基于影像測量儀的插頭量規(guī)中心距不確定度評定

曲雯潔 謝 杰 李 嵩 任懿嬋 吳尚昱

（威凱檢測技術(shù)有限公司 廣州 510663）

引言

插頭插座作為電器行業(yè)中重要的產(chǎn)品之一，在日常生活中被廣泛應(yīng)用，因此國家對其生產(chǎn)、檢測有著嚴(yán)格要求。最新的GB/T 2099.1-2021《家用和類似用途插頭插座 第1 部分：通用要求》[2]、GB/T 1002-2021 等國家標(biāo)準(zhǔn)中對插頭插座的型式、基本參數(shù)、檢測方法進(jìn)行了規(guī)定和說明，并提出了相應(yīng)的插頭插座檢驗(yàn)用量規(guī)的外形、尺寸等多項(xiàng)要求。這些檢驗(yàn)用量規(guī)是插頭插座檢驗(yàn)檢測的重要設(shè)備，其基本參量是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求是判斷能否投入使用的重要指標(biāo)。

1 計(jì)量方法及測量標(biāo)準(zhǔn)的選擇

通常，檢測機(jī)構(gòu)需要判斷檢驗(yàn)用量規(guī)是否符合要求時(shí)，會(huì)將其送至計(jì)量機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行校準(zhǔn)。現(xiàn)階段唯一的有關(guān)插頭插座量規(guī)的計(jì)量規(guī)范——JJF（浙）1119-2015《家用和類似用途插頭插座量規(guī)校準(zhǔn)規(guī)范》[3]（后文簡稱為JJF（浙）1119-2015）主要針對的是舊版GB/T 1002-2008《家用和類似用途單相插頭插座 型式、基本參數(shù)和尺寸》[4]提出的要求，在新編的GB/T 1002-2021 中，圖9 量規(guī)（見圖1）的型式發(fā)生了較大改變，僅可參考使用JJF（浙）1119-2015中圖3單相兩極帶接地插頭外量規(guī)（見圖2）的校準(zhǔn)方法。

圖2 JJF(浙)1119-2015 圖3 單相兩極帶接地插頭外量規(guī)

除此之外，JJF（浙）1119-2015 中對于量規(guī)幾何量的校準(zhǔn)具有局限性。通過文中相關(guān)的描述可以看出，該校準(zhǔn)方法是以tpg凹槽所在的量規(guī)內(nèi)部等腰三角形的底邊為基準(zhǔn)，沿凹槽的中分線向三角形中心移動(dòng)Apg位移量得到中心點(diǎn)（Apg即接地端插孔中心距），然后依據(jù)所得點(diǎn)測量其它插孔中心距尺寸。這樣做可以大幅度減少因?yàn)槎ㄎ欢黾拥臏y量工作，提高計(jì)量效率，但缺陷在于，Apg的實(shí)際尺寸被認(rèn)為與標(biāo)稱值相同，為理想狀態(tài)下的數(shù)值，然而事實(shí)上并不如此。

為了得到Apg的實(shí)際測量值，則先需要確定中心點(diǎn)。由于量規(guī)通孔寬度較小，若使用三坐標(biāo)測量機(jī)計(jì)量會(huì)存在較大的操作難度，考慮到通孔垂直于量規(guī)外測量面，使二維平面投影可行，故認(rèn)為使用影像測量儀對量規(guī)的常規(guī)尺寸進(jìn)行校準(zhǔn)具有可操作性。本文提出一種基于影像測量儀的測量量規(guī)接地端插孔中心距的方法，并對測量結(jié)果進(jìn)行不確定度分析。

2 接地端插孔中心距Apg 測量結(jié)果的不確定度評定

2.1 評定概述

1）測量依據(jù)：GB/T 1002-2021；JJF（浙）1119-2015。

2）環(huán)境條件：溫度：（20±5）℃；相對濕度：（40～70）%。恒溫時(shí)間：不少于4 h。

3）測量標(biāo)準(zhǔn)：高精度影像測量儀，X、Y 軸行程：200 mm×100 mm。根據(jù)JJF（浙）1119-2015 的要求，影像測量儀允許誤差為±(1.4 μm+4×10-6L）。

