JJF 1096-2002 引伸计标定器校准规范.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F 1 0 9 6-2 0 0 2引伸计标定器校准规范C a l i b r a t i o n S p e c i f i c a ti o n f o r C a l i b r a t o r o f E x t e n s o m e t e r s2 0 0 2 一 1 1 一 0 4 发布2 0 0 3 一0 2 一0 4实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发布J J F 1 0 9 6-2 0 0 2。.口.口.O.O.O.口.O.0.0.O.O.。.飞八.六.叭.么.岁J J F 1 0 9 6-2 0 0 2广.勺.勺.心.今。引伸计标定器校准规范C a l i b r a t i o n S p e c i f i c a t i o n f o rC a l i b r a t o r o f E x t e n s o me t e r s么.，.，.、.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2 0 0 2 年 1 1 月0 4日 批准，并自2 0 0 3 年0 2 月0 4日 起施行。归口 单 位:全国几何量工程参量计量技术委员会主要起草单位:陕西省计量测试研究所参加起草单位:西安世纪测控技术研究所 钢铁研究总院分析测试研究所本规范委托归口单位负责解释工I t 1 0 9 6-2 朋 2本规范主要起草人:张磊(陕西省计量测试研究所)施纪泽(西安世纪测控技术研究所)王春华(钢铁研究总院分析测试研究所)J J F 1 0 9 6-2 0 0 2目录1 范围 。，(1)2 引 用文献 一(1)3 概述 (1)4 计量特性 (2)4.1 测微头的刻线质量及各部分相对位置 (2)4.2 上 下 心轴 的 同 轴 度 (2)4.3 分辨力 ，(2)4.4 示值误差 ，(2)4.5 示值稳定性 ，(3)4.6 支架刚性 (3)5 校准条件 ，(3)5.1 环境条件 (3)5.2 校准项目和校准用设备 ，(3)6 校准方法 ，(3)6.1 测微头的刻线质量和各部分相对位置 (4)6.2 上、下心轴的同轴度 .(4)6.3 分辨力 (4)6.4 示值误差 (4)6.5 示值稳定性 (7)6.6 支架刚性 ，(7)7 校准结果表达 (7)8 复校时间间隔 ，(7)附录 A 引伸计标定器示值误差的测量不确定度，】，(8)附录 B 校准引伸计标定器的专用工作台 ，(1 3)附 录c 校 准 证书 的 内 容 、(1 4)J J F 1 0 9 6-2 0 0 2引伸计标定器校准规范范围本规范适用于引伸计专用校准装置(以下简称标定器)的计量特性校准。2引用文献J J F l 0 0 1-1 9 9 8 通用计量术语及定义J J F 1 0 5 9-1 9 9 9 测量不确定度评定与表示I S O 9 5 1 3:1 9 9 9 金属材料单轴向试验用引伸计的标定J B/T 1 0 0 3 3-1 9 9 9 测微头使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3 概 述 标定器是用于对被标定的引伸计给出标准位移量的仪器。它由刚性支架、两个同轴的心轴或者装卡引伸计的夹具、能够准确地测量沿心轴轴向位移量变化的测微装置组成。标定器按测微装置形式分为 A类和 B类，结构示意图见图 7 和图2 0耐l:匕1 卜 寸 代 工-级 眨 时 _刀.协 甲厅 引 -二，犷 一刁二洲卜.-.卜.山r口 砷1 厂口 巴r1-月行/r-!一门二一 J一I固定 心 轴引伸 计可动 心 轴测微 头冈 11 It 支 架 图 1 A类标定器图2 B类标定器 A类标定器一般由螺旋副结构的测微头实现位移，用安装在标定器支架上的测微仪表(比较仪、测微计或干涉仪光管等)配合量块进行测量。