紡織檢針機(jī)輸送帶速度測(cè)量不確定度評(píng)定

李波

0 引言

紡織檢針機(jī)是一種鐵磁性金屬感應(yīng)儀器，主要用于紡織品鐵磁性金屬異物的檢測(cè)。其工作原理為：當(dāng)通過(guò)檢針機(jī)的被檢紡織品出現(xiàn)斷針或含有鐵金屬類物質(zhì)時(shí)，檢針機(jī)的感應(yīng)器感應(yīng)到后就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，不允許被檢紡織品通過(guò)檢測(cè)。

測(cè)量不確定度的定義是指根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)。從概念中可以得知，被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果是介于一個(gè)區(qū)間無(wú)限個(gè)分散的可能值，而并非是一個(gè)定值。測(cè)量不確定度用于統(tǒng)一評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，即定量表示測(cè)量結(jié)果的不確定程度。所測(cè)不確定度值越小，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量越高，代表測(cè)量的能力也越強(qiáng)；不確定度值越大，測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量越低，代表測(cè)量的水平也越低。

1 試驗(yàn)

1.1 測(cè)量條件

依據(jù)QB/T 2638─2004《帶式檢針機(jī)》中第5.2.5條款中運(yùn)轉(zhuǎn)性能試驗(yàn)規(guī)定：在常溫狀態(tài)、相對(duì)濕度RH≤80%的條件下進(jìn)行設(shè)備測(cè)量，測(cè)量時(shí)使用儀器的標(biāo)準(zhǔn)要求見(jiàn)表1。

表1 測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)要求

1.2 被測(cè)對(duì)象

輸送式檢針機(jī)，輸送帶運(yùn)行速度標(biāo)稱值為28.0 m/min。

1.3 測(cè)量方法

1.3.1 輸送帶周長(zhǎng)測(cè)量

檢針機(jī)在停機(jī)狀態(tài)情況下使用鋼卷尺測(cè)量輸送帶的周長(zhǎng)L，并重復(fù)測(cè)量3次，取測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為最終結(jié)果。

1.3.2 輸送帶運(yùn)行一周所需的時(shí)間測(cè)量

停機(jī)狀態(tài)下，在檢針機(jī)輸送帶上黏貼標(biāo)記，開(kāi)機(jī)待檢針機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后，用電子秒表測(cè)量輸送帶運(yùn)行一周所用的時(shí)間t，并重復(fù)測(cè)量10次，取測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值作為最終結(jié)果。

在測(cè)得的輸送帶周長(zhǎng)L和輸送帶運(yùn)行一周的時(shí)間t后，按照公式V=L/t計(jì)算輸送帶的運(yùn)行速度[2]。

1.4 測(cè)量模型

根據(jù)速度計(jì)算公式建立測(cè)量模型為：

式（1）中：

V——輸送帶的運(yùn)行速度/（m·min-1）；

L——輸送帶的周長(zhǎng)/m；

t——輸送帶運(yùn)行一周所需的時(shí)間/min。

試驗(yàn)過(guò)程中的方差和靈敏系數(shù)相互關(guān)系見(jiàn)式（2）。

式（2）中：

2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

2.1 輸送帶周長(zhǎng)L測(cè)量引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（L）

2.1.1 輸送帶測(cè)量重復(fù)性引入不確定度分量u1（L）

在檢針機(jī)停機(jī)狀態(tài)的條件下使用鋼卷尺對(duì)輸送帶重復(fù)測(cè)量三次周長(zhǎng)，結(jié)果分別為320.8 cm、320.6 cm、320.7 cm，平均值為320.7 cm。找出測(cè)得值中的最大值Lmax和最小值Lmin，得到極差R=（Lmax-Lmin）。在被測(cè)量輸送帶周長(zhǎng)L接近正態(tài)分布的前提下，根據(jù)測(cè)量次數(shù)n=3查極差系數(shù)表（見(jiàn)表2）得到極差系數(shù)C=1.69。則由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度為：

表2 極差系數(shù)表

2.1.2 鋼卷尺示值誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（L）

采用5 m鋼卷尺對(duì)檢針機(jī)輸送帶周長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量。依據(jù)JJG 4─2015《鋼卷尺檢定規(guī)程》中的規(guī)定，Ⅱ級(jí)鋼卷尺最大允許誤差計(jì)算公式為（0.3 mm+2×10-4L）,計(jì)算可得5 m鋼卷尺的最大允許誤差為±1.3 mm，區(qū)間半寬度為a=1.3 mm，可以認(rèn)為服從均勻分布，取包含因子k= 3，則由鋼卷尺示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.3 鋼卷尺分辨力引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3（L）

5 m鋼卷尺的分辨力為1 mm，區(qū)間半寬度為a=0.5 mm，認(rèn)為服從均勻分布，取包含因子k= 3，則由鋼卷尺分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.1.4 輸送帶周長(zhǎng)L測(cè)量引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（L）

