轨距尺检定装置量值比对及测量不确定度评定要点

轨距尺检定装置量值比对

及测量不确定度评定

一引言

计量比对是在规定条件下，在相同量的计量基准、计量标准所复现或保持的量值之间进行比较、分析和评价的过程。通过比对，可以综合考察实验室的检测能力，比较准确地了解实验室的环境条件及仪器设备准确度，客观地反映实验室的能力与水平，考察检定人员的技术水平并可识别实验室中的问题及技术能力方面上的不足，并制定相应的补救措施，这些措施可能涉及诸如个别人员的行为或仪器的校准，或者检测方法等，从而保证所传量值的准确、一致、可靠。

2011年8月，×××（单位名称略）组织了本局轨距尺检定装置量值比对工作。由×××（单位名称略）作为主导实验室，其主要任务为：

a）制定并提出比对方案；

b）提供传递标准；

c）提出比对测量参考装置；

d）负责比对样品数据的准确和稳定可靠；

e）负责整理比对实验结果，提供分析和比对结论，完成比对报告；

f）遵守并执行保密规定；

g）负责解答与比对有关的技术问题。

参加此次轨距尺检定装置量值比对的参比实验室分别是×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务段计量室、×××工务机械段计量室、×××工务段计量室等10家单位。参比实验室比对使用的计量标准器是轨距尺检定装置，分别为石家庄铁路司机学校生产的Ⅰ、Ⅱ级轨距尺检定器和苏家屯轨距尺厂生产的Ⅱ级轨距尺检定器。

本次由主导实验室提供的传递标准是石家庄铁路司机学校生产的2根名义尺寸均为1435mm的量规，编号为001的量规作为正式传递标准，编号为002的量规作为备用传递标准，2根传递标准的参考值在比对试验开始前和结束后均测量一次量值。各参比实验室依据JJG219-2008《标准铁路轨距尺》检定规程分别对编号为001的传递标准进行比对检测，给出测量结果和测量不确定度评定报告，×××（单位名称略）作为主导实验室对各参比实验室提供的检测数据进行了认真统计，合理周密地分析研究，形成比对结果报告。

二比对路线和时间安排

1 比对路线

此次量值比对工作采取环形比对方式，首先由×××（主导实验室）对2根传递标准进行测量，然后将传递标准依次送到上述10个参比实验室单位进行测量，最后将传递标准返还到主导实验室进行复校，以验证传递标准量值变化是否正常。若两次测量结果均在测量不

确定度范围内，则本次所有比对数据有效，从而保证了传递标准在传递过程中没有损坏，保证了比对工作客观、公正、准确，科学。

2 比对时间安排

参比实验室要在规定时间内完成传递标准交接，测量、数据处理，送还传递标准并上交比对试验记录、比对结果报告、测量不确定度等。比对时间安排见表1。

表1 时间表

三比对进程

2011年由×××（单位名称略）下达比对计划，2011年6月主导实验室完成了比对实施细则的编写以及传递标准的准备工作；2011年6月召开了比对准备工作研讨会，讨论确定了比对实施细则；2011

年8月－9月完成了10个参比实验室的比对试验；各参比实验室从2011年9月5日前提交了比对报告；主导实验室于2011年9月6日开始整理比对数据，对试验数据进行了分析处理，于2011年9月底完成了比对数据汇总分析及比对总结报告。

四轨距尺检定装置量值比对方法及比对过程

轨距尺检定装置量值比对的检测方法采用比较测量法，检测依据JJG219-2008《标准铁路轨距尺》检定规程。

轨距尺检定装置量值比对的主要内容：根据检定规程对传递标准进行检测，传递标准由比对工作组携带到各参比单位进行现场比对检测，到达每个单位实验室后，在现场检测前比对工作组对2件传递标准的包装盒进行启封，该参比实验室项目负责人要立即核查是否有任何损坏，也要做好记录，填好验收单后交比对工作组，并在封样状态下对传递标准进行2小时恒温处理，恒温后由比对工作组成员与参比单位操作人员共同检查编号001的传递标准状态并做好交接记录。如发现该传递标准出现异常，应立即启用另一传递标准进行比对检测。如果由于参比单位造成传递标准出现异常，则视为参比单位失格，取消继续比对资格，在下一参比单位启用备用传递标准进行检测。

