计量标准技术报告光学仪器.docx
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计量标准技术报告光学仪器
计量标准技术报告
计量标准名称
检定光学仪器标准器组
建立计量标准单位
镇江市计量所
计量标准负责人
包剑
筹建起止日期
1985年12月
说明
1、申请建立计量标准应填写《计量标准技术报告》。
计量标准考核合格后由申请单位存档。
2、《计量标准技术报告》由计量标准负责人填写。
3、《计量标准技术报告》用计算机打印或墨水笔填写，要求字迹工整清晰。
目录
一、计量标准的工作原理及其组成………………………………………
（1）
二、选用的计量标准器及主要配套设备…………………………………
（2）
三、计量标准的主要技术指标……………………………………………（3）
四、环境条件………………………………………………………………（3）
五、计量标准的量值溯源和传递框图……………………………………（4）
六、计量标准的测量重复性考核…………………………………………（5）
七、计量标准的稳定性考核………………………………………………（6）
八、测量不确定度评定……………………………………………………（7）
九、计量标准的测量不确定度验证……………………………………（10）
十、结论…………………………………………………………………（11）
十一、附加说明…………………………………………………………（11）
一、计量标准的工作原理及其组成
按JJG56-2000《工具显微镜检定规程》，JJG57-1999《光学、数显分度头检定规程》、JJG108-1982《投影仪检定规程》，本套计量标准主要用于万能工具显微镜和大、小型工具显微镜的首次检定、后续检定和使用中的检验以及用于检定新制造、修理后和使用中的光学、数显分度头及测量用投影仪。
以检定仪器示值误差为例，计量标准的工作原理叙述如下：
1.检定工具显微镜
1.1检定万能工具显微镜
在主显微镜上安装轮廓目镜，移动滑板使毫米刻度尺处于零位，将玻璃刻度尺放置在仪器工作台中间位置上，调整玻璃刻度尺及工作台，使玻璃刻度尺平行于滑板移动方向，并使其零线与轮廓目镜视场中的双线对准，按仪器读数装置进行读数。
然后依次每移动25mm，使玻璃刻度尺的相应影像与轮廓目镜中的双线对准，并依次按读数装置读数。
每点应进行4次对准和读数，取其平均值作为该点上的读数。
仪器的示值误差应在工作台正、反行程上进行检定。
1.2检定大、小工具显微镜
在主显微镜上安装轮廓目镜，借助相应尺寸的量块或转动微分筒使滑板处于对应工作行程的中间位置上，将玻璃刻度尺放置在仪器工作台中间位置上，调整玻璃刻度尺及工作台，使玻璃刻度尺平行于滑板移动方向，并使其零线与轮廓目镜视场中的双线对准，记下仪器微分筒的起始读数。
然后依次每隔5mm检定。
每点应进行4次对准和读数，取其平均值作为该点上的读数。
当正向行程检定至微分筒终点后，再反向行程上进行检定至微分筒起点。
微分筒示值误差检定后，还应检定仪器使用量块时的示值误差。
2.检定光学、数显分度头
以检定分度值为10的分度头为例。
将多面棱体借助心轴固定在分度头上,仪器度盘位于0位置，调整多面棱体使其0工作面与自准直仪照准，在分度头读数装置中读数。
然后转动分度头使度盘分别为30、60……330位置，在读数装置中分别读数。
这一检定应在分度头正、反方向上各检一次，对棱体偏差修正之后，分别求得每个测回的误差值，示值误差以正、反方向上最大值与最小值之差来确定。
3.检定投影仪
以检定螺旋副机构为例。
将玻璃刻度尺放置在仪器工作台中间位置上，调整玻璃刻度尺，使其平行于滑板移动方向。
在影屏中心安置双刻线分划板，并使其对准玻璃刻度尺零线，记下微分筒的起始读数。
然后根据微分筒的受检点依次转动并读数。
示值误差以正、反方向上最大值与最小值之差来确定
本套计量标准主要由二等玻璃刻度尺和三等多面棱体等组成。
1
二、选用的计量标准器及主要配套设备
计
量
标
准
器
名称
型号
测量范围
不确定度或
准确度等级或
最大允许误差
制造厂及
出厂编号
检定证书号
玻璃线纹尺
（0~200）mm
二等
/802428
苏长06字第2002299号
光学仪器检具
北京计量工厂
/70213
苏长04字第2002239号
正多面棱体
24面
三等
中国计量院工厂/8413
苏长04字第2002674号
主
要
配
套
设
备
数显电感测微仪
DGJ-6
（0~0.1）mm
0.3m
中原量仪厂
/19
苏长11字第2002107号
量块
83块组
（0.5~100）mm
三等
成都量具刃具厂/71121
苏长01字第2002215号
量块
83块组
（0.5~100）mm
三等
成都量具刃具厂/2694
苏长01字第2002249号
平直度检查仪
5mm/m
哈尔滨量具刃具厂/1-279
102B4504
扭簧比较仪
0~0.05mm
哈尔滨量具刃具厂/0086
102B4512
特殊平晶
L-40mm
北京计量工厂
102A4024
2
三、计量标准的主要技术指标
1.二等玻璃线纹尺
测量范围：
（0~200）mm；
最大允许误差：
0.5m.
