊檢+1 μm點，記錄數(shù)據(jù)。用1.002 mm量塊對零，用1.003 mm量塊檢+1 μm點，記錄數(shù)據(jù)。然后，將3次所記錄數(shù)據(jù)求和，得出。重復(fù)上述方法，連續(xù)測量10次，測量數(shù)據(jù)分別為2.92，2.90，2.93，2.92，2.93，2.89，2.91，2.92，2.92，2.89（μm），rˉ=2.911 μm，通過貝塞爾公式計算得：

由于實際測量是以單次測量結(jié)果作為校準(zhǔn)結(jié)果，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1為：

u1=u（ri）=S=0.015 μm

2）輸入量Li的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Li）的評定

因為2等量塊（小于10 mm）的擴(kuò)展不確定度U =0.06 μm，包含因子k=3，所以2等量塊Li的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3）輸入量L0的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（L0）的評定評定方法與（2）相同，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

4）靈敏系數(shù)

（2）合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

各分量之間彼此獨(dú)立，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

（3）擴(kuò)展不確定度的評定

取k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

10 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證

計量標(biāo)準(zhǔn)不確定度經(jīng)評定后，對得到的擴(kuò)展不確定度U要經(jīng)過驗證。選擇比較法進(jìn)行驗證。用被考核的計量標(biāo)準(zhǔn)測量一穩(wěn)定的被測對象（電感測微儀，編號為1405004），然后將該被測對象用另一更高級的計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量。若用被考核計量標(biāo)準(zhǔn)和高一級計量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量時的擴(kuò)展不確定度（k=2時的U），它們的測量結(jié)果分別為Y1和Y2，在兩者的包含因子近似相等的前提下應(yīng)滿足

在受檢點為分度值0.2μm檔位下+2μm的示值誤差中比較結(jié)果見表5

表5 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證表/μm

11 結(jié)束語

依據(jù)《JJF1033-2008計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》的要求，通過對本計量標(biāo)準(zhǔn)的工作原理，不確定度的評定及進(jìn)行重復(fù)性、穩(wěn)定性指標(biāo)和不確定度的驗證考核，從技術(shù)的角度考慮，該計量標(biāo)準(zhǔn)器具可以依據(jù)JJF1331-2011《電感測微儀校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，能夠開展相應(yīng)儀器的檢定工作[1，4]。

[1]JJF1033-2008計量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范[S]，北京：中國計量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用計量術(shù)語及定義[S]，北京：中國計量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S]，北京：中國計量出版社，2012.

[4]JJF1331-2011電感測微儀校準(zhǔn)規(guī)范[S]，北京：中國計量出版社，2011.

Analysis of Inductance Micrometer Calibration Standard Solution

YU Jiang1，CHEN Yong2
（1.China Nuclear Power Operations Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China；2.China Nuclear Power Technology Research Institute Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement standard device for inductive micrometer through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

inductance sensor；inductance micrometer；metrology standard

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0291-04

2017-02-28

于江（1969-），男，河北棗強(qiáng)人，學(xué)士，工程師，從事儀器儀表驗證、維修、管理工作；陳勇（1969-），男，四川廣安人，學(xué)士，工程師，從事儀器儀表驗證、管理工作。