淺談電腦量塊測量儀檢校量塊時的若干問題

天津市計量監(jiān)督檢測科學(xué)研究院電子儀表實(shí)驗(yàn)所□姬 偉

在諸多的計量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中大部分使用的是接觸式干涉儀，并將其作為3等及以下等級量塊的檢校標(biāo)準(zhǔn)計量器具。本文旨在通過對電腦量塊測量儀工作原理的探討，對其在開展量塊計量過程中需要注意的若干問題進(jìn)行分析和研究。

1 電腦量塊測量儀的工作原理及使用中的注意事項(xiàng)

（1）電腦量塊測量儀的工作原理

電腦量塊測量儀是采用頻率式電感位移傳感器，專用數(shù)據(jù)采集接口電路和測量軟件包與計算機(jī)和量塊測量工作臺相連接，對100mm以下3～5等量塊進(jìn)行比較測量。測量過程符合JJG 146—2011《量塊》檢定規(guī)程的規(guī)定，能對量塊進(jìn)行主檢測量和抽檢測量，并能提示量塊的報廢限。計算機(jī)對所有測量結(jié)果存儲和打印，能在word下打印出主檢記錄，抽檢記錄，檢定結(jié)果，檢定證書。

傳感器的工作原理：頻率式電感位移傳感器的作用是把被測工件幾何量的微小變化，轉(zhuǎn)換成電感量的變化，通過頻率振蕩電路再轉(zhuǎn)換成頻率量的變化。兩個導(dǎo)磁體之間形成一個空氣楔，并在導(dǎo)磁體1上繞上線圈，導(dǎo)磁體1用機(jī)械方法固定不動，導(dǎo)磁體2與測桿連在一起，頻率振蕩電路給線圈加一定的電壓，這樣就組成一個簡單的電感楔型頻率式位移傳感器。當(dāng)給線圈加一定的電壓時，整個電路產(chǎn)生振蕩，在測桿下放量塊，使測桿上下移動，因測桿與導(dǎo)磁體2是連在一起的，空氣楔的距離就會增大或減小，隨著空氣楔的增大或減小，使電感量發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出頻率值變化，頻率值的變化經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，便可得知被測工件尺寸的變化。

（2）使用中對儀器的維護(hù)

通過上述工作原理得知位移傳感器特性，那么就要對其定期標(biāo)定和檢定。在量塊檢定過程中不得沖撞測頭測桿，距離較近時使用微調(diào)裝置調(diào)制測量位置。如有劇烈撞擊，需檢查重復(fù)性是否符合要求。每次使用儀器前均應(yīng)檢查接口電路板、傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線是否插好，以避免影響傳感器信號的輸出。

2 溫度控制對量塊檢校的重要性

根據(jù)JJG 146—2011《量塊》中的要求得知，實(shí)驗(yàn)室溫度整體要求根據(jù)不同等級大致可分為20℃±0.5℃左右，那么20℃是標(biāo)準(zhǔn)溫度是必須達(dá)到的。比標(biāo)準(zhǔn)溫度更重要的就是溫度控制，以被檢等級為4等量塊為例，如何將溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)尤為重要。在建立量塊檢定實(shí)驗(yàn)室過程中，推薦3等及以下的量塊與高等級量塊分開。高等級量塊一般直接測量，除必須備有量塊溫度測量系統(tǒng)外，還必須測定測量環(huán)境的空氣折射率?？梢杂每諝庹凵渎矢缮鎯x直接測量，也可通過測量大氣參數(shù)后用公式計算得到，必要時需要專門的控溫箱，因?yàn)槲覀儨y量完成后要對其測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評定，那么溫度及溫度變化帶來的不確定度分量不應(yīng)超過相應(yīng)等級量塊長度測量不確定度的35%。因此無論是直接測量，還是比較測量，溫度的控制帶來的影響值得關(guān)注。

