螺纹环规中径测量不确定度评定

圆柱螺纹量规中径的测量不确定度评定摘要：本文通过螺纹综合测量机利用二维轮廓扫描法对圆柱螺纹量规的中径进行测量，分析主要测量不确定度来源。

对中径测量的不确定度进行评定。

关键词：螺纹综合测量机；圆柱螺纹量规；测量不确定度0引言螺纹综合测量机可通过测头沿被测螺纹轴向剖面轮廓进行二维接触扫描，获取被测螺纹轴向剖面轮廓的二维坐标信息，由计算软件算出各被测螺纹参数的测量结果。

相比其他测量方法，该方法测量速度快，结果可靠，操作方便。

本文通过螺纹综合测量机利用二维轮廓扫描法对圆柱螺纹量规的中径进行测量，分析主要测量不确定度来源，并对中径测量的不确定度进行评定。

1概述1.1测量依据JJF 1345《圆柱螺纹量规校准规范》1.2环境条件环境温度：温度：(20±0.5)℃；相对湿度：≤60%RH。

1.3标准器中图SJ5200型螺纹综合测量机：MPE=±（3.0﹢L/200）μm1.4被测对象圆柱螺纹环规：M3-6g;M14-6g;M30×2-6h T;M50×2-6g; M80×2-6g;M120×3-6g圆柱螺纹塞规：M2-6H；M14-6H；M42×3-6H;M75×4-6H;M140×4-6H2 测量模型及不确定度传播率2.1测量模型d2(D2)=Y(1)式中：d2(D2)——被测螺纹量规中径（螺纹塞规用d2表示，螺纹环规用D2表示），mm;Y——螺纹综合测量机测得值，mm。

2.2不确定度传播率u c2=c2（Y）×u2（Y）式中，灵敏系数c:c=∂δi/∂Y=13 测量不确定度来源（1）测量重复性引入的不确定度u1（2）仪器分辨力引入的不确定度u2（3）螺纹综合测量机引入的不确定度u3（4）螺纹量规和测针的线膨胀系数差引入的不确定度u4（5）螺纹量规和测针的温度差引入的不确定度u5（6）由于Z轴导轨的摆动引入的不确定度分量u64 标准不确定度评定4.1测量重复性引入的不确定度分量u1在螺纹综合测量机测量范围内，选取不同规格圆柱螺纹塞规和环规并使用对应的规格的夹具进行测量重复性不确定度评定。

标准环规内径尺寸测量不确定度的评定1概述1.1校准方法：依据JJG894-95《标准环规检定规程》，在万能测长仪上用三等量块作为参考标准与标准环规相比较的方法来测量环规内径尺寸。

1.2校准环境条件：温度（20±1）℃,湿度≤65%以被测直径为50mm 的环规为例，分析测量结果不确定度。

2数学模型D=Ds+a- Ds(α△t-αs△ts) (1)式中：D—被测环规的内径尺寸,mm；Ds—三等量块的实际尺寸,mm；a—测长仪测得三等量块与环规的差值,mm；αs,α—三等量块，被测环规的线膨胀系数；△ts, △t—三等量块，被测环规的温度对参考温度20℃的偏差设被测环规与三等量块的温度差为δ，线线膨胀系数之差为δα，则式(1)变换为D=Ds+a- Ds(δα△t+αsδt)温度差δt和线膨胀系数差δα估计为零，但它们的不确定度非零。