2.正多面棱体
测量范围：
（0~360），24面；
最大允许误差：
0.5.
四、环境条件
项目
要求
实际情况
结论
温度
（201）℃
20℃
合格
温度变化
≤1℃/h
0.3℃/h
合格
3
五、计量标准的量值溯源和传递框图
上
一
级
计
量
器
具
江苏省计量测试技术研究所
一等标准玻璃线纹尺标准测角仪
0~200mm360
Δ=（0.1+0.5l）mΔ=0.2
直接测量
本
单
位
计
量
器
具
镇江市计量测试技术研究所
检定光学仪器标准器组
0~200mm360
Δ=（0.2+1.5l）mΔ=0.5
直接测量
下
一
级
计
量
器
具
镇江市各企事业单位
工具显微镜光学、数显光学、数显投影仪读数显微镜
分度台分度头
2001003603602002000~10mm
Δ=（1+10l）mΔ=2Δ=2Δ=（4+20l）mΔ=10m
4
六、计量标准的测量重复性考核
以检定万能工具显微镜纵向200mm受检点为例。
测量重复性是使仪器毫米线纹尺处于零位，同时调整好玻璃线纹尺，使玻璃线纹尺的零线与轮廓目镜视场中的双线对准，按仪器读数装置进行读数。
然后移动滑板至200mm处，使玻璃线纹尺的相应影像与轮廓目镜中的双线对准，并按读数装置读数。
重复对准200mm刻线并读数，进行10次，得以下数据：
200.0000mm;200.0001mm;200.0002mm;200.0002mm;200.0002mm;
200.0002mm;200.0001mm;200.0001mm;200.0002mm;200.0003mm.
得：
n=10；平均值
=200.00016m.
于是其重复性为：
s
=
=0.09m
该数值小于测量不确定度评定（4.1）中引入的单次测量标准偏差s=0.12m
计量标准的重复性考核合格。
5
七、计量标准的稳定性考核
现将历年（2000年~2002年）江苏省计量测试技术研究所的二等玻璃线纹尺检定证书中检定数据作为计量标准的稳定性考核的有效数据（以200mm为例）进行数据分析：
检定日期
检定证书号
玻璃线纹尺200mm点
实际尺寸（mm）
2000年9月21日
苏长06字第2000337
200mm-0.2m
2001年9月12日
苏长06字第2001209
200mm-0.2m
2002年9月17日
苏长06字第2002299号
200mm-0.5m
上表中，最大值与最小值之差为-0.3m，＜0.50m，符合JJG73-1994《长度至200mm一、二等玻璃线纹尺检定规程》中关于玻璃尺全长的年变化量的要求。
计量标准的稳定性考核合格。
6
八、测量不确定度评定
1概述
1.1测量方法：
依据JJG56-2000《工具显微镜检定规程》。
1.2环境条件：
温度（20±1）℃。
1.3测量标准：
二等玻璃线纹尺,测量范围：
（0~200）mm；最大允许误差：
0.5m.
