關于大量塊使用中存在的溫度問題分析

武騰騰

（東華計量測試研究院，江西南昌 330000）

大量塊在測量機、測高儀等高精密長度測量儀器中的應用較為普遍，屬于無刻度量具。根據新量塊檢定規(guī)程JJG 146-2011《量塊》內容，量塊等級標準提高，并且在檢測方法與原理上進行改善，突出了溫度對量塊測量結果的影響。

1 大量塊使用中對溫度條件要求

根據JJG 146-2011《量塊》規(guī)程，使用大量塊進行長度測量時，當溫度偏高時，應引入修正量C2：

其中，a 為測量塊溫度線膨脹系數；t 為測量過程中，測量塊的具體溫度；at為標準測量塊溫度線膨脹系數；tt為測量長度時，標準量塊的溫度；L為大量塊的名義尺寸。分析公式可知，修正量C2 的變化值與量塊溫度線膨脹系數和大量塊的尺寸存在緊密關系。

相關人員使用大量塊測量時，應注重控制標準量塊精確度，同時，關注溫度條件變化對測量結果的影響，使得測量結果可靠性提高。在量塊的溫度控制研究中，選取長度為10 cm 的量塊，以該量塊作為測塊，測量溫度t 為18.2℃，取標準量塊溫度tt為17.5℃，測量塊溫度膨脹系數a 和at分別取2.15 和1.48，通過公式C2=[a(20-t)-at(20-tt)]L，求得修正量為1.7，實際測量中，需要以此為依據對溫度進行調整[1]。

2 關于大量塊使用中存在的溫度問題

2.1 量塊溫度的穩(wěn)定性問題

實踐中為獲取精確測量值，應對大量塊使用中存在的溫度問題進行識別，并且嚴格控制測量過程穩(wěn)定性。穩(wěn)定性是確保測量工作有序開展的關鍵，是量塊在正常使用條件下的技術標準。而當量塊溫度出現不穩(wěn)定后，其自身長度和形狀均會發(fā)生變化，因此難以獲得相對合理與可靠的測量結果。因此在大量塊的使用過程中，需要注意以下問題：

一是，在量塊溫度相對穩(wěn)定或變化較慢的情況下開展具體測量作業(yè)。二是，在大量塊使用中，應通過控制測量條件和量塊數量的方式，降低溫度形成影響。例如，大量塊測量時，將實際測量條件設計為1 零位－2 量塊－3 量塊－4 零位順序步驟，然后進行計算分析，對量塊的長度進行測量。實踐表明，當使用大量塊測量時，可將量塊長度設計為100 mm，并且對溫度條件進行有效控制，防止出現嚴重的測量差值，確保結果真實有效。三是，根據量塊的穩(wěn)定情況，選擇合適高度，當測量要求較高時，應強化溫度差控制能力[2]。

2.2 量塊溫度值穩(wěn)定

當量塊溫度條件合格后，需要對溫度值的穩(wěn)定性進行控制，防止出現溫度值不均勻影響測量進程。例如，在使用大量塊測量時，技術人員將工作溫度值控制在20.72℃，并且對測量溫差進行規(guī)范，將溫差控制在±1×10-6℃之間，通過測量條件的優(yōu)化達到預期控制目標。大量塊使用過程中，由于溫度值不均勻會出現形狀改變的問題，為落實精細化操作理念，對測量對象進行準確把握，相關人員對大量塊使用環(huán)節(jié)進行管理，提出有效的使用規(guī)范。

為確保大量塊溫度值穩(wěn)定，需要明確注意事項：（1）不得使用手指接觸或觸摸量塊，必須用手接觸時，操作人員應佩戴手套，并且短暫接觸，防止長時間接觸量塊影響測量精度。（2）大量塊過熱時，應等待其自然冷卻，或使用人工吹風降溫的方式，使得測量條件更加規(guī)范。值得注意的是，當使用大量塊進行垂直測量時，溫度會隨著高度變化出現明顯差異，此時應重點關注溫度不均勻對測量結果帶來的不良影響。（3）環(huán)境溫度不均勻也會影響到實際測量結果，因此，在具體測量環(huán)節(jié)相關人員應確保溫度均勻。實際工作中，當測量模塊一端解除較大熱源或發(fā)熱設備后，需要不斷調整測量塊的方向，防止出現一端受熱溫度過高，影響實際測量效果。例如，在對某車間機床構件進行測量時，操作人員將大量塊旋轉180°，并且在測量中對量塊局部受熱情況進行觀察，發(fā)現異常及時處理，防止因局部過熱導致測量結果失真，影響后期判斷和決策。

