电感测微仪计量建标方案分析

于江，陈勇

（1.中广核核电运营有限公司，广东深圳518000；2.中广核研究院有限公司，广东深圳518000）

电感测微仪计量建标方案分析

于江1，陈勇2

（1.中广核核电运营有限公司，广东深圳518000；2.中广核研究院有限公司，广东深圳518000）

依据计量标准考核的要求，通过对计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，建立电感测微仪校准装置符合量值传递的标准器组

电感传感器；电感测微仪；计量建标

1 建立计量标准的目的

测量技术是工业发展的基础，工业的发展与测量息息相关；测量已经成为不可缺少的重要部分。为了合法开展微小几何量的检定或校准工作。保证计量的准确可靠性需建立工程测量标准装置[1，2]。

2 计量标准的工作原理及组成

电感测微仪是一种测量微小位移量的高准确度测量仪器，它由电感传感器（轴向和旁向）将被测尺寸转换成电信号，并由数字、指针或光柱将被测尺寸显示出来。电感测微仪按显示器的不同分为数显式、指针式和电子柱式三种型式。

电感测微仪工作原理：电感测微仪的硬件电路主要包括电感式传感器、正弦波振荡器、放大器、相敏检波器及单片机系统。正弦波振荡器为电感式传感器和相敏检波器提供了频率和幅值稳定的激励电压，正弦波振荡器输出的信号加到测量头中由线圈和电位器组成的电感桥路上。工件的微小位移经电感式传感器的测头带动两线圈内衔铁移动，使两线圈内的电感量发生相对的变化。当衔铁处于两线圈的中间位置时，两线圈的电感量相等，电桥平衡。当测头带动衔铁上下移动时，若上线圈的电感量增加，下线圈的电感量则减少；若上线圈的电感量减少，下线圈的电感量则增加。交流阻抗相应地变化，电桥失去平衡从而输出了一个幅值与位移成正比，频率与振荡器频率相同，相位与位移方向相对应的调制信号。此信号经放大，由相敏检波器鉴出极性，得到一个与衔铁位移相对应的直流电压信号，经A/D转换器输入到单片机，经过数据处理进行显示、传输、超差报警、统计分析等[4]。

3 计量标准器及主要配套设备

计量标准器及配套设备的配置应当科学合理，完整齐全，并能满足开展检定或校准工作的需要。计量特性必须符合相应计量检定规程或技术规范的规定[4]。标准配置如表1.

表1 计量标准器及主要配套设备

4 计量标准的主要技术指标

（1）量块：

1）测量范围：（0.994～2）mm

2）准确等级：二等

（2）量块：

1）测量范围：（0.5～100）mm

2）准确等级：三等

（3）数显量仪测力仪

1）测量范围：（0-15）N

2）最大允差：±0.15N

5 环境条件

环境条件及设施应当满足开展检定或校准工作的要求，并按要求对环境条件进行有效监测和控制；按JJF1331-2011《电感测微仪校准规范》6.1要求[4]：校准室温度应在（20±1）℃，温度变化不大于0.5℃/h，相对湿度不大于80%.

因此本项目环境条件要求与实际情况如表2.

表2 环境条件

6 计量标准的量值溯源和传递框图

JJF1033-2008《计量标准考核规范》4.1.2计量标准的溯源性要求：为了保证计量标准的溯源性，计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定或校准方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准量值的一致性[1]。量值溯源和传递框图如图1.

图1 计量标准的量值溯源和传递框图

7 计量标准的重复性试验

选一个电感测微仪型号规格为DTM-EA编号为1405004，在室温20.5℃，湿度60%RH的条件下对分度值0.2 μm档位+2μm的校准点进行10次重复测量，结果如表3.

表3 测量重复性数据/μm

标准的测量重复性的标准偏差为s（y）=0.0 μm，小于测量不确定度评定中重复性测量不确定度数据。所以本次计量标准的测量重复性考核合格

8 计量标准的稳定性试验

稳定性考核结果如表4.

