分析溫度條件在光面環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中的影響

鄒丹

摘 要：在環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中，具有很多的不確定度，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的影響。針對(duì)這種情況，文章通過(guò)對(duì)環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中不確定度的評(píng)定，分析了溫度條件在光面環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中的影響，并對(duì)改進(jìn)溫度條件，提升測(cè)量精準(zhǔn)度的方法進(jìn)行了闡述和探討。

關(guān)鍵詞：溫度條件；光面環(huán)規(guī)直徑測(cè)量；影響

在社會(huì)的發(fā)展過(guò)程中，量具一直都占據(jù)著重要的地位，發(fā)揮著不容忽視的作用，從商品市場(chǎng)上使用的稱(chēng)量器具，到科學(xué)研究中應(yīng)用的精密檢測(cè)設(shè)備，都屬于量具的范疇。如果量具的精準(zhǔn)度出現(xiàn)問(wèn)題，輕則會(huì)導(dǎo)致買(mǎi)賣(mài)雙方的糾紛，重則影響科學(xué)研究的順利進(jìn)行，甚至產(chǎn)生難以估量的后果。例如，在發(fā)射火箭時(shí)，如果量具精準(zhǔn)度出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致軌道計(jì)算出現(xiàn)細(xì)微偏差，火箭也許就會(huì)偏離預(yù)定軌道，造成發(fā)射失敗，所謂的“謬之毫厘，失之千里”，不外如是。針對(duì)這種情況，需要對(duì)量具進(jìn)行校準(zhǔn)，環(huán)規(guī)的作用也正是如此。

1 環(huán)規(guī)概述

環(huán)規(guī)，也稱(chēng)校正環(huán)規(guī)，是一種具有特定尺寸和屬性的圓環(huán)，主要用來(lái)對(duì)量具的不足進(jìn)行校正。通常情況下，環(huán)規(guī)多由高品質(zhì)的合金鋼制作而成，非常堅(jiān)固，而且可以確保質(zhì)量，提高磨損壽命。

按照外觀(guān)進(jìn)行劃分，環(huán)規(guī)可以分為光面環(huán)規(guī)（光環(huán)規(guī)）、螺紋環(huán)規(guī)、平行螺紋環(huán)規(guī)等。

按照用途以及制造標(biāo)準(zhǔn)劃分，可以分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)、SK標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)、管用環(huán)規(guī)、德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)等。

按照制造材料劃分，也包括陶瓷環(huán)規(guī)和金屬環(huán)規(guī)等，但是由于陶瓷環(huán)規(guī)易損壞，現(xiàn)在市場(chǎng)上的環(huán)規(guī)大都是金屬環(huán)規(guī)。

需要注意的是，一般情況下，環(huán)規(guī)都是和量具配合使用，并不會(huì)獨(dú)立使用。

2 光面環(huán)規(guī)直徑測(cè)量的方法

對(duì)光面環(huán)規(guī)的直徑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般需要準(zhǔn)備一些相應(yīng)的測(cè)量設(shè)備，如測(cè)長(zhǎng)機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)等，由于這里需要對(duì)溫度條件在測(cè)量中的影響進(jìn)行分析，還需要準(zhǔn)備相應(yīng)的測(cè)溫計(jì)。光面環(huán)規(guī)直徑的測(cè)量方法包括直接測(cè)量和比較測(cè)量，這里主要針對(duì)比較測(cè)量法進(jìn)行分析和簡(jiǎn)單介紹。

首先，準(zhǔn)備好相應(yīng)的測(cè)量環(huán)境，確保測(cè)量人員不會(huì)受到周邊環(huán)境的影響，安置好測(cè)長(zhǎng)機(jī)，并將已知尺寸且經(jīng)過(guò)上一級(jí)校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)檢定過(guò)的？準(zhǔn)50mm標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)安放在測(cè)長(zhǎng)機(jī)的工作臺(tái)上。其次，將測(cè)長(zhǎng)機(jī)的兩個(gè)測(cè)鉤鉤在環(huán)規(guī)的中截面直徑上，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確保其刻線(xiàn)方向保持一致，并找出最大值和最小值（也就是通常所說(shuō)的找拐點(diǎn)），按照規(guī)范的測(cè)量方法，測(cè)量3次，取結(jié)果的平均值作為標(biāo)準(zhǔn)直徑尺寸，盡可能減少測(cè)量誤差。然后，將標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)取下，以同樣的方式，對(duì)被測(cè)環(huán)規(guī)進(jìn)行測(cè)量，得到相應(yīng)的數(shù)值。最后，將被測(cè)環(huán)規(guī)的測(cè)量數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的測(cè)量數(shù)值進(jìn)行比較和修正，得出的最終結(jié)果，就是光面環(huán)規(guī)的實(shí)測(cè)直徑。

3 測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

在得出光面環(huán)規(guī)的實(shí)測(cè)直徑后，要按照《JJF1130-2005幾何量測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)中的不確定度評(píng)定指南》，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，分析其中存在的影響因素，從而進(jìn)一步提升結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.1 任務(wù)和目標(biāo)的不確定度

3.1.1 測(cè)量任務(wù)。以？準(zhǔn)50mm的光面環(huán)規(guī)為例，在環(huán)規(guī)水平高度的中間位置，沿直徑方向的刻線(xiàn)位置進(jìn)行測(cè)量工作。

3.1.2 目標(biāo)不確定度。結(jié)合實(shí)際情況，以測(cè)量任務(wù)分析目標(biāo)不確定度，為UT=1.0？滋m。

3.1.3 測(cè)量方法。測(cè)量方法與之前提到的測(cè)量方法保持一致，采用比較測(cè)量法。

3.1.4 測(cè)量程序。測(cè)量程序同樣與上述測(cè)量方法保持一致，這里不再贅述。

3.1.5 初始測(cè)量條件。為了確保測(cè)量和分析的精準(zhǔn)度，要對(duì)初始測(cè)量條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，需要滿(mǎn)足以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