2.3 大量塊溫度修正問題

當量塊溫度穩(wěn)定、均勻后可開展相關測量工作。但是設計工作中，不能總是保證溫度值在20℃，因此需要對溫度值做出合理矯正。相關人員提出開展多點測試，在量塊的長邊安裝溫度傳感裝置，實現對溫度值的有效獲取。同時，在測量過程中，需要對量塊溫度進行實時監(jiān)控，并且取測量結果的平均值，使得測量結果更加穩(wěn)定。實踐測量中，需要對溫度值進行補償，確保溫度均勻穩(wěn)定。相關溫度修正公式如下：

公式中，溫度修正結果與量塊的長度L和線性膨脹系數a和溫度t 有關。由于實際測量中，大量塊的長度為標稱長度，因此，長度變化對測量結果的影響可忽略。具體測量中，相關人員應對線性膨脹系數a 和溫度t 進行控制。實踐表明，對線性膨脹系數進行監(jiān)測，觀測其變化值是改善溫度不利影響的關鍵路徑，應對此提高研究力度。

然而，相關人員在使用大量塊進行測量時，通常未能及時控制測量塊的具體溫度，使得測量結果的準確度受到一定影響。為改善相關問題，降低不利影響，相關人員應在大量塊使用前做好評估，并對測量結果進行補償，使得測量過程更加可靠。鑒于溫度變化對實際測量結果的影響，需要對△=La(t-20)中，修正溫度的變化量進行控制。

大量塊線性膨脹系數a 的誤差應控制在±1×10-6℃。測量中，當存在較高精度要求時，需要對量塊的膨脹系數進行計算，并且引入了不確定度概念，不確定度記為U，U=2×10-8℃，k=2。以往測量實際中，未能引入不確定度概念，相關人員在開展測量時，通常是控制工作溫度。標準量塊與被測量塊之間的允許誤差大小隨著標準量塊在20℃中的偏離程度而發(fā)生變化，并且隨著量塊精度等級和長度的變化而發(fā)生變化。為提升策略結果準確度，需要關注溫度均勻性問題，確保測量量塊與周圍溫度值均勻一致，并且將誤差控制在較小范圍內。

在非封閉環(huán)境下使用大量塊進行測量時，應對設備的高精度進行嚴格要求，需要使用溫度量塊時，應考慮不確定度U，將U的值控制在合理范圍內。通常情況下，需要滿足U=0.1℃，系數k=2，使得測量結果更加準確可靠。而在較為封閉的環(huán)境下，需要使用高精度測量儀，此時U的限定條件應控制在0.01℃，參數k的值為2。對量塊溫度進行控制時，應注意轉換器，確保轉換器與量塊之間具有良好的接觸面，同時，減少接觸面溫度差值，確保最佳接觸面與量塊表面進行有效貼合[2]。通過以上技術條件，可降低環(huán)境因素對測量結果產生的不利影響。

2.4 使用溫度問題

在大量塊的使用過程中，會出現量塊溫度與儀器溫度混合的問題，使得測量結果誤差較大。為改善這一問題，在測量和使用前需要將量塊和儀器設備在同一環(huán)境下放置較長時間，并且使用量塊校準設備進行誤差糾正。使用測長機對量塊進行測量，相關人員需要將尾座進行固定，取下量塊時，設備頭座與尾座的測量帽應對準，并確保量塊與測桿系統(tǒng)在封閉的環(huán)形內。測量結果表明，量塊與導軌是同時變化的，當溫度膨脹系數一致時，此時長度值相同，溫度高低的影響便可相互抵消。

3 結論

綜上所述，文章對大量塊使用條件進行明確，提出在溫度過高時引入修正量，對量塊溫度、膨脹系數和標準長度進行控制，使得量塊應用效果達到最佳。此外，在大量塊使用中對存在的問題進行重點描述，相關問題主要來自量塊本身和工作溫度，通過改善工作環(huán)境，降低溫度變化對測量結果造成的不利影響。