手动型水平尺校准装置的测量不确定度评定*

柴玉民 杨晓明 韩 梅

（1.洛阳市质量计量检测中心 河南洛阳471000；2.空军工程大学 航空机务士官学校 河南信阳464000）

水平尺被广泛应用于土木建筑和普通机器安装领域，它是以水准柱中的水准泡偏离水平刻度（铅垂刻度、倾斜刻度）来判断平面是否水平（铅垂、倾斜）的一种计量器具。为了保证水平尺在制造和使用过程中的质量和量值传递的精确度，需要对水平尺计量器具进行第三方校准后使用，《JJF 1085-2002水平尺校准规范》对水平尺工作面的平面度、线纹示值误差、水准泡零位误差和分度值误差等作出了校准规定，只是给出来具体的校准项目和要求，并没有给出具体的校准装置。因此开发一种手动型水平尺快速校准装置，实现水平尺分度值误差的快速、高精度校准。

1 手动型水平尺校准装置结构组成

手动型水平尺校准装置主要由底座、工字型校准基准尺、数显百分表、升降手轮、顶升机构、校准定位销和外壳等组成，其结构如图1所示。该装置通过升降手轮来驱动丝杆升降，进而带动工字型校准基准尺对称地升高、降落几个标准高度，在每个位置处时读取水准气泡的位置和数显百分表读数，并将数显百分表读数值换算成工字型校准基准尺的倾斜角度值，最后对比水准气泡的读数计算出水平尺的水平零位误差和分度值误差。

手动型水平尺校准装置具有稳定可靠、结构简单、操作方便、易于维护特点，符合 GB/T1146-2009《水准泡》及《JJF1085-2002水平尺校准规范》的要求，能对分度值为0.5、1、2、5、10 mm/m，规格为100～1000 mm水平尺的水平零位误差和分度值误差进行校准。

图1 手动型水平尺校准装置结构图

2 手动型水平尺校准装置测量不确定度的评定

1）校准工作原理 （依据JJF 1085-2002）

由数显百分表两次读数差值与校准装置固定支点和数显百分表测杆轴线间的距离L之比所组成的小角度标准比较，测量水平尺的分度值误差。

2）数学模型

以分度值为10 mm/m的水平尺为例，有：

式中：a为水平尺分度值误差；a1和a2为数显百分表的示值；d为被校水平尺分度值的读数值，由测量时对准分度线首尾两线而获得；L为校准装置固定支点到数显百分表测杆轴线间距离，这里为0.5m。

3）方差和灵敏系数

3 各标准不确定度分量的分析计算

3.1 由数显百分表引入的不确定度分量u(a)

3.1.1 数显百分表的示值误差引入的标准不确定度u(a1)

根据 JJG34-2008《指示表(指针式、数显式)》检定规程要求：10 mm的数显百分表的示值误差在工作行程（0～10）mm范围内不超过20 μm，按均匀分布处理，故：

3.1.2 数显百分表分辨力引入的不确定度分量u(a2)

数显百分表的分辨力为 0.01mm，该值在半宽度为0.005mm的区间内均匀分布，故：

3.1.3 两项合成不确定分量u(a)：

3.2 测量时水平尺的对线误差引入的不确定度分量u(d)

当使用2次对线取平均值时，其对线误差应不大于 1/20分度，该值以等概率落在半宽度为 1/20的区间，分度值为10 mm/m时：

3.3 由校准装置固定支点到数显百分表测杆轴线间的距离误差引入的不确定度分量u(L)

设固定支点到数显百分表测杆轴线间的距离L=0.5m；∆L为±3mm，∆L在半宽度为3mm的区间以等概率分布，则：

4 合成标准不确定度

5 标准不确定度一览表

标准不确定度一览，如表1所示。

表1 标准不确定度一览表

6 校准测量能力

7 结语

通过以上分析可知，手动型水平尺校准装置分度值误差测量结果的扩展不确定度满足小于或等于1/3最大允许误差的要求。