從實物量具為標(biāo)準(zhǔn)器轉(zhuǎn)化到用光柵傳感器為標(biāo)準(zhǔn)器的探討

黃偉城

(浙江省計量科學(xué)研究院，杭州 310013)

0　引言

在長度計量檢測領(lǐng)域中，以前所用的標(biāo)準(zhǔn)器主要是實物量具，現(xiàn)在正逐步被光柵傳感器位移技術(shù)所替代，如國內(nèi)生產(chǎn)廠家深圳市中圖儀器科技有限公司生產(chǎn)的扭簧表類量具檢定儀、光柵式指示表檢定儀、影像式線紋測量儀和氣浮式垂直度測量儀等儀器。采用計算機(jī)控制電機(jī)精確驅(qū)動光柵位移原理，不需手工旋轉(zhuǎn)手輪；采用檢測軟件自動采集當(dāng)前數(shù)據(jù)，不需要人工采樣；采用CCD全真模擬人眼讀數(shù)表盤并自動識別，不需要人眼觀察、人工讀數(shù)，在提高儀器檢測速度的同時，檢測的準(zhǔn)確度和工作效率也有很大的提高。

1　光柵傳感器的優(yōu)缺點

1.1　光柵傳感器的優(yōu)點

1)精度高，光柵式傳感器在大量程測量長度或直線位移方面僅僅低于激光干涉?zhèn)鞲衅鳎趫A分度和角位移連續(xù)測量方面，光柵式傳感器屬于精度最高的；2)大量程測量兼有高分辨力；3)可實現(xiàn)動態(tài)測量，易于實現(xiàn)測量及數(shù)據(jù)處理的自動化；4)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，對環(huán)境條件的要求不像激光干涉?zhèn)鞲衅髂菢訃?yán)格。

1.2　光柵傳感器的缺點

1)價格高；2)維修較復(fù)雜成本也較高；3)對操作人員技術(shù)有一定的要求；4)對環(huán)境溫濕度有一定的要求。

2　扭簧表類量具檢定儀的結(jié)構(gòu)原理

扭簧表類量具檢定儀采用高精度光柵系統(tǒng)作為標(biāo)準(zhǔn)，精確的光柵位移測控技術(shù)、進(jìn)口電機(jī)控制系統(tǒng)、彩色大屏幕液晶顯示與觸控系統(tǒng)、高分辨率CCD及最新數(shù)字圖像處理技術(shù)，實現(xiàn)扭簧比較儀和機(jī)械式比較儀的全自動、高精度檢定。采用計算機(jī)控制電機(jī)精確驅(qū)動光柵位移原理，采用檢測軟件自動采集當(dāng)前數(shù)據(jù)，檢測的效率大大提高，檢定結(jié)果的不確定度明顯優(yōu)化。

3　檢測方法的可行性

扭簧表類量具檢定儀是專門檢測扭簧比較儀和機(jī)械式比較儀的計量標(biāo)準(zhǔn)器，扭簧表類量具檢定儀的最大允許誤差為±0.1μm，回程誤差為0.1μm，重復(fù)性為0.1μm。原來是用3等量塊作為主要標(biāo)準(zhǔn)器來檢測扭簧比較儀和機(jī)械式比較儀的示值誤差和回程誤差及重復(fù)性，3等量塊的不確定度為0.1μm+1×10-6ln，測量范圍為1～1.1mm，當(dāng)ln=1.1mm時，量塊的不確定度為0.1μm?，F(xiàn)將扭簧表類量具檢定儀作為主要標(biāo)準(zhǔn)器，該測量儀器的最大允許誤差和量塊的不確定度基本是一樣的，所以扭簧表類量具檢定儀作為標(biāo)準(zhǔn)器能滿足測量的要求。

扭簧比較儀的測量范圍為±0.03mm,分度值0.001mm，其最大允許誤差為±0.4μm；機(jī)械式比較儀的測量范圍為±0.10mm,分度值為0.001mm，其最大允許誤差為±1.0μm。