B 类标定器一般用测微头同时实现位移和测量。d 7 F 1 0 9 6-2 0 0 24 计里特性4.1 测微头的刻线质量及各部分相对位置4.1.1 刻线应清 晰、粗 细均匀，刻线宽度 差不超过 0.0 5 m m;最小分 度值不超过0.2 5 1 c mo4.1.2 测微头微分筒锥面棱边上沿至固定套管刻线面间的距离不超过 0.4 m m，见图3;当微分筒零刻线与固定套管纵刻线对准时，微分筒圆锥面的端面应与固定套管上毫米刻线的下边缘相切，或只允许压线不超过 0.0 5 m m，离线不超过0.l o m m a0.4 m m 图3 棱边至固定套管的距离4.1.3 测微头应有准确可靠调整零位的装置;对零位时，固定套管游标刻线的零刻线与微分筒上相应刻线的重合度不超过 0.0 0 5 m m时，尾刻线与微分筒上相应刻线的重合度应不超过 0.0 5 m m o4.2 上、下心轴的同轴度 标定器上、下心轴的同轴度不超过 阳.l m m o4.3 分辨力 测微装置的分辨力(或分度值)不超过表 1 中绝对误差值的 1/2 04.4 示值误差 示值误差不超过表 1 规定的最大允许值。表 1 示值的最大允许误差标定器类别被校引伸计的级别 绝对误差/gy m(校准范围不超过 1/3 m m时采用)相对误差/%(校准范围超过 1/3 m m时采用)A类或 B类0.2级 一0.2,+0.2 一 0.0 6,+0.0 6 0.5级 一0.5,+0.5 一 0.1 5,+0.1 5 B类1级 一1.0,+1.0 一 0.3,+0.3 2级 一2.0,+2.0 一 0.6,+0.6 工 月 F 1 0%-2 0 0 24.5 示值稳定性 示值稳定性在 1 h内不超过表 1 中的绝对误差值。4.6 支架刚性 上支架受到1 N的垂向力时，其位置变化量不超过0.l L m o 注:作为校准，不判定合格与否，上述计量特性指标仅供参考。5 校准条件51 环境条件 校准环境条件见表 2 0 表 2 校准环境条件标定器类别实验室温度/室温变化/(C/h)校准前标定器在室内等温时间/hA2 0士 1g0.5 2 4B2 0士5_ l 1 25.2 校准项目 和 校准用设备 各校准项 目 使用(测量)标准及其他设备的要求见表 3 0 表3 校准项目和校准用设备序号校准项 目使用标准和其他设备的要求1测微头的刻线质量及各部分相对位置5 倍放大镜;(必要时使用)工具显微镜2上、下心轴的同轴度7 5 mm刀 口形 直尺和塞尺(均为 2级)3分辨力目力观察4示值误差 2等、3等、4等或 5等量块;分度值(或分辨力)不超过。.1 K m的测微仪、比较仪或具有 同等测量能力的其他测量仪器。所能提供的实验室测量能力 不超过相应类别引伸计标定器最大允许误差的，(1/3)一(1/5)应配置专用玛瑙工作台和三珠工作台(见附录 B)5稳定 性除了序号4所需设备之外，再加计时钟6支架刚性1 0 0 g 砧码和(任意等级)量块 或称最佳测量能力，用9 5%置信概率(或用包含因 子k=2)的扩展不确定度 认表示。6校准方法首先检查外观，确定没有影响校准结果的因素后再进行校准。工1 F 1 0 9 6-2 0 0 26.1 测微头的刻线质量和各部分相对位置6.1.1 刻线宽度差 目力观察，必要时可用工具显微镜测量。6.1.2 微分筒圆锥面棱边上沿至固 定套管刻线面间的 距离 用0.4 m m塞尺置于固定套管刻线面上用比较法测量，微分筒圆锥面棱边上沿不应高于塞尺表面。在微分筒任意一周内不少于三个位置上测量。也可用工具显微镜测量。6.1.3 微分筒圆锥面的端面与固定套管上横刻线的相对位置 先将微分筒调整至零刻线附近，然后使微分筒圆锥面端面与固定套管上任意毫米刻线的下边缘相切，同时读取微分筒上零刻线与固定套管上横刻线的偏移量即为离线或压线数值。见图 4 0 图4 离线和压线6.2 上、下心轴的同轴度 调整标定器上、下两心轴的端部相距约 l m m，将刀口形直尺测量边约 5 0 m m长沿轴线方向紧靠在固定心轴上，用塞尺测量出刀口形直尺与可动心轴端部的最大间隙值，以该值的两倍作为校准结果。