數顯坡度儀計量校準方法研究

鄒 敏 袁 寅 李紅梅

（云南省計量測試技術研究院，云南 昆明 650228）

數顯坡度儀也稱數顯傾角儀、數顯傾角尺，是具有一個或多個測量面, 以數字顯示測量被測量面相對水平面傾角的計量器具。分為條式電子數顯坡度儀、矩形電子數顯坡度儀和方盒電子數顯坡度儀，其外形見圖1 所示。數顯坡度儀主要用于土木建筑工程傾斜面的測量、工業設備安裝測量、消防設施的安裝測量等方面。行業標準（JB/T 11104 電子數顯傾角尺）中對數顯坡度儀的尺寸和允許誤差等參數做了明確規定。因此為了數顯坡度儀測量數據的準確可靠，必須對其進行計量校準，但該行業標準中只給出了各參數的技術要求，沒有給出對應的計量校準方法。因此本文從該行業標準中對數顯坡度儀的技術要求出發，研究探討其計量校準方法。

圖1 數顯坡度儀

1 測量原理

將數顯坡度儀的工作面固定在正弦規的工作面上，然后將量塊放置于正弦規的圓柱下方與正弦規配合產生標準角度，通過數顯坡度儀顯示的讀數和標準角度的差值來測量其示值誤差。

2 計量特性

數顯坡度儀的示值誤差不超過±2 個分辨力。

3 校準條件和測量設備

校準條件：環境溫度（20±5）℃；數顯坡度儀在室內平衡溫度時間≥2h。

測量設備：1 級平板、5 等量塊、1 級正弦規（200mm）、1 級直角尺。

4 校準方法

數顯坡度儀開機顯示穩定后，將其放置在調至水平的平板上，此時數顯坡度儀的顯示值即為0°測量點的示值誤差。將數顯坡度儀的工作面固定在正弦規的工作面上，然后將量塊放置于正弦規的圓柱下方與正弦規配合產生標準角度，選取數顯坡度儀測量范圍內均勻分布的5 個點進行測量（見表1）。量塊與正弦規所產生的標準角度為α1，數顯坡度儀的讀數為α2，則α2與α1之差即為數顯坡度儀的示值誤差θ，即：

表1 正弦規配合量塊對應的標準角度值

校準角度90°時將直角尺的工作面短邊固定在平板上，將數顯坡度儀的工作面與直角尺的長邊貼合，此時數顯坡度儀讀數值與標準角度90°的差值即為數顯坡度儀90°測量點的示值誤差。

此處將數顯坡度儀的正行程定義為左傾，反行程定義為右傾，左傾和右傾均需校準。

5 測量結果的不確定度評定

5.1 數學模型

數顯坡度儀示值誤差的數學模型如下式：

代入得到C1=1，c2=0.0103mm-1，c3=0.0090mm-1

表2 不確定度分量匯總表

5.2 不確定度分量評定

5.2.1 不確定度分量u（α）的評定

5.2.1.1 數顯坡度儀分辨力引入的不確定度u（α1）的評定。

5.2.1.2 數顯坡度儀測量重復性引入的不確定度u（α2）的評定。

采用A 類不確定度評定法，重復測量10 次，得到測量結果為 61.05° ，61.05° ，61.00° ，61.05° ，61.05° ，61.10° ，61.05°，61.05°，61.05°，61.05°。根據貝塞爾公式得到：

因為u（α1）和u（α2）互為包含關系，因此取較大值作為u（α）的不確定度分量，即u（α）=u（α2）=0.023°

5.2.2 量塊中心長度引入的不確定度u（L1）的評定。

根據JJG146-2011《量塊檢定規程》規定，5 等量塊中心長度的測量不確定度不超過（0.5+5×10-6L）μm，k=3，L=175mm 則：

5.2.3 正弦規中心距偏差引入的不確定度u（L2）的評定。

根據JJG37-2005《正弦規檢定規程》規定，1 級正弦規兩圓柱中心距偏差不超過±3μm，設其在區間（-3μm～+3μm）為均勻分布，則：

5.5 擴展不確定度U

取k=2，則數顯坡度儀示值誤差測量結果的擴展不確定度為：

6 結論

本文中數顯坡度儀的校準方法是根據行業標準中對數顯坡度儀給出的技術要求來進行研究設計的，該方法能準確有效的校準數顯坡度儀的示值誤差，其量值的準確可靠是各行業設備和產品質量的重要保證。目前該校準方法已經在云南省計量院校準工作中得到應用，促進了數顯坡度儀校準技術能力的不斷提升。