扭簧表類量具檢定儀作為主要標(biāo)準(zhǔn)器的最大允許誤差為±0.1μm，被檢測扭簧比較儀最大允許誤差為±0.4 μm，扭簧表類量具檢定儀最大允許誤差不大于被檢測扭簧比較儀最大允許誤差的1/3；機(jī)械式比較儀最大允許誤差為±1.0μm，同理可得也滿足此要求。所以扭簧表類量具檢定儀作為主要標(biāo)準(zhǔn)器完全可以滿足檢測以上兩種工作計量器具的要求。

4　量塊與扭簧表類量具檢定儀作為主要標(biāo)準(zhǔn)器的比較

例如被檢測機(jī)械式比較儀測量范圍為±0.10mm,分度值為0.001mm，依據(jù)JJG 39—2004《機(jī)械式比較儀》檢定規(guī)程的要求：示值誤差每個受檢點為10μm，共檢測20個受檢點，每個受檢點需檢測3次，取平均值，實際為60個數(shù)據(jù)；重復(fù)性測量在示值范圍的始、中、末三個位置需各測量5次，然后計算三個位置的重復(fù)性，回程誤差也是在示值范圍的始、中、末三個位置測量，取同一點正反之差，作為回程誤差。由此看出工作量比較繁雜、耗時。

用3等量塊檢測機(jī)械式比較儀的示值誤差和回程誤差及重復(fù)性需1小時以上，不僅有人為造成讀數(shù)誤差及其它原因造成的誤差，而且人工計算示值誤差和回程誤差及重復(fù)性易出差錯，既慢又費時間。標(biāo)準(zhǔn)器量塊需要維護(hù)保養(yǎng)，每次檢測完后，需清洗和擦干，放在干燥缸里，使用相當(dāng)麻煩，檢測工作效率極低，給檢測人員帶來了不便。

扭簧表類量具檢定儀采用計算機(jī)控制電機(jī)精確驅(qū)動光柵位移原理，用扭簧表類量具檢定儀檢測機(jī)械式比較儀的示值誤差和回程誤差及重復(fù)性只需15分鐘，該儀器操作方便、穩(wěn)定度好、精度高，大大減小人為造成的讀數(shù)誤差，不僅數(shù)據(jù)檢測精確可靠，又提高了工作效率，而且維護(hù)保養(yǎng)比較簡單。

5　結(jié)束語

原來的傳統(tǒng)觀念用量塊作為主要標(biāo)準(zhǔn)器，人為操作、計算，而如今檢測理念發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，用高精度測量儀器代替了量塊操作，測量數(shù)據(jù)能自動計算并能自動生成原始記錄，極大的提高了工作效率。目前國內(nèi)外許多高精度測量儀器代替了量塊作為了主要標(biāo)準(zhǔn)器，在長度計量檢測領(lǐng)域中起著舉足輕重的地位。所以在今后制定國家計量檢定規(guī)程和國家計量校準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范時必須考慮到相同精度等級的儀器代替量塊作為主要標(biāo)準(zhǔn)器。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.國家計量檢定規(guī)程JJG 39—2004《機(jī)械式比較儀》[S].中國計量出版社,2004

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.國家計量檢定規(guī)程JJG 118—2010《扭簧比較儀》[S].中國計量出版社,2010

[3]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.國家計量檢定規(guī)程JJG 201—2008《指示類量具檢定儀》[S].中國計量出版社,2008

[4]中國計量科學(xué)研究院.JJF 1059.1—2012《測量不確定度的評定與表示》[S].中國計量出版社,2012

[5]中國計量科學(xué)研究院.JJF 1011—2011《通用計量術(shù)語及定義》[S].中國計量出版社,2011

[6]黃偉城.輪胎花紋深度尺檢測方法及測量不確定度評定.計量技術(shù)，2013(12)