3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件

在實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控項(xiàng)目中，不同實(shí)驗(yàn)室對溫濕度都有要求，而大部分實(shí)驗(yàn)都是在明確的溫濕度環(huán)境中展開，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件直接影響著各種實(shí)驗(yàn)或檢測的結(jié)果，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行都需要精確可靠的監(jiān)測儀器來提供準(zhǔn)確的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。環(huán)境條件溫濕度的控制方面考慮的要素，就是保證實(shí)驗(yàn)操作的環(huán)境溫濕度是能夠滿足實(shí)驗(yàn)程序各個過程的需要。制定實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫濕度控制范圍的幾個主要方面：

1）識別各項(xiàng)工作對環(huán)境溫濕度的要求，主要識別標(biāo)準(zhǔn)器具的需要、實(shí)驗(yàn)程序的需要，以及實(shí)驗(yàn)室員工的人性化考慮，對于4等量塊規(guī)程中要求20℃±0.5℃，35%～80%范圍內(nèi)即可；

2）選擇并制定有效的環(huán)境溫濕度控制范圍。從各要素所有要求清單中摘取最窄范圍作為該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境控制的允許范圍，制定環(huán)境條件控制方面的管理程序，并依據(jù)該科室實(shí)際情況制定合理有效的SOP；

3）保持和監(jiān)控。通過各項(xiàng)措施保證環(huán)境的溫濕度在控制的范圍內(nèi)，并對環(huán)境溫濕度進(jìn)行監(jiān)控和做好監(jiān)控的記錄，超過允許范圍及時采取措施，開空調(diào)調(diào)節(jié)溫度，開除濕機(jī)控制濕度；

4）認(rèn)證與計量實(shí)驗(yàn)室的要求。認(rèn)證與計量實(shí)驗(yàn)室在實(shí)施檢驗(yàn)、鑒定、測試和認(rèn)證服務(wù)時，需要實(shí)時記錄實(shí)驗(yàn)全過程溫濕度的變化，使用溫濕度記錄儀可簡化記錄工作，節(jié)約成本，并且記錄數(shù)據(jù)不會受到過多人為因素的干擾，能夠客觀真實(shí)地反映檢測過程。試驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備對溫濕度的控制準(zhǔn)確與否，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、重復(fù)性都有著重大的影響。GLP、GAP、CNAS、ISO 17025、ISO 15189、ISO 17020、ISO 9000、ISO 16949、ISO 14000等認(rèn)證是對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的基本要求，ZOGLAB的產(chǎn)品符合各項(xiàng)要求，精密的監(jiān)測并提供高精度無法篡改的原始記錄。

4 用于檢校量塊的專用實(shí)驗(yàn)室控溫的重要性

一般實(shí)驗(yàn)室的溫度要控制在21℃～25℃左右，相對濕度要控制在45%～55%左右就能滿足基本的實(shí)驗(yàn)要求，但是對于檢校量塊的專用實(shí)驗(yàn)室來說，由于電腦量塊測量儀和標(biāo)準(zhǔn)量塊受溫度變化而變化的特性，就更加需要提供恒溫和恒濕的環(huán)境來維持實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性。

從實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)環(huán)境來看，能導(dǎo)致急劇溫差和濕度過大的情況幾乎不存在，這樣對溫濕度調(diào)節(jié)器的短期控制程度要求很高，要從降溫、加熱、加濕和除濕這幾種方式來嚴(yán)格控制。

與此同時，從外部環(huán)境來看，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)的溫濕度變化會受外部條件的影響，例如地域的氣候特點(diǎn)、白天和黑夜的溫差、各種特殊天氣的影響，產(chǎn)生溫濕度的高低變化。因此，要保證溫濕度的平衡和達(dá)到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室需要密封隔絕外部環(huán)境任何有可能導(dǎo)致室內(nèi)空氣變化的突發(fā)情況，嚴(yán)格要求管理人員定時換送新鮮空氣的時機(jī)，禁止出現(xiàn)人員的過失對室內(nèi)環(huán)境的污染，對照明設(shè)備、精密儀器的使用環(huán)境進(jìn)行測溫，以保證室內(nèi)溫濕度達(dá)到規(guī)定的偏差。

