柴玉民 楊曉明 韓 梅

（1.洛陽市質(zhì)量計量檢測中心 河南洛陽471000；2.空軍工程大學(xué) 航空機務(wù)士官學(xué)校 河南信陽464000）

水平尺被廣泛應(yīng)用于土木建筑和普通機器安裝領(lǐng)域，它是以水準(zhǔn)柱中的水準(zhǔn)泡偏離水平刻度（鉛垂刻度、傾斜刻度）來判斷平面是否水平（鉛垂、傾斜）的一種計量器具。為了保證水平尺在制造和使用過程中的質(zhì)量和量值傳遞的精確度，需要對水平尺計量器具進(jìn)行第三方校準(zhǔn)后使用，《JJF 1085-2002水平尺校準(zhǔn)規(guī)范》對水平尺工作面的平面度、線紋示值誤差、水準(zhǔn)泡零位誤差和分度值誤差等作出了校準(zhǔn)規(guī)定，只是給出來具體的校準(zhǔn)項目和要求，并沒有給出具體的校準(zhǔn)裝置。因此開發(fā)一種手動型水平尺快速校準(zhǔn)裝置，實現(xiàn)水平尺分度值誤差的快速、高精度校準(zhǔn)。

1 手動型水平尺校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)組成

手動型水平尺校準(zhǔn)裝置主要由底座、工字型校準(zhǔn)基準(zhǔn)尺、數(shù)顯百分表、升降手輪、頂升機構(gòu)、校準(zhǔn)定位銷和外殼等組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置通過升降手輪來驅(qū)動絲桿升降，進(jìn)而帶動工字型校準(zhǔn)基準(zhǔn)尺對稱地升高、降落幾個標(biāo)準(zhǔn)高度，在每個位置處時讀取水準(zhǔn)氣泡的位置和數(shù)顯百分表讀數(shù)，并將數(shù)顯百分表讀數(shù)值換算成工字型校準(zhǔn)基準(zhǔn)尺的傾斜角度值，最后對比水準(zhǔn)氣泡的讀數(shù)計算出水平尺的水平零位誤差和分度值誤差。

手動型水平尺校準(zhǔn)裝置具有穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、易于維護(hù)特點，符合 GB/T1146-2009《水準(zhǔn)泡》及《JJF1085-2002水平尺校準(zhǔn)規(guī)范》的要求，能對分度值為0.5、1、2、5、10 mm/m，規(guī)格為100～1000 mm水平尺的水平零位誤差和分度值誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。

圖1 手動型水平尺校準(zhǔn)裝置結(jié)構(gòu)圖

2 手動型水平尺校準(zhǔn)裝置測量不確定度的評定

1）校準(zhǔn)工作原理 （依據(jù)JJF 1085-2002）

由數(shù)顯百分表兩次讀數(shù)差值與校準(zhǔn)裝置固定支點和數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離L之比所組成的小角度標(biāo)準(zhǔn)比較，測量水平尺的分度值誤差。

2）數(shù)學(xué)模型

以分度值為10 mm/m的水平尺為例，有：

式中：a為水平尺分度值誤差；a1和a2為數(shù)顯百分表的示值；d為被校水平尺分度值的讀數(shù)值，由測量時對準(zhǔn)分度線首尾兩線而獲得；L為校準(zhǔn)裝置固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間距離，這里為0.5m。

3）方差和靈敏系數(shù)

3 各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的分析計算

3.1 由數(shù)顯百分表引入的不確定度分量u(a)

3.1.1 數(shù)顯百分表的示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(a1)

根據(jù) JJG34-2008《指示表(指針式、數(shù)顯式)》檢定規(guī)程要求：10 mm的數(shù)顯百分表的示值誤差在工作行程（0～10）mm范圍內(nèi)不超過20 μm，按均勻分布處理，故：

3.1.2 數(shù)顯百分表分辨力引入的不確定度分量u(a2)

數(shù)顯百分表的分辨力為 0.01mm，該值在半寬度為0.005mm的區(qū)間內(nèi)均勻分布，故：

3.1.3 兩項合成不確定分量u(a)：

3.2 測量時水平尺的對線誤差引入的不確定度分量u(d)

當(dāng)使用2次對線取平均值時，其對線誤差應(yīng)不大于 1/20分度，該值以等概率落在半寬度為 1/20的區(qū)間，分度值為10 mm/m時：

3.3 由校準(zhǔn)裝置固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離誤差引入的不確定度分量u(L)

設(shè)固定支點到數(shù)顯百分表測桿軸線間的距離L=0.5m；?L為±3mm，?L在半寬度為3mm的區(qū)間以等概率分布，則：

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽，如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

6 校準(zhǔn)測量能力

7 結(jié)語

通過以上分析可知，手動型水平尺校準(zhǔn)裝置分度值誤差測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度滿足小于或等于1/3最大允許誤差的要求。