（1）使用的測(cè)長(zhǎng)機(jī)必須切實(shí)符合生產(chǎn)廠(chǎng)家的技術(shù)指標(biāo)，為合格產(chǎn)品，刻度清晰準(zhǔn)確。

（2）在相對(duì)密封的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)量，保持室溫在（20±1）℃，避免溫度出現(xiàn)較大的上下波動(dòng)。

（3）測(cè)長(zhǎng)機(jī)和環(huán)規(guī)均屬鋼制品，兩者之間的熱傳遞穩(wěn)定。

（4）被測(cè)環(huán)規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)要按照完全一致的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行存放，確保兩者之間的溫度差不大于1℃。

（5）測(cè)量人員經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的培訓(xùn)，具備專(zhuān)業(yè)的測(cè)量知識(shí)，能夠熟練操作測(cè)長(zhǎng)機(jī)。

3.1.6 不確定度分量的計(jì)算

（1）標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)，其不確定度分量由校準(zhǔn)證書(shū)給出，以u(píng)1表示。通過(guò)環(huán)規(guī)附帶的校準(zhǔn)證書(shū)，可以得出標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中的不確定度為

U=0.5？滋m，k=2

（2）測(cè)長(zhǎng)機(jī)光學(xué)計(jì)示值誤差，其不確定度分量由B類(lèi)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)給出。按照相應(yīng)的規(guī)程，測(cè)長(zhǎng)機(jī)光學(xué)計(jì)示值誤差為±0.25？滋m。同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)與被測(cè)環(huán)規(guī)之間的直徑差，也可以說(shuō)是測(cè)量距離L≤1mm，這種情況下a=0.5？滋m，為了確保測(cè)量安全，設(shè)其為矩形分布（b=0.6），則

u2=0.25？滋m×0.6=0.15？滋m

（3）測(cè)量重復(fù)性，以u(píng)3表示，其不確定度分量由A類(lèi)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)給出。通過(guò)對(duì)被測(cè)環(huán)規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)直徑差的測(cè)量重復(fù)性研究，可以得出標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50？滋m，取3次測(cè)量的平均值作為實(shí)測(cè)直徑值，并假設(shè)服從矩形分布，則不確定度分量為

u3=0.50×0.6=0.30？滋m

（4）被測(cè)環(huán)規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)的溫度差不大于1℃，假定兩者的線(xiàn)膨脹系數(shù)均為（11.5±0.5）×10-6/℃，并假定其在該范圍內(nèi)服從均勻分布（b=7），則u4=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7=0.4？滋m

（5）膨脹系數(shù)差，其不確定分量以u(píng)5表示，由B類(lèi)評(píng)定給出。如果被測(cè)環(huán)規(guī)在測(cè)量時(shí)，室溫發(fā)生變化，并且與標(biāo)準(zhǔn)溫度20℃的偏差值大于1℃，假定其與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)之間的線(xiàn)膨脹系數(shù)差小于10%，且服從U形分布（b=0.7），則

u5=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7×10%=0.04？滋m

（6）被測(cè)環(huán)規(guī)的圓度，即形狀誤差，由于僅僅測(cè)量規(guī)定方向上的直徑，所以環(huán)規(guī)的圓度對(duì)于測(cè)量結(jié)果影響較小，可以忽略不計(jì)，則u6=0。

3.2 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度

對(duì)以上各個(gè)不確定分量進(jìn)行分析，認(rèn)為其相互之間并不存在相關(guān)性，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

將之前計(jì)算得出的相關(guān)數(shù)值帶入，則可以得出u=0.58？滋m

擴(kuò)展不確定度U=u×k=1.16？滋m>UT=1.0？滋m

從上述結(jié)果可以看出，其并不滿(mǎn)足判據(jù)U≤UT，對(duì)各個(gè)不確定分量進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，被測(cè)環(huán)規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)之間的溫度差引入的不確定分量，對(duì)于合成標(biāo)準(zhǔn)不確定分量的影響較大。因此，減少兩個(gè)環(huán)規(guī)之間的溫度差，可以有效減少環(huán)規(guī)直徑測(cè)量中的不確定度。對(duì)溫度條件的改變，可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)：

（1）強(qiáng)化溫度控制，提高溫度控制系統(tǒng)（如空調(diào)系統(tǒng)等）的準(zhǔn)確度和靈敏度，使得溫度條件更加穩(wěn)定。

（2）對(duì)溫度的平衡狀態(tài)進(jìn)行改進(jìn)，使得環(huán)規(guī)擁有充足的等溫時(shí)間，從而盡可能減小溫度差。

（3）采取相應(yīng)的隔熱措施，減少操作人員體溫對(duì)于環(huán)規(guī)的影響。

通過(guò)這樣的方式，可以有效減少被測(cè)環(huán)規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)之間的溫度差，將1℃改為0.5℃，重新進(jìn)行計(jì)算，則合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u=0.50？滋m，擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度U=1.0？滋m=UT，滿(mǎn)足判據(jù)U≤UT。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在對(duì)光面環(huán)規(guī)的直徑進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室的溫度條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保其溫度波動(dòng)的幅度在合理范圍內(nèi)，同時(shí)使標(biāo)準(zhǔn)環(huán)規(guī)和被測(cè)環(huán)規(guī)充分等溫，消除相互之間的溫度差，從而溫度帶來(lái)的不確定因素，確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

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