6.3 分辨力 目力观察。6.4 示值误差6.4.1 校准范围、校准用量块标称长度间隔和等级的选取 在选定的校准范围内，应按最大校准点 E、与最小校准点 E,之比应为5 倍至 1 0倍的原则选取各校准点，即:E-5 下 兰 竺 竺 1 0 一 乙。in(1)按上述原则，校准用量块标称长度间隔的选取示例见表4 a 各校准范围段内选取的量块等级可参考表 5.6.4.2 直接法 如图 1 和图5 所示，将指示或显示仪表装在标定器固定支架孔中，将专用的玛瑙或J J F 1 0 9 6-2 0 0 2表 4 校 准用量块标称长度间隔 的选取示例表 5 各校准范围段内选取的量块等级三珠工作台装在标定器的可动心轴上，使仪表的测量轴线通过玛瑙或三珠工作台的中心位置。将测微头调整到所选校准范围的起始位置，在仪表的球面测头与玛瑙或三珠工作台间放人 一 块量块(量块中心点大致在玛瑙或三珠工作台的中心)，调整仪表测头与量块接触并使其示值大致对零并记下初始值，然后按所选校准间隔，转动微分筒至各校准点，再以递增或递减的方式依次置换各量块，从仪表上读取并记录与初始值的偏差值。对不超过 1/3 m m的受校点按式(2)计算各点示值的绝对误差 乙为 =4 A 一(A l 一 l o)(2)式中:A A 在某校准点时仪表的 读数值与初始值的 偏差，t m;2 在该校准点时所用量块按等检定的 偏差，m;A l,对准起始位置时所用量块按等检定的 偏差，/r m o 对超过 1/3 m m的受校点按式(3)计算各点示值的相对误差 S为 D A一(4l 一I.)a=x 1 0 0%(3)式中:2 该校准点的标称值，u m.最后，取同方向上各校准点重复测量 3 次中的最大差值作为该点的测量结果。J J F 1 0 9 6-2 0 0 2指示仪表或显不仪表(比较 仪 或测 微 仪)尚 定 支架测 艾量 块玛 瑙工 作 合 或三 珠工 作 台可 动心 轴测微 头图S B类标定器的校准6.4.3 配对法 用表 5中“配对法”一栏所选量块等级对 A类标定器 l m m校准范围内进行校准。当以配对法校准正向或反向上某点示值时，转动微分筒以第一块量块对准仪表零位，然后以递增或递减的方式依次置换校准该点时相关长度的第二块量块，并在仪表上读数;再以第二块量块对准零位，然后再以递增或递减 的方式依次置换相关长度的第三块量块，同时在仪表上读数;依次类推，直到所校准的点全部校完。在每一个校准点上取(n一1)次读数的算术平均值作为该点的测得值。该校准点的示值误差式中:EA 人 艺A A 一(A l。一 l )。=一-不 万 一 一该校准点用各对量块校准时，读数值与 标称值之差的 代数和，u m;(4)A l 第 n 块(最后一块)量块按等检 定的偏差，l cm;A l 第一块用于对零位的量块按等检定的 偏差，N m;n一1 使用的量块对数;n为量块总数量。例如，对配置 数显电感测微仪的A 类标定器，用4 块3 等量块配3 对，对0.1 t m 挡进行校准。以一 l o r t m和+l o K m 两点为例，其校准结果见表6 a 校准可以在可动心轴正、反两个位移方向分别进行，也可以选择一个方向进行。最后取同方向各点中绝对误差或相对误差的最大值作为校准结果。校准正向示值时，量块标称长度按递增方式进行;校准反向示值时，量块标称长度按递减方式进行，这时必须注意先取掉量块，然后再调整微分筒的位移。J J F 1 0 9 6-2 0 0 2表 6 配对法校准t l o w m点的示值误差6.5 示值稳定性 将标定器上仪表测头与测微工作台上放置的任意等级量块相接触，示值调整到校准范围内任一点，等示值稳定后记下第一次读数值，然后每隔 1 5 m i n 记录一次读数值，连续观察 1 h，取其最大与最小读数值之差作为校准结果。6.6 支架刚性 仍用图 1 或图 5 的装置，仪表的指针(指标)对准某一标记(刻度)，对上支架施加 1 N 垂向力后(如在上支架靠近指示表处挂吊1 0 0 g 珐码)，仪表的 示值变化即为校准结果。