段麗穎
【摘要】平晶平面度檢定工作屬于較為復雜的技術(shù)工作之一,在檢定過程中可能會受到各種因素影響,進而出現(xiàn)檢定誤差。為盡可能提高平晶平面度檢定的精確性,應當重視對環(huán)境溫度的控制,并明確其產(chǎn)生的主要影響,探索降低偏差的應用措施。本文主要針對環(huán)境溫度對平晶平面度檢定的影響進行深入研究,以供參考。
【關(guān)鍵詞】環(huán)境溫度;檢定;平晶;平面度
【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2022.03.031
Influence of Ambient Temperature on Verification of Flatness of Flat Crystal
DUAN Li-ying
(Huludao Testing and Inspection Center,Huludao 125000,China)
Abstract:The verification of flat crystal flatness is one of the more complex technical work. In the verification process,it may be affected by various factors,resulting in verification error. In order to improve the accuracy of flat crystal flatness verification as much as possible,we should pay attention to the control of ambient temperature,clarify its main influence,and explore the application measures to reduce the deviation. In this paper,the influence of ambient temperature on flat crystal flatness verification is deeply studied for
reference.
Key words:ambient temperature;verification;flat crystal;flatness
平晶屬于長度計量領(lǐng)域中最常見的計量器具,已被各企事業(yè)單位廣泛應用。平晶在檢定平面度的過程中,可能會受到環(huán)境溫度的影響產(chǎn)生一些波動。通過對平晶概念與檢定細節(jié)進行分析,能夠明確環(huán)境溫度對平晶平整性檢定的主要影響,可以為后續(xù)進一步改進相關(guān)檢定環(huán)節(jié)提供技術(shù)支持。因此,本文作者結(jié)合JJG 28—2019《平晶》檢定規(guī)程,明確相關(guān)研究需求,并深入整合概念與檢定活動流程,使環(huán)境溫度產(chǎn)生的影響得到充分探究,為未來開展平晶平面度檢定工作提供重要支持。
1平晶概念簡析
平晶是具有兩個(或一個)光學測量平面的正圓柱形或長方形的量規(guī),其通常由光學類型玻璃材料或石英材料制成。根據(jù)光波干涉等技術(shù)原理,通過平晶試驗件被測試面與標準化平晶材料之間存在的干涉性條紋,分析被側(cè)面的實際平行狀態(tài)與平面程度。通常情況下,平面類平晶一般可以在檢定量塊實際研合性級別、平面級別等場景下進行應用。同時,也可以針對量具的工作面、測量面平面級別進行檢定,屬于幾何計量的關(guān)鍵應用工具之一。因此,平晶可以在諸多高精度計量場合進行應用,如平面光學零件處理、高精度工作臺、密封件制造、平板導軌生產(chǎn)等[1]。通過對平晶檢定的細節(jié)進行研究,能夠明確其可能會受到的影響,有利于提高測量精確性級別,為后續(xù)進一步應用平晶材料夯實基礎(chǔ)。
2平晶檢定細節(jié)探究
2.1檢定等級與設(shè)備檢定條件
平晶本身在工作領(lǐng)域通常被分為1級或2級。根據(jù)JJG 28—2019《平晶》細節(jié)要求,平晶檢定工作需要應用標準平晶對比方式展開。通過將直徑處于30~140mm范圍內(nèi)的工作類平晶作為基礎(chǔ)平面,并通過等厚干涉儀與2級標準化平晶展開比較式檢定,能夠及時獲得相關(guān)信息,進而實現(xiàn)理想檢定目標。平面等厚干涉裝置主要利用厚光波之間相互干涉的效應作為基礎(chǔ)原理,其能夠在測量目標物體表面平整度的過程中發(fā)揮重要作用,屬于精密光學計量手段。在實際應用階段,此類檢定設(shè)備可以在光學零件制造區(qū)域、精密實驗室區(qū)域、高精度計量區(qū)域進行應用,因此具有較為重要的應用價值。