1.4被测对象：
以检定万能工具显微镜示值误差为例评定测量不确定度。
1.5测量过程：
在主显微镜上安装轮廓目镜，移动滑板使毫米线纹尺处于零位，将玻璃线纹尺放置在仪器工作台中间位置上，调整玻璃线纹尺及工作台，使玻璃线纹尺平行于滑板移动方向，并使其零线与轮廓目镜视场中的双线对准，按仪器读数装置进行读数。
然后依次每移动25mm，使玻璃线纹尺的相应影像与轮廓目镜中的双线对准，并依次按读数装置读数。
每点应进行4次对准和读数，取其平均值作为该点上的读数。
仪器的示值误差应在工作台正、反行程上进行检定。
各点示值误差分别不大于（1+L/100）m。
下面分析万能工具显微镜纵向示值误差的测量不确定度。
2数学模型
万能工具显微镜各点示值误差按式
（1）计算：
δi=（ai-a0）–Li（mm）
（1）
式中：
i——每一受检点的序号，i=1，2，3，…；
ai、a0——第i受检点和起始点上仪器的读数（mm）；
Li——检定第i点时玻璃线纹尺所用的一段实际尺寸（mm）。
考虑到测量中可能导致不确定度的其它来源，式
（1）可写成：
δi=（ai-a0）–Li+δa+δb
（2）
式中：
δa——检定时温度偏离标准温度对检定结果的影响；
δb——检定时玻璃线纹尺与仪器的温度差对检定结果的影响。
3方差和灵敏系数
式
（2）中，没有任何输入量具有值得考虑的相关性。
依
，有
（3）
式（3）中，u1、u2、u3、u4、u5分别为ai、a0、Li、δa、δb的标准不确定度。
又，式（3）中，灵敏系数的绝对值均为1，故可写为
（4）
4计算分量标准不确定度
4.1测量重复性估算的不确定度分量u1和u2
7
八、测量不确定度评定
u1和u2的不确定度来源相同，故u1=u2。
以受检点为200mm为例，测量重复性是使仪器毫米线纹尺处于零位，同时调整好玻璃线纹尺，使玻璃线纹尺的零线与轮廓目镜视场中的双线对准，按仪器读数装置进行读数。
然后移动滑板至200mm处，使玻璃线纹尺的相应影像与轮廓目镜中的双线对准，并按读数装置读数。
重复对准200mm刻线并读数，进行10次，得以下数据：
200.0000mm;200.0001mm;200.0004mm;200.0002mm;200.0002mm;
200.0002mm;200.0001mm;200.0001mm;200.0003mm;200.0003mm.
实验标准差s=0.12m，n=10。
在实际检定中每点应进行四次对准和读数，取其平均值作为该点读数，故有
=0.06m
4.2标准玻璃线纹尺的不确定度分量u3
二等标准玻璃线纹尺检定结果的测量不确定度为：
（0.2+1.5L）m，置信概率为99.97%。
当L=200mm时，该点不确定度为0.5m，置信概率99.97%按正态分布处理，对应的包含因子kp=3，则
=0.17m
4.3温度偏离标准温度对检定结果的影响引入的不确定度分量u4
按JJG56-2000《工具显微镜检定规程》要求，当检定万能工具显微镜时，检定室内的温度为（201）℃。
温度的影响体现在仪器毫米线纹尺与标准玻璃线纹尺的线膨胀系数差Δα的不确定度上，仪器毫米线纹尺与标准玻璃线纹尺的线膨胀系数α均在（10.20.5）10-6℃-1范围内满足矩形分布，则线膨胀系数差Δα在1.010-6℃-1的区间内满足三角分布。
按偏离标准温度1℃计算，得
m
估计其相对不确定度为10%，得自由度
4=50。
4.4标准玻璃线纹尺与仪器的温度差对检定结果的影响引入的不确定度分量u5
标准玻璃线纹尺和仪器平衡温度时间充分后，温度差以等概率落于估计区间（-0.3~+0.3）℃内任何处，即温度差在估计区间（-0.3~+0.3）℃内为均匀分布，温度差对检定结果的影响量的误差限δb=200mm（10.210-6）℃-10.3℃=0.61m。
所以，有
8
八、测量不确定度评定
m
估计其相对不确定度为25%，得自由度
5=8。
5合成标准不确定度
=0.062+0.062+0.172+0.092+0.362
=0.1738（m）2
0.42m
6有效自由度
7扩展不确定度
0.90m
8报告
万能工具显微镜纵向示值误差的扩展不确定度：
U95=0.90m，合成标准不确定度
m，有效自由度
，包含因子kp=t95（14）=2.16，从而具有约为95%概率的置信区间。
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九、计量标准的测量不确定度验证
以一台稳定的万能工具显微镜，分别用我所及扬州市计量所的检定光学仪器标准器组进行检定，检定数据如下：
检定单位
200mm点示值误差（m）
扩展不确定度
我所
1.5
U95=0.90m
扬州市计量所
1.3
U95=0.91m
可得：
=0.2m＜
≈1.3m
计量标准的测量不确定度验证合格。
10
十、结论
检定光学仪器标准器组符合JJF1033-2001《计量标准考核规范》的要求，可按照JJG56-2000《工具显微镜检定规程》、JJG57-1999《光学、数显分度头检定规程》、JJG305-1992《光学、数显分度台检定规程》、JJG904-1996《读数显微镜检定规程》及JJG108-1982《投影仪检定规程》，开展万能工具显微镜和大、小型工具显微镜，光学、数显分度头，光学、数显分度台，读数显微镜及测量用投影仪的检定工作。
十一、附加说明
计量标准技术报告于二○○二年按JJF1033-2001《计量标准考核规范》的要求，重新撰写。
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