7 校准结果表达校准结果应以“校准证书”或“校准报告”的形式给出。其内容见附录 C a8 复校 时间间隔送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议一般不超过 1 年。J.1 F 1 0 9 6-2 0 0 2附录 A引伸计标定器示值误差的测量不确定度A.1 测量方法和数学模型A.1.1 测量方法 对 A 类标定器，主要是测微仪表的示值误差。本例为电感测微仪，0.1 t m 挡示值范围为 一0.1,+0.1 m m，在 0.l m m校准范围内用 3 等量块以配对法测量获得。对 B 类标定器，主要是测微头的示值误差。本例用 3 等量块以扭簧比较仪为指示器用直接法测量获得。当不确定度以绝对形式表示时，选取用绝对误差形式表达的最大校准点(0.3 m m)进行评定;当不确定度以相对形式表示时，选取用相对误差形式表达的最小校准点(0.4 m m)进行评定。A.1.2 数学模型 配对法测量时 A类标定器在某校准点的误差 乙为Z A A，一(A l一 l,)n 一 1(a-8 t+At-8 a)(A.L)n 一 1式中:艺A A 在某校准点用各对量块校准时，读数值与标称值之差的 代数和，ti m;乙二 I A l 第。块(最后一块)量块按等检定的 偏差，r m;A l,第一块用于对零位的 量块按等检定的偏差，1 e m;n 一1 使用的量块对数，n为量块总数量;l 一 一 该校准点的 标称值 伽m)，本例为l 0 0 t m;a 量块的线膨胀系数为1 1.5 x 1 0-6/0 C;A t 室温对参考温度(2 0 9 C)的偏差，;a t 引伸计标定器对量块的温度差，为0.5 9 0;S a 引伸计标定器对 量块的线膨胀系数差，为2 x 1 0-b/0 C o 由于校准点的标称值很小，在校准条件下，上式第二项引入的不确定度分量可忽略不计。直接法测量时标定器在某校准点的误差 乙为 4=Q A一(,3 l 一 t o)一l(a-S t+,A t S a)(A.2)式中:A n 在某校准点时仪表的 读数值与初始值的 偏差，J i m;2 在该校准点时所用量块按等检定的 偏差，L M;A l,对准起始位置时所用量块按等检定的 偏差，t m;l 该校准点的标称值(K m)，本例为3 0 0 tt m和4 0 0 m;其余 同上。在校准条件下，上式第三项引人的不确定度分量可忽略不计。注:在本例中，若将温度变化引入的不确定度分量与其他各分量合成，发现它对合成标准不确 定度贡献极 小。故按微小分量处理，在以下的不确定度评定 中不再考 虑。.L T F 1 0 9 6-2 0 0 2A.2 方差和灵敏系数 各输人量彼此独立。依:u(妇=A.2.1 用配对法时，由式(A.1)得:J l 。u(二)一 2 u,()(n 1 1)2 咨 n 2(A)+u (，)+u-(l,)“由于 l。和l，的尺寸相近，量块的测量不确定度值相同，所以，u 2(h)=。，(l,)u (4)布早.沛L,2。2 戈a 一 i _,=。2(l)(A)+2 u 2(1)1(A.3)令则又因浅2,3,，n 一1)的不确定度来源相同，设(A)=U 2(A,)=.2(A,)=u (A,)二 一。(A,所 以 斤 一 兄 不=上式(A.4)代人式(A.3)，得=(n 一 1)tc z(A(A.4)斌(A)=，2(盛)1n一1)1了n一1(A(A.5)A.2.2 用直接法时，由式 1万:“，二 万万二=了(A.2)得:u (乃:当 校准点 小于l m m 时，由 于 l 和几令则u,乙)c 卫 二A.3 标准不确定度一览表 A类标定器用 3 等量块以配对法分量见表 A.1.的尺寸 一 相近，量块的测量不确定度值相同，所以，(l o)=u 2(1)=u 2(d)+2 u-(l)(A.6)。