比对检测规定的时间为30分钟（包括数据处理）。参加比对检测的检定人员至少二人，且已取得计量检定人员证。传递标准每次测量时都必须重新调整轨距尺检定装置，且要连续重复测量10次，并做好原始记录，签好字，完成比对试验后，由考核组当场封样，带走传递标准和原始记录。

五 比对结果 1 比对数据汇总

主导实验室和各参比实验室比对数据的基本情况见表2.

表2 比对数据

2 参比实验室比对结果的一致性

参加实验室比对结果的一致性是指各参比实验室比对结果与参考值的一致程度，用E n 值表示。

2

2

ref

lab n U U X x E +-=

式中，n E —比对结果的评价值，即归一化偏差；

x －参比实验室的测量结果；

X －主导实验室的测量结果；

lab U －参比实验室测量结果的不确定度；

ref U －主导实验室测量结果的不确定度。

其中lab U 和ref U 的扩展因子均取k =2

E数的判别准则是：

n

当：

E≤1—满意；

n

E＞1—不满意。

n

En值见表2。

从表中可以看出除少数个别单位之外，大多数参比实验室的测量结果与主导实验室的参考值之差在合理的预期之内，比对的一致性可以接受。

六轨距尺检定装置量值比对测量结果及不确定度评定

1 主导实验室使用测长机测量传递标准测量结果

使用测长机测量传递标准（量规）尺寸结果：

传递标准（量规），编号001，规格：1435mm，测量结果：1434.950mm。测量方法：移动头座、尾座分别对在毫米、分米金属标尺零位上，利用调整螺钉找转折点调正两测帽并置零位，将五等和四等量块组成尺寸1435mm，用量块支架将其固定在支撑板上，调整测长机工作台对好仪器，然后将量块卸下，将传递标准安装在测长机上，使两支承点位于距两端为0.2203L（白塞尔点）处，即：0.2203×1435=316mm 处，测量传递标准尺寸，测量结果报告如下：

实验人员: ×××核验人员:×××

2 使用测长机测量传递标准（量规：编号001）测量结果的不确定度评定

2.1 数学模型

δ+=S L L

式中：-L 传递标准的长度；

-S L 五等和四等组合量块的长度；

-δ比对样品和五等和四等量块差值的算术平均值；

2.2 计算分量标准不确定度

1 测长机的示值误差引起的标准不确定度分量)(L u

1.1测长机的示值误差由分米刻度尺的误差1?、毫米刻度尺的误差2?和微米刻度尺的误差3?组成。根据JJF1066—2000《测长机校准规范》，

1?=±(0.5+L ／100)= ±(0.5+1400／100)= ±14.5μm; 2?=±(0.6+L ／200)= ±(0.5+35／100)= ±0.85μm;

3?=±0.2μm;

以上三项误差为均匀分布且有较高的置信概率，估计其相对不确

定度为10﹪，则

自由度ν（Δ1）=ν（Δ2）=ν（Δ3）=50

)(1?u =Δ1/3 =14.5/3=8.37μm; )(2?u =Δ2/3 =0.85/3 =0.49μm;

)(3?u =Δ3/3 = 0.2/3 =0.12μm;

