水准仪检定装置“水平准线偏差”的测量不确定度分析

    1　引言

    水准仪检定装置是检定水准仪的水平标准器。它建立了一条成像在无穷远的水平方向的视准线(简称为水平准线)。水准仪检定装置的“水平准线偏差”是装置的主要技术指标。本文以地震研究所的JSJ型经纬仪水准仪综合检验仪(以下简称为JSJ仪器)为例,对其“水平准线偏差”的各构成因素作了分析,并依据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》,给出JSJ仪器“水平准线偏差”测量不确定度的评定与表示。

    2　测量方法

    参照国家计量校准规范《水准仪检定装置》(报审稿),水准仪检定装置的“水平准线偏差”是用0·2″陪检器和0·2″光电自准直仪进行校准的。以陪检器作标准,用光电自准直仪读数,从而获得被检装置水平准线和标准水平准线的偏差。

    2·1　数学模型

    水准仪检定装置的水平准线偏差h由下面方程得到:

    h = d- e           (1)

式中:d—被检装置水平准线读数;

    e—标准水平准线读数。

    2·2　方差和传播系数

式中:u_d—被检装置水平准线的不确定度分量;

    u_e—标准水平准线的不确定度分量。

    3　分析计算标准不确定度分量

    3·1　被检装置水平准线的不确定度分量ud    被检装置水平准线的误差主要是补偿误差。补偿误差由补偿器吊丝的灵敏度、机械装配质量等因素影响。对JSJ仪器的补偿器,其补偿误差不大于±0·1″/′,补偿为±4′,在室内可保证在±2′范围内工作,补偿极限误差为±0·2″。

    即　a=0.2″,在其半宽度区间为均匀分布,故:

估计其相对不确定度为20%,则

    ν_d= (1/2)×(20/100)^-2=12

    3·2　标准水平准线的不确定度分量ue

    3·2·1　由陪检器误差估算的分量ue₁

    陪检器是水平准线的基准,由双摆位吊镜加精密补偿系统构成。已知陪检器扩展不确定度U=0.2″,k=3故:

    u_e1=0.2/3=0.07″

估计其相对不确定度为10%,则

    ν_e1= (1/2)×(10/100)^-2=50

    3·2·2　光电自准直仪示值误差估算的分量ue2

    根据JJG202-90《自准直仪检定规程》,分度值0·2″的光电自准直仪示值误差在1′范围内不大于0·5″,按扩展不确定度U=0.5″,k=3计算,故:

    u_e2=0.5/3=0.17″

估计其相对不确定度为20%,则

    ν^e2= (1/2)×(20/100)^-2=12

    3·2·3　由测量重复性计算的分量u_e3

    在校准水平准线偏差时,光电自准直仪需分别照准被检装置的水平准线、陪检器的反射像,自准直仪固定分划板的横丝,测量重复性包括了各照准、读数误差的影响。实验结果如下: