溫度變化對(duì)二等量塊測(cè)量結(jié)果的影響

【摘要】 在JJG 146—2011《量塊》檢定規(guī)程中，根據(jù)量塊長(zhǎng)度的測(cè)量方法給出了被測(cè)量塊在標(biāo)準(zhǔn)溫度（20 ℃）時(shí)的長(zhǎng)度偏差計(jì)算公式。本文對(duì)使用光波干涉儀直接測(cè)量小尺寸二等量塊長(zhǎng)度時(shí)，被測(cè)量塊及其附近空氣的溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響進(jìn)行了分析，探討了使測(cè)量結(jié)果更加可靠的途徑。

【關(guān)鍵詞】 溫度變化;長(zhǎng)度偏差;二等量塊

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.009

Influence of Second Class Gauge Blocks Measured Results Due to Temperature Changing

HAN Qiao-chu

（Liaoning Institute of Metrology，shenyang 110036，China）

Abstract：? In the verification regulation of JJG 146—2011 Gauge Blocks，the formula of how to calculate the length deviation at the standard temperature（20 ℃）based on the gauge blocks length measured method. In this paper，the influence of temperature changing by testing gauge blocks and air nearby are analysis when using optical interferometer detecting second class gauge blocks to make the results more reliable.

Key words： temperature change;length deviation second;gauge block

1 引言

量塊是一種高精度的端面量具，其長(zhǎng)度通常被用作檢定計(jì)量器具的標(biāo)準(zhǔn)。隨著我國(guó)現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的不斷發(fā)展和精密加工能力的不斷提升，對(duì)量塊的檢定提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，二等量塊在計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)和大型企業(yè)中的使用日益廣泛。因此，二等量塊長(zhǎng)度的測(cè)量結(jié)果是否可靠成為一個(gè)備受關(guān)注的問題。

在二等量塊長(zhǎng)度測(cè)量的過程中，影響測(cè)量結(jié)果的因素有很多，如被測(cè)量塊溫度、被測(cè)量塊附近空氣溫度、大氣壓力、濕度等。JJG 146—2011《量塊》檢定規(guī)程中要求測(cè)量結(jié)果為在標(biāo)準(zhǔn)條件（量塊溫度20 ℃，大氣壓力101.325 kPa）下的值。雖然在進(jìn)行量塊長(zhǎng)度測(cè)量時(shí)都會(huì)嚴(yán)格控制室內(nèi)溫度，但受種種因素制約，很難做到每次測(cè)量都在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行。因此，有必要根據(jù)實(shí)際測(cè)量條件對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。本文對(duì)使用光波干涉儀直接測(cè)量小尺寸二等量塊長(zhǎng)度時(shí)，被測(cè)量塊及其附近空氣的溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響進(jìn)行分析。

2 二等量塊測(cè)量過程中的溫度測(cè)量

用柯氏干涉儀直接測(cè)量量塊長(zhǎng)度時(shí)，首先應(yīng)將被測(cè)量塊的一個(gè)測(cè)量面與符合量塊檢定規(guī)程中要求的平面平晶研合，將研合好的組合體放置在干涉儀的工作臺(tái)上，并緩慢移動(dòng)到測(cè)量位置。在儀器的保溫箱內(nèi)配備有兩支構(gòu)造特殊的專用水銀溫度計(jì)，分度值為0.02 ℃，測(cè)量范圍為17～24 ℃。一支用于測(cè)量量塊附近空氣的溫度，另一支（配有一限位片和微力的小拉簧）用于測(cè)量被測(cè)量塊的溫度。當(dāng)被測(cè)量塊安裝完畢后，將溫度計(jì)推離限位片，在小拉簧的微拉力作用下，溫度計(jì)的感溫泡輕輕貼附在量塊的一個(gè)側(cè)面。

量塊安裝好以后，保持保溫箱的門處于打開狀態(tài)，消除安裝時(shí)手熱帶來的影響。當(dāng)溫度控制達(dá)到平衡、穩(wěn)定且接近20 ℃時(shí)，關(guān)好保溫箱的門并保持一定時(shí)間以后，在長(zhǎng)度偏差測(cè)量之前，讀取被測(cè)量塊的溫度[tg1]和被測(cè)量塊附近保溫箱內(nèi)空氣的溫度[ta1]。在讀取干涉條紋小數(shù)部分，測(cè)量完在該條件下對(duì)其標(biāo)稱長(zhǎng)度的偏差值[C0]以后，再一次按量塊的長(zhǎng)度偏差測(cè)量之前的方法讀取被測(cè)量塊的溫度[tg2]和被測(cè)量塊附近保溫箱內(nèi)空氣的溫度[ta2]。

3 溫度變化對(duì)測(cè)量結(jié)果影響的量化分析

3.1 建立模型

根據(jù)JJG 146-2011《量塊》規(guī)程可知：用干涉條紋小數(shù)部分重合的方式直接測(cè)量被測(cè)量塊在20 ℃時(shí)的長(zhǎng)度偏差時(shí)，有兩個(gè)修正量與溫度有關(guān)，分別為測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)所引入的修正量[C1]和由于被測(cè)量塊溫度偏離20 ℃所引入的修正量[C2]。

量塊長(zhǎng)度測(cè)量過程中，被測(cè)量塊附近保溫箱內(nèi)的溫度為：

[ta=（ta1+ta2）2] （1）

量塊長(zhǎng)度測(cè)量過程中，被測(cè)量塊的溫度為：

[tg=（tg1+tg2）2] （2）

測(cè)量長(zhǎng)度時(shí)環(huán)境溫度偏離標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)所引入的修正量為：

[C1=K1×（ta-20）×l] （3）

被測(cè)量塊溫度偏離20 ℃所引入的修正量為：

[C2=α×（20-tg）×l] （4）

3.2 以100 mm二等量塊為例進(jìn)行量化分析

根據(jù)量塊規(guī)程，取K[1]=0.930 [μm/℃]。由保溫箱內(nèi)空氣溫度波動(dòng)所引起的修正量變化值為：

[ΔC1=K1（ta-20）l-K1（ta1-20）l=K1（ta2-ta12）l] （5）

當(dāng)l=100 mm時(shí)，

[ΔC1=0.093×（ta2-ta12）] （6）

根據(jù)量塊規(guī)程，取[α]=11.5[×]10-6 [℃-1]。由被測(cè)量塊溫度波動(dòng)所引起的修正量變化值為：

[ΔC2=α（20-tg）l-α（tg1-20）l=α（tg1-tg22）l] （7）

當(dāng)l=100 mm時(shí)，

[ΔC2=1.15×（tg1-tg22）] （8）

按二等檢定量塊的中心長(zhǎng)度時(shí)，測(cè)量偏差的有效小數(shù)位數(shù)為0.01 μm。因此，在其他影響量保持不變的情況下，由于溫度變化引起的修正量變化值應(yīng)不大于0.01 μm。通過觀察式（6）和式（8）可知保溫箱內(nèi)空氣溫度波動(dòng)所引起的修正量變化值很小，被測(cè)量塊溫度波動(dòng)所引起的修正量變化值為主要影響量。通過計(jì)算式（8）得到[tg1-tg2]≤0.02 [℃]。根據(jù)日常檢定二等量塊的經(jīng)驗(yàn)，保溫箱內(nèi)空氣溫度波動(dòng)應(yīng)符合[tg1-tg2]≤0.04 [℃]。

4 結(jié)論

為了盡量減少溫度變化對(duì)二等量塊測(cè)量結(jié)果的影響，在測(cè)量光路處的箱內(nèi)空氣溫度波動(dòng)應(yīng)小于0.04 ℃，被測(cè)量塊溫度波動(dòng)應(yīng)小于0.02 ℃。當(dāng)溫度變化超出允許范圍時(shí)，應(yīng)按照二等量塊長(zhǎng)度偏差測(cè)量方法重新測(cè)量，保證量值傳遞的準(zhǔn)確可靠。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 陳巧巧，丘卉，黃萬鈞.二等量塊檢定裝置概述[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2019（2）：47-50+53.

[2] 何曉延，馮斐.柯氏干涉儀檢定二等量塊影響因素探討[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2010（10）：17+21.

[3] 姜振祥.溫度對(duì)長(zhǎng)度尺寸的誤差影響[J].中國(guó)計(jì)量，2013（3）：87-88.

【作者簡(jiǎn)介】

韓翹楚，女，1989年出生，工程師，碩士，研究方向?yàn)殚L(zhǎng)度計(jì)量。