測(cè)深鋼卷尺在不同狀態(tài)下尺帶長(zhǎng)度變化量研究

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(甘肅省計(jì)量研究院，蘭州 730070)

0　引言

測(cè)深鋼卷尺用來(lái)測(cè)量液體深度，常用在油庫(kù)或加油站，又稱量油尺或石油尺。與普通鋼卷尺相比，它的尺端帶有銅制的尺砣，砣身呈圓柱或六棱柱形，尺砣按質(zhì)量分為0.7kg和1.6kg兩種，其中0.7kg尺鉈用于測(cè)量粘度較低的輕質(zhì)油品，1.6kg尺鉈用于測(cè)量重質(zhì)油品、原油等。測(cè)深鋼卷尺示值誤差檢定包括零值誤差和尺帶誤差，其中尺帶誤差是500mm處線紋與標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺零值線紋對(duì)齊，在標(biāo)準(zhǔn)尺和被檢尺的另一端，根據(jù)輕、重尺砣質(zhì)量，分別施加9.8N和15.7N的張緊力進(jìn)行測(cè)量。雖然測(cè)深鋼卷尺在檢定、測(cè)量液體深度和空氣中豎直懸掛狀態(tài)下，尺帶所受拉力大小不同，但均使尺帶長(zhǎng)度變長(zhǎng)，本文對(duì)其變化量進(jìn)行分析。

1　檢定時(shí)尺帶長(zhǎng)度變化量

選取一把10m的測(cè)深鋼卷尺，經(jīng)測(cè)量其尺帶厚度0.181mm，尺帶寬度12.49mm，則尺帶橫截面積A為

A=0.181×12.49=2.261mm2

檢定尺帶誤差時(shí)將其與標(biāo)準(zhǔn)鋼卷尺一同平鋪在檢定臺(tái)上并夾緊，此時(shí)尺帶受力為臺(tái)面對(duì)尺帶的摩擦力、張緊力和尺帶所受拉力。根據(jù)規(guī)程摩擦力應(yīng)不大于4N，為使檢定時(shí)尺帶變化量最小，尺帶所受拉力應(yīng)最小，故摩擦力取最大值f=4N，對(duì)輕、重尺砣施加的張緊力分別為T1=9.8N，T2=15.7N，為比較不同狀態(tài)下變化量的差異，尺帶長(zhǎng)度取L=10m。

1.1　0.7kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

尺帶所受拉力P1=T1-f=9.8-4=5.8N

式中，E為彈性模量，2.1×105N/mm2。

1.2　1.6kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

尺帶所受拉力P2=T2-f=15.7-4=11.7N

2　空氣中豎直懸掛時(shí)尺帶長(zhǎng)度變化量

在空氣中豎直懸掛時(shí)，尺帶受力為尺砣重力、尺帶自身重力、尺砣及尺帶所受空氣浮力和尺帶所受拉力。

2.1　0.7kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

測(cè)深鋼卷尺尺帶材料為碳素鋼，其密度為ρ1=7.85×10-6kg/mm3，g=9.8m/s2。

尺帶體積V′=AL=2.261×10×103=2.261×104mm3

尺砣材料為黃銅，其密度ρ2=8.70×10-6kg/mm3，輕尺砣質(zhì)量m1=0.7kg，則

尺砣重力G1=m1g=0.7×9.8=6.86N

空氣的密度在20℃時(shí)為ρ3=1.205×10-9kg/mm3，則

尺砣及尺帶所受空氣浮力F1=(V1+V′)ρ3g=(8.046+2.261)×104×1.205×10-9×9.8=1.217×10-3N

尺帶所受拉力P3=G1+G′-F1=6.86+1.739-1.217×10-3=8.598N

2.2　1.6kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

重尺砣質(zhì)量m2=1.6kg

尺砣重力G2=m2g=1.6×9.8=15.68N

尺砣及尺帶所受空氣浮力F2=(V2+V′)ρ3g=(18.391+2.261)×104×1.205×10-9×9.8=2.439×10-3N

尺帶所受拉力P4=G2+G′-F2=15.68+1.739-2.439×10-3=17.417N

3　測(cè)量液體深度時(shí)尺帶長(zhǎng)度變化量

以測(cè)量93號(hào)汽油深度為例，此時(shí)尺帶受力為尺砣重力、尺帶自身重力、尺砣和尺帶所受汽油浮力和尺帶所受拉力，93號(hào)汽油的密度為ρ4=0.725×10-6kg/mm3。

3.1　0.7kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

尺砣及尺帶所受汽油浮力F3=(V1+V′)ρ4g=(8.046+2.261)×104×0.725×10-6×9.8=0.732N

尺帶所受拉力P5=G1+G′-F3=6.86+1.739-0.732=7.867N

3.2　1.6kg尺砣測(cè)深鋼卷尺

尺砣及尺帶所受汽油浮力F4=(V2+V′)ρ4g=(18.391+2.261)×104×0.725×10-6×9.8=1.467N

尺帶所受拉力P6=G2+G′-F4=15.68+1.739-1.467=15.952N

4　測(cè)深鋼卷尺在3種狀態(tài)下尺帶所受拉力和長(zhǎng)度變化量比較

由表1可知，測(cè)深鋼卷尺在3種狀態(tài)下尺帶所受拉力大小不同，其對(duì)尺帶長(zhǎng)度的影響也不相同。與檢定狀態(tài)的長(zhǎng)度變化量相比，10m測(cè)深鋼卷尺當(dāng)尺砣為0.7kg時(shí)，在空氣中和93號(hào)汽油中長(zhǎng)度變化量分別增加0.059mm和0.044mm； 當(dāng)尺砣為1.6kg時(shí)，在空氣中和93號(hào)汽油中長(zhǎng)度變化量分別增加0.121mm和0.090mm。根據(jù)檢定規(guī)程測(cè)深鋼卷尺在10m處最大允許誤差為±2.3mm，可見(jiàn)相對(duì)于檢定狀態(tài)的尺帶長(zhǎng)度變化量的最大值僅為最大允許誤差的5.3%。

表1　測(cè)深鋼卷尺3種狀態(tài)下尺帶所受拉力和長(zhǎng)度變化量比較

5　結(jié)束語(yǔ)

由于測(cè)深鋼卷尺在不同狀態(tài)下，因尺帶所受拉力大小不同而影響尺帶長(zhǎng)度發(fā)生變化，但是相對(duì)于其最大允許誤差而言，該長(zhǎng)度變化量產(chǎn)生的誤差可以忽略不計(jì)，因此使用部門對(duì)上述長(zhǎng)度變化量的影響無(wú)需修正。

[1]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局JJG 4—1999 鋼卷尺檢定規(guī)程.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999

[2]國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局 GB13236-1991石油用量油尺和鋼圍尺技術(shù)條件.北京：1992

[3]張輝.量塊豎直放置時(shí)由自重力導(dǎo)致的長(zhǎng)度變化量研究.計(jì)量技術(shù),2010(8)