按照結(jié)構(gòu)類型進行劃分,等厚干涉裝置可以分為兩種:第一種采用鈉光作為基礎(chǔ)作用光源,無需利用標準化平面平晶,屬于平面等厚干涉裝置的類型;第二種需要將激光作為基礎(chǔ)作用光源,通過將標準化平面平晶納入應用范圍內(nèi),能夠?qū)崿F(xiàn)基礎(chǔ)測量目標[2]。目前,較為常用的等厚干涉裝置主要采用鈉單色燈作為核心,其內(nèi)部標準化平晶為2級,能夠在檢定過程中得到良好的應用。
2.2檢定措施與環(huán)境標準
常規(guī)檢定流程應用的基礎(chǔ)方法與環(huán)境條件狀態(tài)會對檢定效果產(chǎn)生顯著影響。因此,需要明確相關(guān)應用方式與環(huán)境條件,確保檢定流程能夠按照JJG 28—2019《平晶》規(guī)定進行。在檢定過程中,需要首先將被檢定的平面平晶放置在等厚干涉裝置工作區(qū)域表面。隨后需要針對干涉條紋的實際間隔進行調(diào)整,使等待被檢定的區(qū)域能夠出現(xiàn)干涉條紋,通常數(shù)量為3-5條。
在應用2級標準平晶進行比較檢定處理的過程中,應將兩者進行整合處理,包括平面平晶與標準化平晶。通過此類方式,能夠使被檢定區(qū)域出現(xiàn)干涉條紋,為后續(xù)進一步開展檢定提供重要基礎(chǔ)。對平面度進行設(shè)定的過程中,需要結(jié)合通過直徑位置的極限彎曲與條紋間隔數(shù)進行規(guī)劃。通常情況下,合理設(shè)置平面度能夠有效提高檢定精確性,降低不良問題出現(xiàn)概率。
在檢定階段,能夠?qū)z定流程產(chǎn)生影響的環(huán)境因素較多,如濕度、檢定數(shù)值讀取誤差、等厚干涉裝置顯示誤差等。除此之外,溫度也屬于平晶平面度的重要影響因素之一,其會對材料的平面度造成影響。在平晶的檢定規(guī)定中明確指出:平面平晶在開始進行檢定活動前,需要放置在合理的環(huán)境溫度范圍內(nèi),并保證濕度不高于80%,完成等溫處理流程。通常情況下,60 mm的平面平晶等溫處理時間必須高于16 h。在測量開始前,裝置內(nèi)部等溫時間應當大于0.5 h,并保證24 h內(nèi)室溫實際變化未超過2.5℃,1 h內(nèi)室溫變化未超過0.5℃[3]。
除此之外,還需要在開始手動調(diào)整前,針對操作人員的體溫進行適當處理,避免其對平晶平面度檢定造成不必要的影響。通過進一步探索環(huán)境溫度對平晶平面度的影響,可以明確相關(guān)處理方式,能夠為未來進一步展開檢定工作提供重要參考。
3平晶平面度檢定環(huán)境溫度影響研究
3.1差異溫度條件下平面度測量分析
在對平晶平面度進行檢定的過程中,環(huán)境溫度屬于不可忽視的重要影響因素之一。通過取規(guī)格為45mm、60mm、100 mm的平面平晶作為基礎(chǔ)實驗材料,并將三者放置在20℃、上下浮動不超過5℃的環(huán)境中進行測量分析,能夠明確相關(guān)詳細數(shù)據(jù),并為后續(xù)進一步研究提供重要參考。在對溫度數(shù)據(jù)進行測量的過程中,應保證渠道符合兩個基礎(chǔ)條件:第一,應當利用指針式溫度計對實驗室內(nèi)部整體環(huán)境進行測量,避免在分析過程中出現(xiàn)偏差,影響環(huán)境溫度探究效果[4]。第二,儀器檢定箱內(nèi)部的溫度需要應用工業(yè)式玻璃外殼液體溫度計進行測量,最大限度降低周邊環(huán)境的干擾,使溫度數(shù)據(jù)精確性能夠符合實際分析需求。
3.2測量數(shù)據(jù)探究
通過對平面平晶在不同環(huán)境溫度條件下的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分析,能夠發(fā)現(xiàn)在18.8~20.6℃范圍內(nèi),平面平晶的平面度基礎(chǔ)變化程度較低,整體穩(wěn)定性好,符合測量應用標準。平面平晶的實際直徑數(shù)據(jù)越高,其受到溫度影響的變化幅度越明顯,平面度變化程度也愈發(fā)顯著。導致這一問題的主要原因與溫度條件變化對平面平晶度的實際影響有關(guān),常規(guī)條件下,平晶外部區(qū)域與核心區(qū)域的折射率存在較為顯著的差別,因此測量過程中等厚干涉條紋會出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。這一現(xiàn)象會對測量結(jié)果產(chǎn)生不可忽視的影響,而基礎(chǔ)折射率又與射入實際波長、玻璃材料密度、溫度狀態(tài)、實際組成結(jié)構(gòu)、折射率存在顯著關(guān)系。對于單一平面平晶而言,其密度狀態(tài)與玻璃材料的實際組成在溫度正常的情況下基本處于固定級別,因此可變化條件僅為溫度與射入波長。對于同一平臺等厚干涉裝置,其需要應用鈉燈光進行處理,這一光線的入射波長對于平面度的影響實質(zhì)上也處于穩(wěn)定狀態(tài)。因此,可以明確溫度條件變化會對平面平晶的平面度產(chǎn)生顯著影響。
