輪對內距尺檢定裝置的測量不確定度分析

曾泓順

（南寧局集團有限公司質量技術監督所，助理工程師，廣西 南寧 530001）

內距尺是用于測量鐵路機車車輛輪對內側距離的計量器具，其準確與否直接關系到列車運行安全。因此開展內距尺檢定前，應當對輪對內距尺檢定裝置進行不確定度分析，以確認輪對內距尺量值的可靠傳遞。

1 測量方法

檢定前，內距尺檢具先用內距量規進行校準，并記下內距尺檢具（以下簡稱“檢具”）的讀數A0,然后將內距尺調整至相應檢定點后緊固并放置于內距尺檢具上，用檢具測量內距尺并記下讀數Ai，通過數學模型計算出內距尺的實際值，內距尺讀數與其實際值之差即為內距尺示值誤差。

2 數學模型

式中：e 為內距尺示值誤差；L 為內距尺示值；Li為內距尺實際值；Ai為檢具在相應點的讀數；A0為檢具校準時的讀數；L0為內距尺量規的實際值；α為內距尺的線膨脹系數；Δt 為內距尺與檢具的溫度差；Δα為內距尺與檢具的線膨脹系數差；（t-20℃）為內距尺偏離20℃的溫差。

檢定環境溫度為（20±5）℃，主要檢定器具與支距尺檢定器溫度平衡時間不少于4 h。

3 靈敏系數計算

4 標準不確定度分量評定

內距尺檢定時一般按均布三點進行檢定，檢定點為1 345 mm、1 353 mm和1 365 mm。本文以測量范圍上限1 365 mm點為例進行不確定度分析。

因為Ai≈1 365 mm，所以c1=c2=c3=c4=1；

4.1 內距尺讀數引入的不確定度u(L) 內距尺的分度值為0.1 mm，則其分辨力為0.05 mm，假設服從均勻分布，則：u(L)=0.05 mm=0.0144 mm。

4.2 在檢定內距尺時讀數引入的不確定度u(Ai)

1）檢具測微頭示值誤差引入的不確定度u21。檢具測微頭的示值誤差為±4 μm，假設服從均勻分布，則：u21=0.004 mm/=0.0023 mm

2）檢具測微頭讀數引入的不確定度u22。檢具測微頭分度值為0.01 mm，按1/5 估讀，假設服從均勻分布，則

3）檢具兩測量面平行度引入的不確定度u23。檢具的平行度不大于0.03 mm，區間半寬為0.015 mm，假設服從均勻分布，則：

4.3 檢具在校準時讀數引入的不確定度u(A0)

1）檢具測微頭示值誤差引入的不確定度u31。檢具測微頭的示值誤差為±4 μm，假設服從均勻分布，則：

2）檢具測微頭讀數引入的不確定度u32。檢具測微頭分度值為0.01 mm，其分辨力取分度值的1/2，假設服從均勻分布，則：

3）檢具兩測量面平行度引入的不確定度u33。檢具平行度小于0.03 mm，假設服從均勻分布，則：

4.4 量規實際值引入的不確定度u(L0) 內距尺量規實際值使用的不確定度U=18 μm，k=2。所以：

4.5 內距尺與檢具溫度差引入的不確定度u（Δt）假設內距尺與檢具溫度差在±0.3℃范圍，且服從均勻分布，則：；假設檢定點為測量上限1 365 mm點，則此時的靈敏系數：c5=Aiα ≈1 365×11.5×10-6=0.0157mm/°C

4.6 內距尺與檢具線膨脹系數差引入的不確定度u(Δα) 實驗環境溫度滿足（20±5）℃。假設測量時溫度差為5℃，因為內距尺與檢具線膨脹系數均為（11.5±1）×10-6/℃，其線膨脹系數差在±2×10-6/℃范圍內，假設服從三角分布，則：

c6=Ai（t-20°C）≈1 365mm×5°C=6 825mm°C

4.7 合成標準不確定度 標準不確定度一覽表如表1 所示。

表1 標準不確定度一覽表

5 擴展不確定度

取k=2，擴展不確定度為：

U=k·uc=2×0.02 mm=0.04 mm。

6 結論

依據JJG 220-2004《鐵路輪對內距尺檢定規程》的要求，輪對內距尺首次檢定最大允許誤差MPE=±0.15 mm,所以目標不確定度Uobj=MPEV/3=0.05 mm。由不確定度評定結果知U=0.04 mm，有U＜Uobj,根據符合性判定原則，該裝置的測量不確定度對符合性評定的影響可忽略不計，此檢定裝置可以檢定輪對內距尺。