特別是對實(shí)驗(yàn)室的相對濕度變化，也要進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)驗(yàn)室的空氣不能因?yàn)槠渌麠l件，導(dǎo)致出現(xiàn)溫濕度差異?？諝獾臏囟戎灰儎恿?.0℃，就會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室相對濕度出現(xiàn)大幅度變化，影響室內(nèi)儀器的正常運(yùn)作。甚至只是0.2℃的溫差，也會引起大于0.5%的濕度變化。

因此，對溫濕度非常敏感的專用實(shí)驗(yàn)室，需要使用專業(yè)的傳感器來嚴(yán)格控制偏差，尤其是對濕度的精準(zhǔn)監(jiān)測。傳感器有兩種，一種是溫度傳感器，相對精準(zhǔn)；另一種是濕度傳感器，在一定的條件下會失準(zhǔn)，必須定時監(jiān)測空氣的濕度來確保精準(zhǔn)。于此同時，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的時候還要注意整個溫濕度控制區(qū)域的均勻度。

5 檢校量塊中的常見問題

（1）量塊的使用

量塊可作為計量器具的標(biāo)準(zhǔn)使用；用于儀器、量具、量規(guī)等示值誤差的檢定；用于精密零件測量、精密機(jī)床、夾具在定位尺寸時的調(diào)整；量值的統(tǒng)一。機(jī)械制造中各制成品的尺寸與國家乃致國際實(shí)現(xiàn)米定義所推薦的基準(zhǔn)光譜射線的波長聯(lián)系起來，以達(dá)到長度量值在全國和國際間統(tǒng)一，使零部件具有良好的準(zhǔn)確性和互換性。

（2）鋼質(zhì)量塊較其他材質(zhì)量塊的優(yōu)勢

鋼質(zhì)量塊的線膨脹系數(shù)和彈性模量與大部分被測對象接近，因此在進(jìn)行檢?；驕y量時受環(huán)境等其他因素影響更加接近，有利于減小測量過程中偏離20℃的誤差和減小測力變形引起的誤差。

（3）鋼質(zhì)量塊存在的一些問題和注意事項(xiàng)

鋼質(zhì)量塊經(jīng)過高溫（鹽爐、電火花等）加熱、淬火、回火、低溫冷凍等冷熱處理后表面硬化。在冷熱處理中，未消除殘余應(yīng)力，后續(xù)會重新分布，尺寸會增大或減??；內(nèi)部金相組織殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，馬氏體體積膨脹會使尺寸增大；馬氏體抑制碳在碳化物中晶體的晶格形成，晶格幾何形狀會使尺寸減小。

因此，量塊在制成后半年內(nèi)受合成因素影響會無規(guī)律地增大或減小。

（4）檢定量塊前的準(zhǔn)備工作

不管是哪個等級的量塊，一般都會成套進(jìn)行送檢至專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，首先應(yīng)檢查盒內(nèi)量塊是否齊全，明牌是否清晰可見；再將待檢量塊清洗兩遍擦拭干凈，使用專用油石打磨去除表面毛刺。另外若量塊出現(xiàn)帶磁現(xiàn)象，必須使用去磁機(jī)處理至無磁后，按順序排放在待檢盤中。

6 結(jié)語

對于量塊檢校的專用實(shí)驗(yàn)室來說，不管是使用接觸式干涉儀還是電腦量塊測量儀，除設(shè)計原理不同之外，其工作原理和基本要求都是大同小異。本文重點(diǎn)討論的是根據(jù)電腦量塊測量儀的設(shè)計原理結(jié)合量塊檢校中的相關(guān)問題，通過長期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對量塊檢校的重要性，并進(jìn)行歸納總結(jié)，希望有更多的同行提出更多更好的建議共同進(jìn)行探討。