圓周和濾棒圓度測(cè)試單元測(cè)量結(jié)果不確定度分析與評(píng)定

齊飛 羅民 徐芳 盧曉波 陳青欣

摘 要：本文對(duì)卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)中的圓周和濾棒圓度測(cè)試單元測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行了分析與評(píng)定，其中充分考慮了測(cè)量單元讀數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)器、溫度等因素引入的不確定度分量，并給出了具體的計(jì)算公式和分析。通過完整的分析與評(píng)定對(duì)測(cè)量方法的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的測(cè)量方法并無法滿足檢定規(guī)程中的測(cè)量結(jié)果要求，因此提出增量測(cè)量次數(shù)或更換精度更高的標(biāo)準(zhǔn)器的建議。

關(guān)鍵詞：圓周和濾棒圓度測(cè)試單元;不確定度;綜合測(cè)試臺(tái)

Abstract：This article analyzes and evaluates the uncertainty of the measurement results of the circumference and filter-rod roundness test units in the comprehensive test bench for the physical properties of cigarettes and filter rods. The uncertainty component introduced by measuring unit reading，standard，temperature and other factors is fully considered. Through analysis，it is found that the existing measurement methods cannot meet the requirements of measurement results in the verification regulation. Therefore，it is suggested to increase the measurement times or replace the standard with higher precision.

1 引言

隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，煙草行業(yè)所面臨的市場(chǎng)壓力也越來越大。為了保持企業(yè)的持續(xù)發(fā)展并能在競(jìng)爭(zhēng)中保持領(lǐng)先的位置，努力提升產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。其中卷煙和濾棒外觀和物理性能是產(chǎn)品質(zhì)量的最明顯的表現(xiàn)[1]，于是保證卷煙和濾棒物理性能能夠滿足要求是煙草行業(yè)最基本的工作。

卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱綜合測(cè)試臺(tái)）是一種用于測(cè)試卷煙和濾棒物理性能指標(biāo)的測(cè)試儀器，測(cè)試的物理性能主要包括卷煙質(zhì)量、卷煙和濾棒圓周、濾棒圓度、卷煙和濾棒長(zhǎng)度、卷煙吸阻和濾棒壓降、卷煙通風(fēng)率、卷煙和濾棒硬度。本文將主要其中的圓周和濾棒圓度測(cè)試單元測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行分析研究。

2 圓周和濾棒圓度測(cè)試單元測(cè)量方法

2.1測(cè)量設(shè)備

圓周（圓度）標(biāo)準(zhǔn)棒。要求其表面不應(yīng)有裂紋、碰傷、劃痕和銹蝕等缺陷，且直徑最大允許誤差為±0.003mm、圓周符合10mm～30mm，且標(biāo)準(zhǔn)棒的量值應(yīng)均勻分布。

2.2檢定環(huán)境

檢定時(shí)，要求溫度在（22±2）℃，相對(duì)濕度在（60±5）%的范圍內(nèi)，周圍無劇烈振動(dòng)干擾。

2.3檢定方法

圓周和濾棒圓度測(cè)試單元是采用比較測(cè)量原理[2]。選取5支圓周（圓度）標(biāo)準(zhǔn)棒，在測(cè)量前，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)棒進(jìn)行清潔，保證表面光滑無毛刺無油漬，然后用圓周和濾棒圓度測(cè)試單元對(duì)每支標(biāo)準(zhǔn)棒重復(fù)測(cè)10次，觀察綜合測(cè)試臺(tái)指示表的讀數(shù)，并記錄在原始記錄（如附表1）上，最后計(jì)算10次測(cè)量的平均值。其中，圓周（圓度）標(biāo)準(zhǔn)棒的直徑最大允許誤差為±0.003mm、圓周符合10mm～30mm，且標(biāo)準(zhǔn)棒的量值應(yīng)均勻分布。

若每個(gè)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)棒標(biāo)稱值之間的差值在±0.01mm的范圍內(nèi)，且每個(gè)測(cè)量值與平均值之間差值的絕對(duì)值在±0.01mm的范圍內(nèi)，則表示圓周和濾棒圓度測(cè)試單元檢定合格。

3 不確定度度分析與評(píng)定

依據(jù)JJG（煙草）01-2012《卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)檢定規(guī)程》，對(duì)圓周和濾棒圓度測(cè)試單元的測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)估。

3.1建立測(cè)量模型

根據(jù)測(cè)量原理和方法可知，圓周和濾棒圓度測(cè)試單元的讀數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)棒的標(biāo)稱值之間，兩者相互獨(dú)立，則得到測(cè)量模型[3]：

