轉速測量儀的測量不確定度評定

【摘要】 轉速測量儀廣泛地應用在機械加工、大型制造業等領域，對轉速參數的測量起著至關重要的作用。本文介紹了轉速測量儀的原理及測量過程，并對測量結果的不確定度進行了分析。

【關鍵詞】 轉速測量儀;校準;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.025

Evaluation of Measurement Uncertainty of Rotational Speed Measuring Instruments

WU Jing

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： Rotational speed measuring instrument is widely used in machining，manufacturing and other fields，and plays a very important role in measuring rotational speed parameters. This paper introduces the principle and measuring process of the rotational speed measuring instrument，and analyzes the uncertainty of the measuring result.

Key words： rotational speed measuring instrument;calibration;uncertainty

1 測量原理

轉速測量儀通常采用微處理控制技術，實現轉速、頻率、計數等功能的測量。轉速測量儀一般由激光傳感器、光電傳感器、霍爾傳感器以及顯示儀表組成，廣泛應用于制造業、機械加工行業等領域。轉速測量儀不同于轉速表，轉速表的準確度等級主要分為0.05級、0.1級、0.5級、1級和2級。而轉速測量儀的準確度等級往往要比轉速表的準確度等級高，測量范圍內也更大。主要分為0.001級、0.002級、0.005級和0.01級。

2 測量結果不確定度評定

2.1 測量過程簡述

2.2.1 測量依據

JJG 1134-2017《轉速測量儀》檢定規程。

2.2.2 測量環境

環境溫度：（23±5） ℃;相對濕度：≤85%。

2.2.3 測量標準

轉速標準裝置，由溯源證書可知，其相對擴展不確定度均為Urel=1×10-5（k=3）。

2.2.4 被測對象

轉速測量儀。

2.2.5 測量方法

測量前先自查轉速測量儀，確保轉速測量儀工作狀態正常。將轉速測量儀進行安裝，使其處于正常工作狀態并能夠依次實時測量轉速標準裝置的轉速值。每個轉速點測量10次。

2.2 數學模型

[e=r_-rs] （1）

式中：e——被測轉速點示值誤差（r/min）;

[r_]——轉速測量儀示值平均值（r/min）;

[rs]——轉速標準裝置轉速值（r/min）。

由（1）式得方差：

[u2c（e）=c21u2（r_）+c22u2（rs）]

式中：[u（r_）]——轉速測量儀的不確定度分量;

[u（rs）]——轉速標準裝置轉速值的不確定度分量。

靈敏系數：

[c1=er_=1]，[c2=ers=-1]

故：

[u2c（e）=u2（r_）+u2（rs）] （2）

2.3 各輸入量的標準不確定度分量的評定

2.3.1 轉速測量儀測量重復性引入的不確定度[u（r_1）]

用A類標準不確定度評定，以校準1000 r/min點為例，重復10次，測量數據見表1。

根據表中數據計算單次標準差：

[σ=i=110（ri-r_）210-1=0.0023 r/min]

再由n=10得到：

[u（r_1）=σ10=7.3×10-4 r/min]

2.3.2 轉速測量儀分辨力引入的不確定度[u（r_2）]

用B類標準不確定度評定，當轉速測量儀測量點為1000 r/min時，分辨力d=0.0001 r/min，按均勻分布計算，

[u（r_2）=0.0001 r/min23=2.9×10-5 r/min]

綜上：由重復性和分辨力引入的不確定度分量，在合成標準不確定度時，兩者取其大，即：

[u（r_）=u（r_1）=7.3×10-4 r/min]

2.3.3 轉速標準裝置引入的不確定度[u（rs）]

用B類標準不確定度評定。轉速標準裝置的相對不確定度Urel=1×10-5，k=3，則轉速標準裝置引入的不確定度為：

[u（rs）=Urel×1000 r/min3=3.3×10-3 r/min]

2.3.4 標準不確定度分量表

[標準不確定度分量u（xi） 不確定度來源 [u（xi）]

（r/min） [ci=exi] [ciu（xi）]

（r/min） [u（r_1）] 轉速測量儀測量重復性 [7.3×10-4] 1 [7.3×10-4] [u（r_2）] 轉速測量儀分辨力 [2.9×10-5] 1 [2.9×10-5] [u（rs）] 轉速標準裝置示值 [3.3×10-3] -1 [3.3×10-3] ]

2.3.5 合成標準不確定度計算

以上各項標準不確定度分量是互不相關的，所以合成標準不確定度為：

[uc=u2（r_）+u2（rs）=（7.3×10-4）2+（3.3×10-3）2? ? =3.4×10-3 r/min]

2.3.6 擴展標準不確定度計算

取包含因子k=2，則：

U=k×uc=[6.8×10-3] r/min

2.4 測量不確定度報告

本次測量點的不確定度表達如下：

[r_]=999.9993 r/min，U=[6.8×10-3] r/min，k=2。

3 結語

轉速測量儀的測量過程是一個動態測量過程，影響測量結果的因素有很多，如環境干擾、電磁干擾、標準器、人員操作等諸多因素。實驗室人員可以定期通過期間核查或比對的方式及時發現轉速測量儀的計量性能是否出現問題，從而保持計量溯源的準確性。

【參考文獻】

[1] 轉速測量儀：JJG1134-2017[S].

[2] 轉速表：JJG105-2019[S].

[3] 轉速標準裝置：JJG326-2006[S].

【作者簡介】

吳晶（1988-），女，工程師，碩士，研究方向為扭矩、轉速、測速和檢車線檢測。