1.2 测量重复性估算的标准不确定度分量)(4L u

实验标准偏差4SL 是以传递标准在测长机上受检10次求出，

4SL =0.0006mm ，则)(4L u =0.0006mm=0.6μm ，自由度ν（L 4）=9。

以上各项合并，得

)(2L u =)(12?u +)(22?u +)(32?u +)(42L u

=8.372+0.492+0.122+0.62

=70.67 则，)(L u =8.4μm

2 量块的标准不确定度分量2u

1435mm 尺寸是由五等量块500mm 、400mm 、30mm 、5mm 和四等400mm 等组合而成。4块五等量块的测量不确定度分别为U 500=3μm 、U 400=2.5μm 、U 30=0.8μm 、U 5=0.60μm ，取k=2.8；四等量块500mm 测量不确定度为U 500=1.2μm ，取k=2.8；则五等量块标准不确定度为：u 500=3/2.8≈1.07μm 、 u 400=2.5/2.8≈0.89μm 、u 30=0.8/2.8≈0.29μm 、u 5=0.6/2.8≈0.21μm ；

四等量块标准不确定度为：u 500=1.2/2.8≈0.43μm ，由此引起的标准不确定度分量：

m u μ5.143.021.029.089.007.1222222=++++=

3 传递标准和量块线膨胀系数差估算的标准不确定度分量3u

传递标准和测长机分米刻度尺热膨胀系数α均在（11.5±1）×

10-6℃-1范围，其膨胀系数差δα在半宽2×10-6℃-1

的区间内均匀分布，温度变化范围为±1℃，估计其相对不确定度为10﹪，故： 3u =1435×2×10-6

℃-1

×1/3 =2μm

4 传递标准和量块间的温度差估算的不确定度分量4u

量规与量块有一定的温差存在，并以均匀分布落于估计区间－0.5℃—+0.5℃内任何处，相对不确定度10﹪，则 4u =1435×22.6×10-6

℃-1

×/3 =20μm 5 标准不确定度一览表

表1 标准不确定度一览表

6 合成标准不确定度

c u 2 =)(2L u +22u +32u +42u

=8.42+1.52+22+202

=476.55

c

u

=21.83μm

7 扩展不确定度U 95

U 95= 2×c u =2×21.83=43.66μm =0.044mm 。

8 测量结果的表示

L=（1434.950±0.044）mm 。

七 比对分析和总结

1.本次比对各参比实验室都能独立完成比对试验，并且完成了数据

处理和不确定度分析。从比对结果中可以看出，有2个实验室的En值＞1，1个实验室的En值无值，这说明这些实验室在比对的过程中以及比对结果的数据处理中存在着一定的问题，现分析与总结如下：

1 从效果上看，这次比对工作十分重要也非常成功，通过这次量值比对工作，对提高站段检测能力起到了积极的促进和激励作用，从客观上验证了10个单位的检测能力；

2 各个单位从段领导、技术科负责人到计量检定员，对此次比对工作非常重视，都作了精心准备，各参比实验室检测的数据的一致性较好，取得了预期的效果；

3 各个单位的计量室的环境条件都不一样，由于工作量规和传递标准材质一样，因此，大多数单位都能对温度影响传递标准检测的不确定度分析评定准确；

4 大多数参比实验室的比对结果En值的绝对值都小于1，说明每个参比实验室都能做好计量标准的维护和管理，检定人员都能规范熟练地开展检定工作；

5 个别单位在实际操作中，对如何用工作量规实际尺寸通过百分表对轨距尺检定器进行修正还存在一定问题，应该是量规的实际尺寸与检定器百分表的读数相一致；

6 各参比实验室对测量不确定度的分析基本上能够从本单位环境条件、人员因素、检定器、测量方法以及工作量规与传递标准五个方面

进行分析，总体来说，大多数单位分析的基本正确，但个别单位不确定度分析，没有从传递标准与工作量规的关系考虑，而是从检定器与传递标准方面分析不确定度分量，分析过程不对；有的单位不确定度分析结果出现不带单位的百分数，在不确定度分析方面还存在一定的问题。

最后，提几点建议：

1 提高轨距尺检定装置实际操作能力，尤其是如何用工作量规实际尺寸对准检定器进行修正问题以及温度对材质不同的被测件的修正问题；

2 继续加强测量不确定度评定能力的提高，从实际工作出发，分析方法与实际相符；

3 明确比对工作目的，及时纠正比对中发现的问题。