千分尺的量值傳遞要求可以使用JJG21《千分尺檢定規(guī)程》進(jìn)行約束和規(guī)范,該規(guī)程明確其“適用于分辨力為0.001mm,0.0001mm,測量上限至500mm的數(shù)顯千分尺的首次檢定、后續(xù)檢定和使用中檢驗”從所覆蓋的范圍看,包含0.1μm數(shù)顯千分尺的檢定,但在后續(xù)的計量性能要求中卻對分辨力為1μm和0.1μm的數(shù)顯千分尺沒有明確的區(qū)分,均以統(tǒng)一性能指標(biāo)要求,這對于分辨力1μm的數(shù)顯千分尺是可行的,但對于分辨力0.1μm的數(shù)顯千分尺則缺乏科學(xué)性,因為在該類數(shù)顯千分尺生產(chǎn)商的產(chǎn)品說明書中已明確說明其示值最大允許誤差為±0.5μm(測量范圍25mm)。

由此可見,如果按照檢定規(guī)程對數(shù)顯千分尺的計量性能要求,其示值最大允許誤差為±2μm,已經(jīng)是生產(chǎn)商對其要求的4倍了,如果簡單地依據(jù)檢定規(guī)程進(jìn)行檢定,就不能有效地保證其量值準(zhǔn)確可靠。此外在GB/T20919《電子數(shù)顯外徑千分尺》的國家標(biāo)準(zhǔn)中,其適用于分辨力高于或等于0.001mm的電子數(shù)顯千分尺的產(chǎn)品生產(chǎn)要求,其技術(shù)指標(biāo)在不同分辨力上也是沒有明確區(qū)分,也就是說如果參考生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),也無法有客觀、科學(xué)的評價方法。

所以,即使檢定規(guī)程適用于0.1μm的數(shù)顯千分尺檢定,但在要求示值最大允許誤差為±0.5μm時,檢定規(guī)程所確定的標(biāo)準(zhǔn)器、檢定條件、檢定方法也不再適用,應(yīng)該考慮對一些相關(guān)問題進(jìn)行確認(rèn)后,再確定具體量值傳遞方法。

測量儀器的示值最大允許誤差是其各部分誤差影響的綜合體現(xiàn),數(shù)顯千分尺的示值最大允許誤差來源于其測量面的平面度和平行度、弓形架變形、測桿的軸向竄動和徑向擺動、螺距累積誤差、角位移傳感器等各部件的誤差影響,對于分辨力1μm的數(shù)顯千分尺,其各部分的誤差影響量在標(biāo)準(zhǔn)和檢定規(guī)程上有明確規(guī)定,當(dāng)其均滿足要求時,即可保證其示值誤差滿足要求。對于分辨力為0.1μm的數(shù)顯千分尺,其最大允許誤差的要求高于分辨力為1μm的數(shù)顯千分尺,影響其示值誤差的各部分誤差影響也需要減少,如果簡單地照搬檢定規(guī)程中的要求進(jìn)行控制,則無法得到保證。

基于這一要求,當(dāng)針對分辨力為0.1μm的數(shù)顯千分尺檢定時,在測量面的平面度和平行度、測桿的軸向竄動和徑向擺動、示值重復(fù)性等方面的計量性能需要提高要求,如規(guī)程要求數(shù)顯千分尺的平面度應(yīng)不大于0.3μm,則在此要求應(yīng)不大于0.1μm,因為測量面的形狀誤差應(yīng)保持在儀器示值最大允許誤差要求的1/5~1/10,同樣量測量面的平行度也應(yīng)控制在0.3μm以內(nèi)(規(guī)程要求1.5μm),只有這樣才能最終滿足分辨力為0.1μm數(shù)顯千分尺的最大允許誤差±0.5μm的要求。

由于該類數(shù)顯千分尺的可靠的量值傳遞方法與規(guī)程規(guī)定有所不同,因此需要對其測量結(jié)果的可靠性進(jìn)行評價,在此引入采用3等量塊作為測量標(biāo)準(zhǔn)、控制環(huán)境溫度在(20±1)℃條件下進(jìn)行示值誤差的檢定,其他測量條件按照規(guī)程要求進(jìn)行。

參照J(rèn)JG21-2008附錄A的評定,影響示值誤差測量結(jié)果不確定度的分量有測量重復(fù)性或數(shù)顯量化誤差、標(biāo)準(zhǔn)量塊尺寸的不確定度、量塊與被檢千分尺線材料膨脹系數(shù)差及溫度差的影響,評定如下:

從送檢的0.1μm數(shù)顯千分尺的測量重復(fù)性實驗可知,10次測量值的變化在0.2μm以內(nèi),按照0.2μm評估測量重復(fù)性時,其值約為0.06μm,而數(shù)顯量化誤差的影響為0.03μm,故該項以u1=0.06μm估計。

所選標(biāo)準(zhǔn)為3等量塊,測量范圍在25mm以內(nèi),按照最大25mm和k=2.6計算,其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

標(biāo)準(zhǔn)量塊與被檢千分尺材料為鋼制,其線膨脹系數(shù)為(11.5±1)×10-6·℃-1,其變化區(qū)間在±2×10-6·℃-1內(nèi)服從三角分布,故其對示值誤差的影響為

標(biāo)準(zhǔn)量塊與被檢千分尺在檢定時存在溫度不一致,等溫后其變化范圍基本控制在±0.3℃內(nèi),均勻分布,材料線膨脹系數(shù)按照11.5×10-6·℃-1估計,則溫度差對示值誤差的影響為

考慮到上述影響量間不存在相關(guān)影響,其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

按照k=2擴(kuò)展后:U=kuc=2×0.097=0.2μm

從評定結(jié)果看,測量不確定度接近允許誤差的1/3,如果不考慮重復(fù)性的影響,而代之以量化誤差的影響進(jìn)行評定,則評定結(jié)果為0.16μm,就可以保證測量不確定度小于允許誤差1/3的要求,所以本文所述方法可以滿足對分辨力為0.1μm數(shù)顯千分尺示值誤差量值傳遞的要求。