δα与αs，δt与△t认为无关。

以上各输入量彼此独立。

3.标准不确定度分量评定3.1三等量块引入的标准不确定度u (Ds)三等量块中心长度测量不确定度为U=（0.1+1L）μm，服从正态分布,取k=2.58，则u (Ds)=0.15/2.58=0.06μm3.2万能测长仪测量三等量块与标准环规差值引入的标准不确定度u (a)(1)测长仪示值误差引入的标准不确定度u (a1)万能测长仪的最大允许误差MPE：±（1+L/100）μm, 服从正态分布,取k=2.58，则u (a1)= 1/2.58=0.387μm(2)量化误差(如果是光学读数的，应该改为对线误差)引入的标准不确定度u (a2)测长仪分辨率为0.1μm，故量化误差服从半宽为0.05μm的均匀分布，该项要影响两次，则u (a2)=2×0.05/3=0.041μm(3)测量重复性引入的标准不确定度u (a3)实验标准差s是在重复性条件下用标准环规与被测环规重复比较测量10次求出的，s=0.1μm,实际测量中测量1次，则u (a3)=s=0.1μm（4）环规几何形状影响的标准不确定度u (a4)测得该环规的圆度为0.3μm，直径变动量为0.3μm，服从均匀分布，则u (a4)=0.424/3=0.245μm由以上四项合成，得出u2 (a)= u2 (a1)+ u2(a2)+ u2(a3)+ u2 (a4)=0.3872+0.0412+0.12+0.2452=0.221μm2u (a)=0.47μm3.3被测环规与三等量块线膨胀系数引入的标准不确定度u (δα)三等量块与被测环规线膨胀系数均为（11.5±1）×10-6℃-1，考虑到测量与20℃之差可能为正也可能为负，两者的线膨胀系数差在半宽为2×10-6℃-1的区间均匀分布，则u (δα)= 2×10-6℃-1/3×0.5℃×0.05=0.03μm3.4被测环规与三等量块温度差引入的标准不确定度u (δt)由于测量前已充分等温，被测环规与三等量块温度差估计不超过±0.5℃，温度差服从半宽为0.5℃的均匀分布，则u (δt)=0.5/3×0.05×11.5×10-6℃-1=0.17μm4.标准不确定度汇总4.合成标准不确定度u2(D) = u2 (Ds)+ u2 (a)+ u2(δα)+ u2(δt)=0.062+0.472+0.032+0.172=0.262μm2u (D) =0.50μm5.扩展不确定度取置信因子k=2，U=k×u (D)=2×0.50=1.0μm大连市计量检定测试所吴小丰。

D2型螺纹量规通端中径测量不确定度评定摘要：本文旨在考察D2型螺纹量规通端中径测量不确定度的评定。

我们采用基于物理关系的仿真方法，分析了D2型螺纹量规通端中径的不确定度，我们进一步利用国家标准来分析不确定度的影响因素以及量规尺用途，总结出其不确定度的评定方法。

关键词：D2型螺纹；中径测量；不确定度；评定正文：1. 介绍：D2型螺纹量规通端中径是常用的测量方法，为了精确、准确的测量中径，D2型螺纹量规需要考虑测量不确定度的评定。

2. 方法：我们利用基于物理关系的仿真方法分析D2型螺纹量规通竲中径的不确定度，并进一步利用国家标准来分析不确定度的影响因素以及量规尺的使用情况，得出结论。

3. 结果：我们经过研究发现，在D2型螺纹量规中径测量当中，量规尺精度、横向力度调整前后端夹角等因素会影响测量中径的准确性，从而影响不确定度评定结果，因此在D2型螺纹量规中径测量不确定度评定时，需要考虑上述因素。

4. 结论：本文分析D2型螺纹量规通端中径测量不确定度的影响因素，总结出不确定度评定的方法，提供了量规尺使用者在测量中径时的参考。

5. 讨论：在测量中径不确定度评定时，可以通过改进量规尺的精度、正确调整量规尺横向力以及夹角等方法来提高测量精度，从而降低测量不确定度。

此外，我们可以考虑采用X光技术，对测量不确定度有更好的控制，这也是一种测量不确定度的有效补偿方法。

6. 结论：使用D2型螺纹量规通端测量中径不确定度时，要考虑和控制其影响因素，包括量规尺精度、横向力调整、夹角以及使用X光技术等。

如果能够准确控制这些因素，将有助于降低测量不确定度，提高测量准确性。

7. 展望：量规尺使用中，为了更准确的测量D2型螺纹通端中径，我们可以考虑采用更精准的位移传感器以及更准确的测量计算方法等手段，而且也可以采用多次测量的方式，增加测量次数。

