标准轨距铁路轨距尺检定结果的测量不确定度评定.pdf

西铁科技2/202349调查与实践标准轨距铁路轨距尺检定结果的测量不确定度评定西安局集团公司科学技术研究所王娟摘要：本文主要通过对使用正弦（I型）轨距尺检定器检定轨距尺中的不确定度进行分析，确认轨距尺检定的技术要求、测量条件和测量方法的科学性、可行性和经济性关键词：轨距；超高；示值；误差；不确定度0引言轨距和超高是铁路线路重要参数。标准轨距铁路轨距尺（以下简称轨距尺）是主要用于测量铁路线路轨距和超高的专用计量器具。轨距尺检定装置是用于检定轨距尺的计量标准，该标准的准确度，直接关系着轨距尺检定的质量，进而影响着铁路线路维修、保养质量，因此，轨距尺检定装置必须符合相应技术要求，检定结果的不确定度就是其重要技术要求之一。下面就检定结果的不确定度进行评定。1轨距尺轨距示值误差的不确定度评定1.1目标不确定度根据JJF1094-2002测量仪器特性评定中5.3.1.4的规定，评定轨距示值误差的扩展不确定度U(k=2)与其最大允许误差的绝对值MPEV之比，应小于或等于1:3，即U1/3MPEV，轨距尺轨距的最大允许误差为0.2 5 mm，考虑到各项经济成本和现场实际情况，于是得到与规程技术要求相对应的目标不确定度Ug=0.083mm。1.2原理、方法、程序和条件1.2.1测量原理各项均采用机械接触后进行直接测量。1.2.2测量方法采用I级轨距尺检定器对轨距尺进行直接测量1.2.3数学模型=L-(143 5 mm+L,+L,-L)式中：公示值误差,mm;L一轨距尺轨距示值，mm；AL检定器量杆实际偏差，mm;AL2检定器轨距指示值，mm;AL检定环境温度引人的修正值,mm。1.2.4初始测量程序将检定器的纵、横向水平调好，打开两个测量块上的两个测量板，将检定器量杆轻放在检定器上，反复轻微旋动检定器手轮，使量杆两端分别与两个测量块的测量面轻轻接触，再将检定器轨距显示值置零，然后将检定器调整至轨距的相应检定点（以最大值1470mm处为典型检定点），得到标准值，然后从轨距尺上读取相应的指示值。1.2.5初始测量条件轨距尺检定器符合相应的技术指标要求（工作量杆按实际值0.01mm使用);数字式读数（被检轨距尺）显示的分辨力为0.0 1mm；被检轨距尺与检定器间的温度差不超过0.5；检定器是钢制的；检定人员是经过培训的，熟悉检定器的使用和检定操作程序及方法。1.3不确定度来源列表和讨论1.3.1不确定度分量的说明和计算(1)重复性引人的标准不确定度分量u在重复性条件下对轨距尺西铁科技2/202350度分量为：布，膨胀系数差引人的标准不确定度变化范围为土定为均匀习分距尺已自动实现修正），修正后温境温度对此影乡响进行修正（数显轨22.6x10-要根据相应环10-6/.的膨胀系数为检定器的膨胀系数为11.5 u5系数差引人（的标准不确定度分量（5）检定测轨距尺膨胀u.=u+f,+u,=(V0.035+0.010+0.0058)mm=0.037mm标准不确定度分量：上述三器引人的标准轨距铁路轨距尺检定结果的测量不确定度评定调查与实践1470mm点重复测量10 次，求得单次实验标准偏差为s=0.0052mm。则重复性引人的标准标准不确定度分量为：u;=s=0.0052mm（2）轨距尺分辨力引人的标准不确定度分量2轨距尺分辨力为0.0 1mm，假定为均匀分布，则其引人的标准不确定度分量为：0.01u0.0029mm2/3(3）量杆引人的标准不确定度分量u3量杆实际值的扩展不确定度为0.0 2 mm（k=2）则其引人的标准不确定度为：u;=0.02/2=0.01mm（4）检定器引人的标准不确定度分量u4检定器示值误差引人的标准不确定度分量u41检定器的轨距示值误差不超过0.0 6 mm，假定为均匀分布，则其引人标准不确定度为：0.060.035mmV3检定器测量面对其两顶面公共平面的垂直度引人的标准不确定度分量u42检定器测量面对其两顶面公共平面的垂直度不大于0.0 5 mm，根据检定器的工作特点，故每个测量面因垂直度误差的存在使得相应误差值等概率落于估计区间一0.025mm0mm内任何处，假定为均匀分布，考虑到两端测头的要求相同，则其引人的标准不确定度分量为：0.025/2u42=V2=0.010mmV3检定器轴向窜动引入的标准不确定度分量U43检定器轴向窜动不大于0.01mm，假定为均匀分布，则其引人的标准不确定度分量为：0.01=0.0058mmV31470(22.6-11.5)101mm=0.0094mmV3(6)检定器与被测轨距尺间的温度差引人的标准不确定度分量U6检定器与轨距尺有一定的温差存在，并以等概率落于区间-0.5 0.5 内任何处，假定为均匀分布，温度差引人的标准不确定度分量为：147022.6100.5mm=0.010mm31.3.2不确定度分量一览表（见表1）1.3.3合成标准不确定度u.