表4 计量标准稳定性考核测量结果/μm

（续下图）

（续上图）

表4 计量标准稳定性考核测量结果/μm

9 校准结果的测量不确定度评定

9.1 电感测微仪示值误差测量结果的不确定度评定

9.1.1 测量方法

以2等量块校准电感测微仪为例，测量方法采用直接测量法和量块配对法。

直接法校准：

校准时，先用所选的最小尺寸量块对准零位，用其它各尺寸的量块按正向依次校准示值误差。再以最大尺寸量块对准零位，用其它各尺寸的量块按负向依次校准示值误差，各受校点的示值误差/μm按（1）式求得。

配对法校准：

校准时，每一受校点应选用尺寸相互有联系的量块进行配对校准。用第一块量块对准零位，第二块量块检定受校点的示值误差；再以第二块量块对准零位，第三块量块校准该受校点的示值误差，依次类推，直至所需配对量块的最后一块量块。校准正向示值时，量块尺寸按递增方式进行，校准负向示值时，量块尺寸按递减方式进行。

9.1.2 测量模型

式中：δi为各受校点的示值误差μm；ri为电感测微仪上读得的示值μm；Li为受校点上所用量块的实际尺寸μm；L0为对零用量块的实际尺寸μm.

9.1.3 不确定度的评定

（1）测量标准不确定度的评定

1）输入量ri的标准不确定度u（ri）的评定

输入量ri的标准不确定度来源主要是测量重复性引起的标准不确定度u（ri），可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。

对一台分度值为0.1 μm的电感测微仪，用配对法检+1 μm点。先用1mm量块对零，用1.001 mm量块检＋1 μm点，记录数据。用1.001 mm量块对零，用1.002 mm量块检+1 μm点，记录数据。用1.002 mm量块对零，用1.003 mm量块检+1 μm点，记录数据。然后，将3次所记录数据求和，得出。重复上述方法，连续测量10次，测量数据分别为2.92，2.90，2.93，2.92，2.93，2.89，2.91，2.92，2.92，2.89（μm），r¯=2.911 μm，通过贝塞尔公式计算得：

由于实际测量是以单次测量结果作为校准结果，则标准不确定度u1为：

u1=u（ri）=S=0.015 μm

2）输入量Li的标准不确定度u（Li）的评定

因为2等量块（小于10 mm）的扩展不确定度U =0.06 μm，包含因子k=3，所以2等量块Li的标准不确定度为：

3）输入量L0的标准不确定度u（L0）的评定评定方法与（2）相同，其标准不确定度为：

4）灵敏系数

（2）合成标准不确定度的评定

各分量之间彼此独立，合成标准不确定度为：

（3）扩展不确定度的评定

取k=2，则扩展不确定度为：

10 检定或校准结果的验证

计量标准不确定度经评定后，对得到的扩展不确定度U要经过验证。选择比较法进行验证。用被考核的计量标准测量一稳定的被测对象（电感测微仪，编号为1405004），然后将该被测对象用另一更高级的计量标准进行测量。若用被考核计量标准和高一级计量标准进行测量时的扩展不确定度（k=2时的U），它们的测量结果分别为Y1和Y2，在两者的包含因子近似相等的前提下应满足

在受检点为分度值0.2μm档位下+2μm的示值误差中比较结果见表5

表5 检定或校准结果的验证表/μm

11 结束语

依据《JJF1033-2008计量标准考核规范》的要求，通过对本计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，从技术的角度考虑，该计量标准器具可以依据JJF1331-2011《电感测微仪校准规范》的要求，能够开展相应仪器的检定工作[1，4]。

[1]JJF1033-2008计量标准考核规范[S]，北京：中国计量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用计量术语及定义[S]，北京：中国计量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S]，北京：中国计量出版社，2012.

[4]JJF1331-2011电感测微仪校准规范[S]，北京：中国计量出版社，2011.

Analysis of Inductance Micrometer Calibration Standard Solution

YU Jiang1，CHEN Yong2
（1.China Nuclear Power Operations Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China；2.China Nuclear Power Technology Research Institute Co.，Ltd.，Shenzhen Guangdong 518000，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement standard device for inductive micrometer through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

inductance sensor；inductance micrometer；metrology standard

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0291-04

2017-02-28

于江（1969-），男，河北枣强人，学士，工程师，从事仪器仪表验证、维修、管理工作；陈勇（1969-），男，四川广安人，学士，工程师，从事仪器仪表验证、管理工作。