轮对内距尺检定装置的测量不确定度分析

曾泓顺

（南宁局集团有限公司质量技术监督所，助理工程师，广西 南宁 530001）

内距尺是用于测量铁路机车车辆轮对内侧距离的计量器具，其准确与否直接关系到列车运行安全。因此开展内距尺检定前，应当对轮对内距尺检定装置进行不确定度分析，以确认轮对内距尺量值的可靠传递。

1 测量方法

检定前，内距尺检具先用内距量规进行校准，并记下内距尺检具（以下简称“检具”）的读数A0,然后将内距尺调整至相应检定点后紧固并放置于内距尺检具上，用检具测量内距尺并记下读数Ai，通过数学模型计算出内距尺的实际值，内距尺读数与其实际值之差即为内距尺示值误差。

2 数学模型

式中：e 为内距尺示值误差；L 为内距尺示值；Li为内距尺实际值；Ai为检具在相应点的读数；A0为检具校准时的读数；L0为内距尺量规的实际值；α为内距尺的线膨胀系数；Δt 为内距尺与检具的温度差；Δα为内距尺与检具的线膨胀系数差；（t-20℃）为内距尺偏离20℃的温差。

检定环境温度为（20±5）℃，主要检定器具与支距尺检定器温度平衡时间不少于4 h。

3 灵敏系数计算

4 标准不确定度分量评定

内距尺检定时一般按均布三点进行检定，检定点为1 345 mm、1 353 mm和1 365 mm。本文以测量范围上限1 365 mm点为例进行不确定度分析。

因为Ai≈1 365 mm，所以c1=c2=c3=c4=1；

4.1 内距尺读数引入的不确定度u(L) 内距尺的分度值为0.1 mm，则其分辨力为0.05 mm，假设服从均匀分布，则：u(L)=0.05 mm=0.0144 mm。

4.2 在检定内距尺时读数引入的不确定度u(Ai)

1）检具测微头示值误差引入的不确定度u21。检具测微头的示值误差为±4 μm，假设服从均匀分布，则：u21=0.004 mm/=0.0023 mm

2）检具测微头读数引入的不确定度u22。检具测微头分度值为0.01 mm，按1/5 估读，假设服从均匀分布，则

3）检具两测量面平行度引入的不确定度u23。检具的平行度不大于0.03 mm，区间半宽为0.015 mm，假设服从均匀分布，则：

4.3 检具在校准时读数引入的不确定度u(A0)

1）检具测微头示值误差引入的不确定度u31。检具测微头的示值误差为±4 μm，假设服从均匀分布，则：

2）检具测微头读数引入的不确定度u32。检具测微头分度值为0.01 mm，其分辨力取分度值的1/2，假设服从均匀分布，则：

3）检具两测量面平行度引入的不确定度u33。检具平行度小于0.03 mm，假设服从均匀分布，则：

4.4 量规实际值引入的不确定度u(L0) 内距尺量规实际值使用的不确定度U=18 μm，k=2。所以：

4.5 内距尺与检具温度差引入的不确定度u（Δt）假设内距尺与检具温度差在±0.3℃范围，且服从均匀分布，则：；假设检定点为测量上限1 365 mm点，则此时的灵敏系数：c5=Aiα ≈1 365×11.5×10-6=0.0157mm/°C

4.6 内距尺与检具线膨胀系数差引入的不确定度u(Δα) 实验环境温度满足（20±5）℃。假设测量时温度差为5℃，因为内距尺与检具线膨胀系数均为（11.5±1）×10-6/℃，其线膨胀系数差在±2×10-6/℃范围内，假设服从三角分布，则：

c6=Ai（t-20°C）≈1 365mm×5°C=6 825mm°C

4.7 合成标准不确定度 标准不确定度一览表如表1 所示。

表1 标准不确定度一览表

5 扩展不确定度

取k=2，扩展不确定度为：

U=k·uc=2×0.02 mm=0.04 mm。

6 结论

依据JJG 220-2004《铁路轮对内距尺检定规程》的要求，轮对内距尺首次检定最大允许误差MPE=±0.15 mm,所以目标不确定度Uobj=MPEV/3=0.05 mm。由不确定度评定结果知U=0.04 mm，有U＜Uobj,根据符合性判定原则，该装置的测量不确定度对符合性评定的影响可忽略不计，此检定装置可以检定轮对内距尺。