2=V 2(配对量块总数 n=4)校准时，标准不确定度各表 A.1 A类标定器在 0.l mm校准点时示值误差不确定度评定一览表BF 1 0 9 6-2 0 0 2表 A.1(续)对 B类标定器用 3 等量块和扭簧比较仪用直接法校准时，标准不确定度各分量见表A.2.表A.2 B类标定器在0.3 mm和 0.4 m m校准点时示值误差不确定度评定一览表A.4 计算分量标准不确定度A.4.1 由量块的不确定度估算的分量“(l)若O.I m m,0.3 m m和0.4 m m的校准点分别用 I m m,I.I m m,1.3 m m和 1.4 m m的3 等量块，则其中 心长度测量的 扩展不确定度 U二(0.1 0+1 1)-0.1 0 1 c m，置信概率为9 9%正态分布时，自由度，二，包含因子 k=2.5 8，不确定度估算的分量u(I)有:u(l)=0.1 0/2.5 8=0.0 3 9 m.A.4.2 与读数有关的误差引人的分量u(A)A.4.2.1 由 测量重复性估算的分量“,(A)对 A类标定器上所配置的电感测微仪校准时，如 O.I m m点，在重复性条件下，用配对使用的对零量块及校准(最后一块)量块连续测量 1 0组(每组 3 次)，求出实验标准差、p=0.1 1 I N m。在实际测量中只测一组，其自 由度 v=1 0 x (3-1)=2 0，则标准不确 定 度 分 量。,(A)=:，/而=0.0 6 4 tL m oA.4.2.2 量化误差引人的分量U 2(A)数 显仪表存在着量化误差带来的不确定度分量，设分辨力为 8,，则“(;)=0.2 9 5=;数显电感测微仪在0.1 p m挡时，其分辨力 8,=0.1 ti m，用配对法每次校准某点时由于对零时和校准时两次影响读数，故J J F 1 0 9 6-2 0 0 2 u,(A)二 涯u(r)=0.4 1 8,=0.0 4 1 1cm 该分量均匀分布，v。二。A.4.2.3 测量力变化引入的不确定度分量u,(A)校准时测力变化产生对量块压陷量不同，使测量结果出现误差，用电感测微仪时，该分量估计为0.0 1 4 p m，作均匀分 布处理，u,(A)=0.0 1 4 万=0.0 0 8 1 a m按其可靠程度，估计自由度，=1 2 0用扭簧比 较仪时，该分量估计为0.0 5 1A m，作均匀分布处理，u,(A)=0.0 5万=0.0 2 9 1 A m 估计自由度同上。A.4.2.4 微分筒瞄准误差引人的分量u 4(A)微分筒的分度值为0.2 1 i m，瞄准误差为0.1 1 c m，该量呈三角分布，按其可靠程度，估计自由度，=1 2，则不确定度引人的分量:0.1u 4 l A)=万=U.U 4 1 11 mA.4.2.5 仪表示值变动性引 人的不确定度分量。,(A)选用分度值为0.1 11 m的扭簧比 较仪时，其示值误差不超过0.1 5 1 c m，由该仪表的检定规程知其示值误差的三分之一为其示值变动性，即0.0 5 1 c m，该量呈均匀分布，自由度，0 o。其引人的分量u s(A)估算为:u s(A)=0.0 5万=0.0 2 9 1 z mA.4.2.6 仪表测头与量块测量面接触位置不正确引人的分量u b(A)上、下心轴不同轴，引起基准轴线与测量轴线的偏离。另外测量轴线与三珠工作台三珠接触点形成的定位面间垂直度最大为 0.0 1 m m(见附录 B图 B.1)，放上量块时产生斜置误差。上述两 项误差造 成测头 与量块测量 面接触位 置不正 确，该 误差约 为0.0 2 0 1 1 m。设该量为投 影分布，包含因子k=1 0/3，则 u,(A)=0.0 2 x 3/1 0=0.0 0 6 1 im 按其可靠程度，估计自由度，=1 2 注:本例使用玛瑙工作台放置2 m m以下量块时，引起的斜置误差可忽略不计。以上各项分量合成u(A):U 2(A)=艺u zu,(A)对 A类标定器，0.1 m。