圓周和濾棒圓度測試單元測量結果不確定度分析與評定

齊飛 羅民 徐芳 盧曉波 陳青欣

摘 要：本文對卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺中的圓周和濾棒圓度測試單元測量結果不確定度進行了分析與評定，其中充分考慮了測量單元讀數、標準器、溫度等因素引入的不確定度分量，并給出了具體的計算公式和分析。通過完整的分析與評定對測量方法的可行性進行了驗證，發現現有的測量方法并無法滿足檢定規程中的測量結果要求，因此提出增量測量次數或更換精度更高的標準器的建議。

關鍵詞：圓周和濾棒圓度測試單元;不確定度;綜合測試臺

Abstract：This article analyzes and evaluates the uncertainty of the measurement results of the circumference and filter-rod roundness test units in the comprehensive test bench for the physical properties of cigarettes and filter rods. The uncertainty component introduced by measuring unit reading，standard，temperature and other factors is fully considered. Through analysis，it is found that the existing measurement methods cannot meet the requirements of measurement results in the verification regulation. Therefore，it is suggested to increase the measurement times or replace the standard with higher precision.

1 引言

隨著市場競爭的加劇，煙草行業所面臨的市場壓力也越來越大。為了保持企業的持續發展并能在競爭中保持領先的位置，努力提升產品的質量至關重要。其中卷煙和濾棒外觀和物理性能是產品質量的最明顯的表現[1]，于是保證卷煙和濾棒物理性能能夠滿足要求是煙草行業最基本的工作。

卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺（以下簡稱綜合測試臺）是一種用于測試卷煙和濾棒物理性能指標的測試儀器，測試的物理性能主要包括卷煙質量、卷煙和濾棒圓周、濾棒圓度、卷煙和濾棒長度、卷煙吸阻和濾棒壓降、卷煙通風率、卷煙和濾棒硬度。本文將主要其中的圓周和濾棒圓度測試單元測量結果不確定度進行分析研究。

2 圓周和濾棒圓度測試單元測量方法

2.1測量設備

圓周（圓度）標準棒。要求其表面不應有裂紋、碰傷、劃痕和銹蝕等缺陷，且直徑最大允許誤差為±0.003mm、圓周符合10mm～30mm，且標準棒的量值應均勻分布。

2.2檢定環境

檢定時，要求溫度在（22±2）℃，相對濕度在（60±5）%的范圍內，周圍無劇烈振動干擾。

2.3檢定方法

圓周和濾棒圓度測試單元是采用比較測量原理[2]。選取5支圓周（圓度）標準棒，在測量前，對標準棒進行清潔，保證表面光滑無毛刺無油漬，然后用圓周和濾棒圓度測試單元對每支標準棒重復測10次，觀察綜合測試臺指示表的讀數，并記錄在原始記錄（如附表1）上，最后計算10次測量的平均值。其中，圓周（圓度）標準棒的直徑最大允許誤差為±0.003mm、圓周符合10mm～30mm，且標準棒的量值應均勻分布。

若每個測量值與標準棒標稱值之間的差值在±0.01mm的范圍內，且每個測量值與平均值之間差值的絕對值在±0.01mm的范圍內，則表示圓周和濾棒圓度測試單元檢定合格。

3 不確定度度分析與評定

依據JJG（煙草）01-2012《卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺檢定規程》，對圓周和濾棒圓度測試單元的測量結果不確定度進行評估。

3.1建立測量模型

根據測量原理和方法可知，圓周和濾棒圓度測試單元的讀數值與標準棒的標稱值之間，兩者相互獨立，則得到測量模型[3]：

式中：——圓周和濾棒圓度測試單元在某點的示值誤差，mm;——圓周和濾棒圓度測試單元指示表的平均測量值，mm;——圓周（圓度）標準棒的標稱值，mm。

3.2方差和靈敏系數

3.3標準不確定度分量評定

3.3.1與測量單元讀數有關的不確定度分量u（D）

（1）由讀數時的量化誤差引入的不確定度分量

圓周和濾棒圓度測試單元的直接測得值為標準圓周棒的直徑，其指示表讀數的分辨力為1μm，量化誤差以等概率出現在半寬為0.5μm的區間內，故引入的不確定度分量：

（2）由測量重復性引入的不確定度分量

對于測量重復性引入的不確定度分量，對標稱值為16.000mm的標準圓周棒，在重復性條件下連續測量10次，得到測量列16.0034，16.0176，16.0034，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，則平均值為16.0148mm。

由貝塞爾公式[4]求單次測得值的實驗標準差

則由重復性引入的標準不確定度分量為

由于量化誤差小于測量重復性，故與測量單元讀數有關的不確定度分量u（D）取測量重復性[5]，得：

3.3.2由標準器引入的不確定度分量

圓周標準棒的直徑最大允許誤差為±0.003mm，按均勻分布，取包含因子，則

2.3.3與測試單元與標準圓周棒的線膨脹系數引入的不確定度

檢定時，要求溫度在（22±2）℃范圍內，對22℃的最大偏差為2℃。線膨脹系數之差假定小于10%，并假定服從U形分布（b=0.7），則

檢定前，按照規程要求進行充分等溫，標準圓周棒與圓周和濾棒圓度測試單元之間的溫度差忽略不計。

3.4合成標準不確定度

測量結果的不確定度分量匯總見表2.

上述各不確定度分量間沒有值得考慮的相關性，因此合成標準不確定度

3.5擴展不確定度

取包含因子則有

4結語

通過上文的分析計算，測量結果的擴展不確定度。根據JJG（煙草）01-2012《卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺檢定規程》中要求圓周和濾棒圓度測試單元直徑測量最大允許誤差為±0.01mm。由于

由此得出，檢定規程中規定的檢定方法不能滿足圓周和濾棒圓度測試單元直徑測量最大允許誤差的要求。分析原因，是由于測量重復性和標準器引入的不確定度過大，導致測量結果的擴展不確定度偏大。因此，建議增加檢定過程中對標準圓周棒的測量次數、或者更換精度更高的標準器[6]，以滿足檢定需要。

參考文獻

[1] 王軍. 煙草行業計量標準考核探討[J]. 經濟，2016（8）：00260-00260.

[2] 苗芊，楊榮超，等. JJG（煙草）01-2012卷煙和濾棒物理性能綜合測試臺檢定規程[s].國家煙草專賣局，2012.

[3] 邱英，彭延嶺. 測量不確定度評定與表示[J]. 機械工程師，2007，000（004）：60-62.

[4] 朱洪海. 對貝塞爾公式證法的探討[J]. 計量與測試技術，2001，028（006）：8-9.

[5] 何曉延，何靈芝，王旻娟. 標準厚度塊測量不確定度探討[J]. 計量與測試技術，2016，043（005）：85-86.

[6] 趙文田，李文泉，李文斌. 方差分析法在卷煙濾棒質量控制中的應用[J]. 機械工程與自動化，2009（05）：118-119.

作者簡介：

齊飛（1992-），男，漢族，湖北武漢，工學碩士，煙草設備技術、湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠、制絲車間設備技術員、

羅民、男、湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠、湖北省首席技師、

徐芳、女、武漢市計量測試檢定（研究）所、長度室檢定員、

盧曉波、男、湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠、新型煙草車間設備技術員、

陳青欣、女、湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠、技術員。