式中：——圓周和濾棒圓度測(cè)試單元在某點(diǎn)的示值誤差，mm;——圓周和濾棒圓度測(cè)試單元指示表的平均測(cè)量值，mm;——圓周（圓度）標(biāo)準(zhǔn)棒的標(biāo)稱值，mm。

3.2方差和靈敏系數(shù)

3.3標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評(píng)定

3.3.1與測(cè)量單元讀數(shù)有關(guān)的不確定度分量u（D）

（1）由讀數(shù)時(shí)的量化誤差引入的不確定度分量

圓周和濾棒圓度測(cè)試單元的直接測(cè)得值為標(biāo)準(zhǔn)圓周棒的直徑，其指示表讀數(shù)的分辨力為1μm，量化誤差以等概率出現(xiàn)在半寬為0.5μm的區(qū)間內(nèi)，故引入的不確定度分量：

（2）由測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量

對(duì)于測(cè)量重復(fù)性引入的不確定度分量，對(duì)標(biāo)稱值為16.000mm的標(biāo)準(zhǔn)圓周棒，在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量10次，得到測(cè)量列16.0034，16.0176，16.0034，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，16.0176，則平均值為16.0148mm。

由貝塞爾公式[4]求單次測(cè)得值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差

則由重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為

由于量化誤差小于測(cè)量重復(fù)性，故與測(cè)量單元讀數(shù)有關(guān)的不確定度分量u（D）取測(cè)量重復(fù)性[5]，得：

3.3.2由標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量

圓周標(biāo)準(zhǔn)棒的直徑最大允許誤差為±0.003mm，按均勻分布，取包含因子，則

2.3.3與測(cè)試單元與標(biāo)準(zhǔn)圓周棒的線膨脹系數(shù)引入的不確定度

檢定時(shí)，要求溫度在（22±2）℃范圍內(nèi)，對(duì)22℃的最大偏差為2℃。線膨脹系數(shù)之差假定小于10%，并假定服從U形分布（b=0.7），則

檢定前，按照規(guī)程要求進(jìn)行充分等溫，標(biāo)準(zhǔn)圓周棒與圓周和濾棒圓度測(cè)試單元之間的溫度差忽略不計(jì)。

3.4合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

測(cè)量結(jié)果的不確定度分量匯總見表2.

上述各不確定度分量間沒有值得考慮的相關(guān)性，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.5擴(kuò)展不確定度

取包含因子則有

4結(jié)語

通過上文的分析計(jì)算，測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度。根據(jù)JJG（煙草）01-2012《卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)檢定規(guī)程》中要求圓周和濾棒圓度測(cè)試單元直徑測(cè)量最大允許誤差為±0.01mm。由于

由此得出，檢定規(guī)程中規(guī)定的檢定方法不能滿足圓周和濾棒圓度測(cè)試單元直徑測(cè)量最大允許誤差的要求。分析原因，是由于測(cè)量重復(fù)性和標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度過大，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度偏大。因此，建議增加檢定過程中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圓周棒的測(cè)量次數(shù)、或者更換精度更高的標(biāo)準(zhǔn)器[6]，以滿足檢定需要。

參考文獻(xiàn)

[1] 王軍. 煙草行業(yè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核探討[J]. 經(jīng)濟(jì)，2016（8）：00260-00260.

[2] 苗芊，楊榮超，等. JJG（煙草）01-2012卷煙和濾棒物理性能綜合測(cè)試臺(tái)檢定規(guī)程[s].國(guó)家煙草專賣局，2012.

[3] 邱英，彭延嶺. 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[J]. 機(jī)械工程師，2007，000（004）：60-62.

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[5] 何曉延，何靈芝，王旻娟. 標(biāo)準(zhǔn)厚度塊測(cè)量不確定度探討[J]. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2016，043（005）：85-86.

[6] 趙文田，李文泉，李文斌. 方差分析法在卷煙濾棒質(zhì)量控制中的應(yīng)用[J]. 機(jī)械工程與自動(dòng)化，2009（05）：118-119.

作者簡(jiǎn)介：

齊飛（1992-），男，漢族，湖北武漢，工學(xué)碩士，煙草設(shè)備技術(shù)、湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠、制絲車間設(shè)備技術(shù)員、

羅民、男、湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠、湖北省首席技師、

徐芳、女、武漢市計(jì)量測(cè)試檢定（研究）所、長(zhǎng)度室檢定員、

盧曉波、男、湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠、新型煙草車間設(shè)備技術(shù)員、

陳青欣、女、湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠、技術(shù)員。