校准点的标准不确定度用绝对形式表示时(见表 A.1):(用量块以配对法校准电 感测微仪)u(A)=0.0 7 6 t m0.0 7 口0.0 4 1 0 0.0 0 8 0 o c 一+一1 2-3 9 J J F 1 0 9 6-2 0 0 2 对 B 类标定器，0.3 m m和 0.4 m m校准点的标准不确定度用绝对形式表示时(见表A.2):(用扭簧比较仪作指示器以量块校准微分筒)u(A)=0.0 5 8 k m0.0 5 8 0 n=0.0 2 9 0 0.0 4 1 4 0.0 2 少 -1 2 十 1 2+玉丽1w-3 8+一 不2A.5A.5合成标准不确定度 对 A类标定器校准时，依式(A.5)，得:=告 一(，卜 号 一(，0.1 m m校准点:“(。)=0 3 9 2=0.0 4 8048 4 e。=获 益0 4_0.0.0 44 0 0.0 184 一 6 一3 9 十 玉A.5.2对 B类标定器 0.3 m m点校准时，依式(A.6):u(。)=%1 0.0 5 8 2+2 x 0.0 3 9 2=00 8 0 p m 0.0 8 0._ 一二 二 二 不-二-I j l0.0 5 5 0.0 5 2 50 8 了+一 一 一 二 下 万 一 一 一A.5.3对 B 类标定器0.4 m m点校准时，用相对不确定度的形式U,-,l(户=竺 全立 表 示u,-1(S)、u()0.0 81 4 0 0=0.0 2%其有效自 由度，e。同A.5.2A.6 扩展不确定度A.6.1 对 A 类标定器，0.l m m 校准点:U 9 5=t 1 6(5 6)u,(,A)=2.0 0 x 0.0 4 8 1 n m=0.1 0 1 z mA.6.2 对 B 类标定器，0.3 m m校准点:U 9 5=t 9 5(1 3 7)u,(,A)=1.9 8 x 0.0 8 1i m=0.1 6 1 4 m;0.4 m m 校准点:U-19 5=t 9 5 (1 3 7)u,(8)=1.9 8 x 0.0 2%=0.0 4%A.7 表示形式 引伸计标定器示值误差的扩展不确定度:对A 类标定器0.1 m m点校准时，测量结果的扩展不确定度 U 9 5=0.1 O t i m 由 合成标准不确定度“(力=0.0 4 8 1 c m，置信概率p=9 5%，包含因子 k=2.0 0 所得;对B 类标定器0.3 m m 点校准时，测量结果的扩展不确定度 U 9 5=0.1 6 1 L m 由 合成标准不确定度u a(妇=0.0 8 1 cm，置信概率p=9 5%，包含因 子 k=1.9 8 所得;对 B类标定器 0.4 m m点校准时，测量结果的扩展不确定度 U 9 5=0.0 4%由合成标准不确定度u,(y)=0.0 2%,置信概率p 二 9 5%，包含因子k=1.9 8 所得。注:也可直接取 k=2，不必计算自由度。J J F 1 0 9 6-2 0 0 2附录 B校准引伸计标定器的专用工作台外套玛 瑙 头 钢珠工作 台 卞休锁 紧螺 母调 节螺 钉紧固 螺钉工 作 台主体紧 固螺 钉图 B.1 三珠工作台图 B.2 玛瑙工作台1 3 J J F 1 0 9 6-2 0 0 2附录 C校准证书的内容 校准证书应至少包括以下信息:7 标题:“校准证书”;2 实验室名称和地址;3 证书或报告的唯一性标识(如编号)，每页及总页数的标识;4 送校单位的名称和地址;5 被校对象的描述和明确标识;6 进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的接收日期;7 如果与校准结果的有效性和应用有关时，应对抽样程序进行说明;S 对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号;9 本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;1 0 校准环境的描述;1 1 校准结果及其测量不确定度的说明;1 2 校准证书签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期;1 3 校准结果仅对被校对象有效的声明;1 4 未经实验室书面批准，不得部分复印证书或报告的声明;巧建议下次校准 日 期。