由于u1（L）、u2（L）、u3（L）不確定度分量互不相關(guān)，依據(jù)重復(fù)測(cè)量引入的不確定度分量和分辨力引入的不確定度分量二者取大的原則（一般認(rèn)為重復(fù)性試驗(yàn)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)包含了分辨力引入的不確定度，所以二者取其大者），計(jì)算得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2 輸送帶運(yùn)行時(shí)間測(cè)量引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t）

2.2.1 時(shí)間重復(fù)性測(cè)量引入不確定度分量u1（t）

待檢針機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后使用電子秒表對(duì)輸送帶運(yùn)行一周時(shí)間重復(fù)測(cè)量10次，根據(jù)獲得的測(cè)量重復(fù)性數(shù)據(jù)（見(jiàn)表3），用貝賽爾公式法計(jì)算由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度u1（t）。

表3 測(cè)量一周所需時(shí)間

重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度為：

2.2.2 秒表示值誤差引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u2（t）

查看電子秒表的檢定證書(shū)，其10 s測(cè)量點(diǎn)的示值誤差為0.01 s，區(qū)間半寬度為a=0.005 s，可以認(rèn)為服從均勻分布，取包含因子k= 3，則由電子秒表示值誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.3 秒表分辨力引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u3（t）

電子秒表的分辨力為0.01 s，區(qū)間半寬度為a=0.005 s，可以認(rèn)為服從均勻分布，取包含因子k=，則由電子秒表分辨力引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.2.4 輸送帶運(yùn)行時(shí)間測(cè)量引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（t）

由于u1（t）、u2（t）、u3（t）不確定度分量互不相關(guān)，依據(jù)重復(fù)測(cè)量引入的不確定度分量和分辨力引入的不確定度分量二者取大的原則，計(jì)算得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 輸送帶運(yùn)行速度合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

輸送帶運(yùn)行速度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度是由各標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量合成得到的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.1 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表（見(jiàn)表4）

表4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

2.3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于輸送帶周長(zhǎng)測(cè)量引入的不確定度分量u（L）和輸送帶運(yùn)行一周時(shí)間測(cè)量引入的不確定度分量u（t）因素彼此獨(dú)立，互不相關(guān)。所以輸送帶運(yùn)行速度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.4 擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度是用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc的倍數(shù)來(lái)表示的測(cè)量不確定度，它是被測(cè)量可能值包含區(qū)間的半寬度。在計(jì)算檢針機(jī)輸送帶運(yùn)行速度擴(kuò)展不確定度時(shí)，取置信概率p≈95%，包含因子k=2，計(jì)算得到擴(kuò)展不確定度為：

2.5 測(cè)量結(jié)果的報(bào)告與表示

在給出完整的測(cè)量結(jié)果報(bào)告時(shí)，除了應(yīng)給出被測(cè)量的最佳估計(jì)值，還應(yīng)報(bào)告其測(cè)量不確定度。根據(jù)上述測(cè)量過(guò)程分析得到檢針機(jī)輸送帶的運(yùn)行速度為：V=28.01 m/min，U=0.10 m/min，k=2。

3 結(jié)論

在分析測(cè)量結(jié)果不確定度來(lái)源時(shí)，可以從測(cè)量人員、測(cè)量?jī)x器、被測(cè)對(duì)象、測(cè)量方法、測(cè)量環(huán)境等方面進(jìn)行考慮，應(yīng)盡可能不重復(fù)、不遺漏，要特別注意對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較大的不確定度來(lái)源。按照實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，在校準(zhǔn)輸送式檢針機(jī)輸送帶運(yùn)行速度時(shí)應(yīng)從六個(gè)方面考慮來(lái)降低測(cè)量結(jié)果的不確定度：①測(cè)量人員，由于其經(jīng)驗(yàn)和理解能力的差異，因此在校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)由熟練的檢測(cè)人員進(jìn)行操作，從而提高測(cè)量結(jié)果的一致性，減少操作誤差的影響，降低人員因素引入的不確定度；②標(biāo)準(zhǔn)器的選取，在校準(zhǔn)時(shí)應(yīng)選擇經(jīng)過(guò)溯源的、穩(wěn)定的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，從而能夠控制測(cè)量源頭引入的不確定度；③被校準(zhǔn)設(shè)備自身運(yùn)行狀況，在校準(zhǔn)前應(yīng)先將檢針機(jī)開(kāi)機(jī)預(yù)熱，待輸送帶運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后再進(jìn)行校準(zhǔn)，避免由于設(shè)備自身運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定而引入測(cè)量異常值；④環(huán)境條件，在校準(zhǔn)檢針機(jī)輸送帶運(yùn)行速度時(shí)應(yīng)在規(guī)定的環(huán)境條件下進(jìn)行；⑤重視測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度，為了減少隨機(jī)影響導(dǎo)致重復(fù)性引入的不確定度異常，必要時(shí)可以增加對(duì)被測(cè)量的測(cè)量次數(shù)，并且注意識(shí)別和剔除異常值。