=ui+ui+ui+us+ug=(V0.00422+0.01+0.0372+0.00942+0.010)mm=0.041mm1.3.4扩展不确定度包含因子k=2，则扩展不确定度U为U=ku.=2 x0.041mm=0.08mm(k取 2)轨距示值误差的扩展不确定度U=0.08mm小于目标不确定度Ug=0.083mm2轨距尺超高示值误差不确定度评定2.1目标不确定度根据JJF1094-2002测量仪器特性评定中5.3.1.4的规定，评定超高示值误差的扩展不确定度U(k=2)与其最大允许误差的绝对值MPE之比，应小于或等于1:3 即U1/3MPE，轨距尺超高的最大允许误差为0.3 0 mm，考虑到各项经济成本和现场实际情况，于是得到与规程技术要求相对应的目标不确定度 Ug=0.10mm。表1不确定度来源u(xi)ciui备注重复性0.0052mm0.0052mm轨距尺分辨力0.0029mm10.0029mm忽略量杆0.01mm10.01mm示值误差0.035mm检定器垂直度0.010mm10.037mm轴向窜动0.0058mm膨胀系数差0.0094mm10.0094mm温度差0.010mm10.010mm西铁科技2/202351/0.021+0.0362)mm=0.042mm12.3.3合成标准不确定度览表（见表2）2.3.2不确定度分量u,=yus,+us,=(V0.035+0.0060*)mm=0.036mm标准轨距铁路轨距尺检定结果的测量不确定度评定调查与实践2.2原理、方法、程序和条件2.2.1测量原理各项均采用机械接触后进行直接测量。2.2.2测量方法采用I型轨距尺检定器对轨距尺进行直接测量2.2.3数学模型e=Hi-Ho式中：e轨距尺的超高示值误差；H,一车轨距尺的示值Ho-检定器的示值。2.2.4初始测量程序将检定器轨距置零位，再将检定器的纵、横向水平仪的水泡对中后，使用检定器检定轨距尺的超高示值误差。2.2.5初始测量条件数字式读数（被检轨距尺）显示的分辨力为0.0 5 mm；被检轨距尺与检定器间的温度差不超过0.5;检定人员是经过培训的，熟悉检定器的使用和检定操作程序及方法。2.3不确定度来源列表和讨论2.3.1不确定度分量的说明和计算(1)重复性引人的标准不确定度分量山在重复性条件下对轨距尺180mm点重复测量10 次，求得单次实验标准偏差为s=0.021mm。则重复性引人的标准标准不确定度分量为：uj=s=0.021mm(2）轨距尺分辨力引人的标准不确定度分量u2轨距尺分辨力为0.0 5 mm，假定为均匀分布，则其引人的标准不确定度分量为：0.05U2=0.014mm2/3（3）检定器引人的标准不确定度分量山3检定器示值误差引人的标准不确定度分量u31检定器的轨距示值误差不超过0.0 6 mm，假定为均匀分布，则其引人标准不确定度为：0.060.035mm检定器水准泡对中引人的标准不确定度分量u32检定器纵向水泡的分度值不大于2 0，假设按10 分之一估读，由此导致测量块上平面的高度差为 15 0 5 mm xsin(20/10/3600)=0.0146mm，假定为三角分布，则其引人的标准不确定度分量为：0.0146u32=0.0060mmV6上述两项合成，检定器引人的标准不确定度分量：2.3.4扩展不确定度包含因子k=2，则扩展不确定度为：U=k xu.=2x0.042=0.08mm轨距示值误差的扩展不确定度U=0.08mm小于目标不确定度Ug=0.010mm。参考文献：11JF1059.1-2012，测量不确定度的评定与表示。2IJF1094-2002,测量仪器特性评定.3UJG2192015,标准轨距铁路轨距尺检定规程，表2不确定度分量一览表不确定度来源u(xi)ciui备注重复性0.021mm0.021mm轨距尺分辨力0.014mm10.014mm忽略示值误差0.035mm检定器10.036mm水准泡对中0.0060mm