8. 思考：为了更好的控制D2型螺纹量规通端测量不确定度，我们可以采用传感器抗干扰技术，通过设计抗干扰的传感器来减少外部干扰对测量结果的影响。

3等标准环规的测量不确定度评定1、测量过程简述(1)测量依据：JJG894-1995《标准环规检定规程》 (2)环境条件：温度(20±2) ℃。

(3)测量标准：三等量块，测长仪。

(4)被测对象：Φ30mm ，Φ100mm 三等标准环规(5)测量方法：是以量块作标准，用量块夹附件组成相同尺寸的内尺寸标称值，在卧式测长仪上以比较测量的方法得到被测环规直径。

2、数学模型s L D +=δ式中：D 一被测环规直径mm ；δ——环规与标准量块差值μm ；s L ——标准量块中心长度实际值mm 。

3、各输入量的标准不确定度的评定(1) 由测量重复性引起的标准不确定度u(1i δ)的评定(采用A 类评定)对于D=30mm 环规，在重复性条件下与30mm 量块相比较，重复测量1O 次得到一组测量列：-0.9，-0.8，-0.8，-1.0，-0.8，-0.8，-0.6，-0.8，-0.8，-0.7（μm ）。

实验标准差为：m x xS i iμ11.0110)(101211≈--=∑=对于D=100mm 环规，在重复性条件下与100mm 量块相比较，重复测量1O 次得到一组测量列：+0.7，+1.4,+0.9,+1.2,+0.8,+1.0,+0.6,+1.1,1.0,+1.1（μm ）。

实验标准差为：m x xS i iμ24.0110)(101221≈--=∑=自由度：91)()(2111=-==n δνδν(2)仪器示值误差引起的标准不确定度u(2i δ)的评定(采用B 类评定)由仪器说明书可知，该测长仪精度优于±0.5μm ，估计其示值误差服从均匀分布，区间半宽a=0.5μm ，包含因子k=3，则标准不确定度：m u u μδδ29.035.0)()(2212≈==估计其可信程度为10％，则自由度为：)(2i δν =50。

仪器的分辨力为0.1μm ，则由仪器分辨力引入的不确定度分量为0.29×0.1μm=0.029μm ，仅为由仪器示值误差引入的不确定度分量的1/10，因此可以忽略不计。

三针法外螺纹中径测量不确定度评估实例1、测量概述：测量温度条件：符合表1规定的高准确度测量的温度要求。

测量设备及技术指标：测长仪最大允许示值误差为±(0.5μm+L 6105-⨯)；三针直径 d D = 3.464 mm (最佳直径 d 0 = 3.4641 mm)，三针直径测量不确定度≤0.4μm ； 测量力1.5 N ；螺纹塞规M64x6，其名义值d 2 = 60.1336 mm ，P = 6 mm ， α= 60°；测量方法：外螺纹（螺纹塞规）可以利用两个平面测帽和直径为d D 的三针测量（图1）。

图1. 利用三针测量螺纹塞规2、建立数学模型假设用图A2所示方法测量外螺纹，其中径计算利用公式(1)，其中m = ΔL +d D假设各输入量不相关，中径d2的合成标准不确定度：其中：u (ΔL )是被测位移量ΔL 的标准不确定度，包括测量仪器校准和温度效应的影响； u (d D ) 是探针直径校准值的标准不确定度。

这个不确定度假设完全正确，因为其灵敏系数c dD = 1/sin(α/2)+1。

u (P )是螺距测量的标准不确定度，其灵敏系数c P = cot(α/2)/2;u (α/2)是牙侧角α/2测量的标准不确定度。

这可能有许多不同的值，特别是采用光学测量方法时，与螺距的大小成反比。

灵敏系数与测球直径d D 对最佳球径d 0的差相关。

注意牙型角α的单位： [α] = rad.d D cos(a/2)/sin2(a/2)-P/2sin2(a/2) ;P/2=d0*cos(a/2) (B8)u(A1) 是进行升角修正时采用近似公式引入的不确定度；u(A2) 是测量力修正引入的不确定度；u(δB)是被校螺纹量规不完善、校准程序等所有未明确分离的因素引入的不确定度。

B4.4 不确定度报告的数字示例按照组合3校准螺纹塞规M64x6，其名义值d2 = 60.1336 mm，P = 6 mm，α= 60°。