車鉤中心高度尺檢定裝置的測量不確定度分析

曾泓順

（中國鐵路南寧局集團(tuán)有限公司 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督所，工程師，廣西 南寧 530001）

車鉤中心高度尺被廣泛用于中車集團(tuán)各企業(yè)、國鐵集團(tuán)和地方鐵路各生產(chǎn)單位及城市軌道交通的車輛檢修工作中，其準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到檢修時機(jī)車、車輛上車鉤的形位參數(shù)，進(jìn)而影響列車運(yùn)行安全。因此在進(jìn)行車鉤中心高度尺檢定前，需對車鉤中心高度尺檢定裝置的測量不確定度進(jìn)行評估，以確認(rèn)車鉤中心高度尺量值的有效傳遞。

1 設(shè)備與條件

1）設(shè)備：所用主要標(biāo)準(zhǔn)器有高度卡尺、0級平板、等高塊等。被測對象為車鉤中心高度尺，測量范圍為（650-950）mm。最大允許誤差為±0.5mm。

2）條件：按照J(rèn)JG1150-2018，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件要求溫度為（20±5）℃，主要檢定器具與車鉤中心高度尺溫度平衡時間不少于2h。

2 測量不確定度評定

2.1 測量方法和模型

車鉤中心高度尺示值誤差的測量，采用間接測量的方法。檢定前，先將車鉤中心高度尺置于平板上，上翹下垂測量尺對準(zhǔn)“0”位并鎖緊。將車鉤中心高度尺置于相應(yīng)檢定點(diǎn)處并鎖緊，在平板上用等高塊配合高度卡尺測量測板兩定位斜面的上下兩點(diǎn)到平板的垂直距離，取車鉤中心高度尺示值與兩定位斜面上下兩點(diǎn)到平板的垂直距離的平均值的差為車鉤中心高度尺示值誤差。

其測量模型為：

式中：e為車鉤中心高度尺的示值誤差；l為車鉤中心高度尺示值；l0為相應(yīng)檢定點(diǎn)由高度卡尺測量得到的標(biāo)準(zhǔn)值；hi為上定位斜面測量點(diǎn)到平板的垂直距離；hj為下定位斜面測量點(diǎn)到平板的垂直距離；α為車鉤中心高度尺的線膨脹系數(shù)；Δt為車鉤中心高度尺與高度卡尺的溫度差；Δα為車鉤中心高度尺與高度卡尺的線膨脹系數(shù)差；（t-20℃）為車鉤中心高度尺偏離20℃的溫差。

2.2 靈敏系數(shù)計(jì)算

根據(jù)“不確定度傳播率”可得出如下公式。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

車鉤中心高度尺檢定時一般按均勻分布三個非整數(shù)點(diǎn)進(jìn)行檢定。本文以鉤高尺測量范圍上限950mm點(diǎn)為例作不確定度分析。

2.3.1 鉤高尺讀數(shù)引入的不確定度u（l）。鉤高尺豎尺游標(biāo)的分度值為0.1mm，游標(biāo)可估讀到半個分度值0.05mm，假設(shè)服從均勻分布，則：

2.3.2 測量上定位斜面測量點(diǎn)到平板的垂直距離時引入的不確定度u（hi）。

（1）高度卡尺示值誤差引入的不確定度u21°高度卡尺在1m范圍內(nèi)的最大允許示值誤差為±0.1mm，假設(shè)服從均勻分布，則：

（2）等高塊高度偏差引入的不確定度u22°在測量車鉤中心高度尺示值誤差時，必須在平板上用等高塊配合高度卡尺測量相應(yīng)測量點(diǎn)到平板的垂直距離。等高塊的高度值MPE：±0.04mm，假設(shè)服從均勻分布，則：

（3）等高塊平行度引入的不確定度u23°等高塊的平行度不大于0.02mm，區(qū)間半寬為0.01mm，假設(shè)服從均勻分布，則：

（4）等高塊高度差引入的不確定度u23°等高塊的高度差不大于0.02mm，區(qū)間半寬為0.01mm，假設(shè)服從均勻分布，則：

上定位斜面測量點(diǎn)到平板的垂直距離時引入的不確定度為：

2.3.3 測量下定位斜面測量點(diǎn)到平板的垂直距離時引入的不確定度u（hj）：

2.3.4 車鉤中心高度尺與檢具溫度差引入的不確定度u（Δt）。假設(shè)車鉤中心高度尺與檢具溫度差在±0.3℃范圍，且服從均勻分布，則：

因檢定點(diǎn)位于950mm處，該處的靈敏系數(shù)

2.3.5 車鉤中心高度尺與檢具線膨脹系數(shù)差引入的不確定度u（Δα）。車鉤中心高度尺與檢具線膨脹系數(shù)均為（11.5±1）×10-6/℃，其線膨脹系數(shù)差在±2×10-6/℃范圍內(nèi)，假設(shè)服從三角分布，則：

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度滿足（20±5）℃，則此時靈敏系數(shù)c5=l0（t-20℃）≈l（t-20℃）

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

表1為標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表。

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

由于各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量無關(guān)，根據(jù)公式（3）可得合成不確定度為：

2.5 擴(kuò)展不確定度

取k=2，擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)論

依據(jù)JJG1150-2018的要求，車鉤中心高度測量尺最大允許誤差MPE=±0.5mm，所以目標(biāo)不確定度由不確定度評定結(jié)果知U=0.106mm，有U＜Uobj,根據(jù)符合性判定原則，該裝置的測量不確定度對符合性評定的影響可忽略不計(jì)，此檢定裝置可以檢定鐵路機(jī)車車輛車鉤中心高度尺。