3.3恒溫條件影響
溫度對于平面平晶的平面度影響不僅與當前級別存在關(guān)聯(lián),同時還與恒溫的基礎(chǔ)時長存在密切聯(lián)系。通過對不同恒溫條件下的平晶平面度進行檢查,能夠發(fā)現(xiàn)首次測量結(jié)果具有偏小特性。導致這一現(xiàn)象的原因是被檢定平面平晶基礎(chǔ)溫度與標準化平晶、實驗室環(huán)境溫度存在顯著差異,處于相對較低的狀態(tài)。在這種情況下,快速布置于高溫環(huán)境內(nèi)可能會導致被檢定平面平晶的外側(cè)表面出現(xiàn)快速升溫,最終導致局部升溫速度過快,產(chǎn)生熱脹效應[5]。核心區(qū)域的溫度會隨著恒溫時間的延長而緩慢增加,熱脹效應相對不明顯??梢哉J為,恒溫時間會導致平面平晶度的測量數(shù)據(jù)相較于真實數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏凹。在環(huán)境溫度穩(wěn)定的情況下,恒溫時間進一步增加會導致完成恒溫后的平晶凹型級別不斷減小,最終接近實際數(shù)據(jù)。溫差會導致平面位置的形狀出現(xiàn)改變,最終等厚干涉裝置出現(xiàn)條紋彎曲數(shù)據(jù),影響平晶平面的實際測量精準性。因此,需要在檢定過程中,確保平面平晶處于恒溫狀態(tài),使其溫度波動范圍能夠貼合規(guī)程要求,避免出現(xiàn)結(jié)果偏差問題。
3.4影響分析與輔助檢定方式
在針對平晶平面度進行檢定的過程中,可以認定環(huán)境溫度條件與平面度存在密切相關(guān)。通過分析能夠發(fā)現(xiàn),在環(huán)境溫度處于19~21℃的條件下,針對平面平晶的測量數(shù)據(jù)具有良好的穩(wěn)定性。通過將檢定流程的基礎(chǔ)恒溫區(qū)間進一步縮小,能夠有效提高檢定穩(wěn)定性,可以增強實際操作靈活程度,降低基礎(chǔ)投入成本。因此,在平面平晶進行檢定的過程中,應當保證環(huán)境處于恒溫狀態(tài),并嚴格遵循規(guī)程提出的差異規(guī)格恒溫時間長度數(shù)據(jù),避免出現(xiàn)偏差。
在針對等厚干涉條紋進行調(diào)節(jié)的過程中,應當設(shè)置完善的隔熱處理措施,避免人員自身體溫對測量結(jié)果造成干擾,保障平晶平面的檢定數(shù)據(jù)具有有效性。在實際檢定過程中,可以采取輔助應用方式,使檢定流程能夠順利進行,降低環(huán)境溫度對結(jié)果產(chǎn)生的偏差影響。例如,可以采用試測分析判斷方式。該方式的理論基礎(chǔ)為熱脹冷縮,與常規(guī)加壓分析措施存在差異,其需要在多個溫度條件下進行針對性分析,最終獲得準確的檢定數(shù)據(jù),能夠?qū)ζ骄П砻嫘螤钸M行科學判斷。該方式在溫差較小的情況下可能無法進行準確判斷,因此僅能夠發(fā)揮輔助效果,為常規(guī)方式提供重要數(shù)據(jù)支持。
除此之外,還可以采用另一種輔助測量措施,即短時間局部外圍升溫方式。此輔助方式同樣基于熱脹冷縮理論,其需要針對實驗室環(huán)境下的溫度條件、恒溫條件、溫度變動狀態(tài)進行全面規(guī)劃,使其變動程度能夠符合檢定流程需求,盡可能降低出現(xiàn)問題的概率。同時,還需要針對干涉條紋進行調(diào)整,使其能夠處于3-5條的狀態(tài),并記錄當前彎曲程度與條紋的實際彎曲方向[6]。結(jié)束后,應當用手靠近被檢定平晶周邊,使其能夠產(chǎn)生局部升溫效應。需要注意的是,局部升溫應當避免直接碰觸平晶,防止對后續(xù)檢定產(chǎn)生干擾。在局部升溫持續(xù)一段時間后,再次檢查干涉條紋,若其彎曲量出現(xiàn)減小或變直趨勢,即可判定平晶表面的基礎(chǔ)形狀處于凸面狀態(tài);若干涉條紋的彎曲量出現(xiàn)增加趨勢,同時其彎曲方向未出現(xiàn)變化,則可認定平晶表面形狀處于凹面狀態(tài)。
此類輔助檢定方案適用于1級或2級平晶,平面度大小對實際判斷流程不存在顯著影響,能夠降低環(huán)境溫度對平面平晶檢定產(chǎn)生的干擾,可以作為輔助方式展開相關(guān)檢定流程。在實際應用過程中,需要結(jié)合檢定環(huán)境條件,采取有效的輔助測量措施,確保檢定效果能夠達到理想標準,最大限度降低偏差問題出現(xiàn)可能性,使平面平晶檢定工作能夠正常進行,為后續(xù)進一步應用或測量提供幫助。
4結(jié)論
綜上所述,在檢定平晶平面度的過程中,環(huán)境溫度對于相關(guān)數(shù)據(jù)具有較為顯著的影響。通過分析其實際影響,并探索輔助應用措施,能夠最大限度提高平晶平面度檢定可靠性,為未來展開相關(guān)工作提供重要支持,具有正面影響意義。
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