4）被測對象：額定電壓為250 V，額定電流為16 A 的量規(guī)。接地端插孔中心距Apg的技術(shù)要求為：（11.1±0.02） mm。

2.2 測量方法

1）將量規(guī)固定在影像測量儀的測試臺(tái)上，掃描后作出投影圖像。

2）分別做接地端插孔短邊、兩極插孔長邊的中垂線L1、L2、L3（如圖3、圖4 所示），使其相交于O1、O2、O3（如圖5、圖6 所示），過O1、O2、O3作圓，取圓心O 為量規(guī)中心點(diǎn)。

圖3 量規(guī)示意圖

圖4 影像測量儀下的量規(guī)投影示圖

圖6 影像測量儀下的中心點(diǎn)投影示圖

3）接地端插孔長邊和短邊中線的交點(diǎn)到O 點(diǎn)的距離（如圖2 所示）為接地端插孔中心距，重復(fù)測量3 次，取平均值作為Apg的測量結(jié)果。

2.3 測量模型

式中：

Apg— 被測量規(guī)接地端插孔的中心距；

d — 接地端插孔中心距3 次測量結(jié)果的平均值。

靈敏系數(shù)：

2.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（d）的評定[5]

輸入量d 的引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量主要包括以下幾個(gè)方面：重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1（d）；影像測量儀示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（d）；影像測量儀光柵尺與量規(guī)線膨脹系數(shù)差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3（d）；影像測量儀光柵尺與量規(guī)溫度差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4（d）。

1）重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u1（d）的評定。

按照測量方法，對接地端插孔中心距重復(fù)測量10 次，得到測量結(jié)果如表1 所示。

表1 接地端插孔中心距d 重復(fù)測量結(jié)果

測量結(jié)果的平均值：

按照貝塞爾公式，計(jì)算單次測量的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：

由于Apg取3 次測量的平均值作為測量結(jié)果，故有：

2）影像測量儀示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（d）的評定。

認(rèn)為測量結(jié)果在示值誤差允許值±（1.4 μm+4×10-6L）范圍內(nèi)服從均勻分布，包含因子為，分布半寬α=1.4 μm+4×10-6L，被測量長度L 等于量規(guī)接地端插孔的中心距Apg，Apg標(biāo)稱值為11.1 mm，即L =11.1 mm，則可以得到：

3）影像測量儀光柵尺與量規(guī)線膨脹系數(shù)差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3（d）。

量規(guī)（鋼制）的線膨脹系數(shù)為α1= 11.5×10?6°C?1，影像測量儀光柵尺的線膨脹系數(shù)為α2=9.5×10?6°C?1，可知兩者差值為a=2.0×10?6°C?1，環(huán)境溫度在測量時(shí)保持在（20±5）℃，即測量溫度偏離最大值(t?20°C)為5 ℃，被測量長度L =11.1 mm，認(rèn)為其服從三角分布，包含因子為，則可以得到[6]：

4）影像測量儀光柵尺與量規(guī)溫度差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4（d）。

考慮到影像測量儀與被測量規(guī)之間可能存在溫度差，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，溫差不大于±2 ℃，可以得到半寬?t= 2 ℃。認(rèn)為其服從均勻分布，包含因子為，又因?yàn)榱恳?guī)線膨脹系數(shù)為α1=11.5 × 1 0?6°C?1，被測量長度L =11.1 mm，故有：

2.5 合成不確定度uc

中心距輸入量d 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表見表2。

表2 中心距輸入量d 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

由于以上各分量之間互不相關(guān)，通過公式計(jì)算得到合成不確定度：

2.6 量規(guī)接地端插孔中心距Apg 測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度U 的評定和表示

取置信概率為p =95 %，包含因子k =2，可以得到：

即單相兩極帶接地插頭量規(guī)接地端插孔中心距Apg測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為：

3 結(jié)束語

根據(jù)JJF 1104-2003《國家計(jì)量檢定系統(tǒng)表編寫規(guī)則》[7]中對于不確定度評定的要求和本文的計(jì)算結(jié)果可以看出，當(dāng)使用滿足精度要求的影像測量儀對量規(guī)接地端插孔的尺寸進(jìn)行計(jì)量時(shí)，最大允差絕對值MPEV=0.02 mm，與擴(kuò)展不確定度之間的關(guān)系滿足，故可認(rèn)為，該計(jì)量方法以及相應(yīng)的不確定度評定是合理的，可以參考用于形狀相似的插頭插座檢驗(yàn)用量規(guī)類似尺寸的不確定度評定。