溫度變化對二等量塊測量結果的影響

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

【關鍵詞】 溫度變化;長度偏差;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，其長度通常被用作檢定計量器具的標準。隨著我國現(xiàn)代機械工業(yè)的不斷發(fā)展和精密加工能力的不斷提升，對量塊的檢定提出了更高的要求?，F(xiàn)階段，二等量塊在計量技術機構和大型企業(yè)中的使用日益廣泛。因此，二等量塊長度的測量結果是否可靠成為一個備受關注的問題。

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

2 二等量塊測量過程中的溫度測量

用柯氏干涉儀直接測量量塊長度時，首先應將被測量塊的一個測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上，并緩慢移動到測量位置。在儀器的保溫箱內(nèi)配備有兩支構造特殊的專用水銀溫度計，分度值為0.02 ℃，測量范圍為17～24 ℃。一支用于測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）用于測量被測量塊的溫度。當被測量塊安裝完畢后，將溫度計推離限位片，在小拉簧的微拉力作用下，溫度計的感溫泡輕輕貼附在量塊的一個側面。

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

3 溫度變化對測量結果影響的量化分析

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量被測量塊在20 ℃時的長度偏差時，有兩個修正量與溫度有關，分別為測量長度時環(huán)境溫度偏離標準狀態(tài)所引入的修正量[C1]和由于被測量塊溫度偏離20 ℃所引入的修正量[C2]。

量塊長度測量過程中，被測量塊附近保溫箱內(nèi)的溫度為：

[ta=（ta1+ta2）2] （1）

量塊長度測量過程中，被測量塊的溫度為：

[tg=（tg1+tg2）2] （2）

測量長度時環(huán)境溫度偏離標準狀態(tài)所引入的修正量為：

[C1=K1×（ta-20）×l] （3）

被測量塊溫度偏離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l=100 mm時，

[ΔC1=0.093×（ta2-ta12）] （6）

根據(jù)量塊規(guī)程，取[α]=11.5[×]10-6 [℃-1]。由被測量塊溫度波動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l=100 mm時，

[ΔC2=1.15×（tg1-tg22）] （8）

按二等檢定量塊的中心長度時，測量偏差的有效小數(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)空氣溫度波動所引起的修正量變化值很小，被測量塊溫度波動所引起的修正量變化值為主要影響量。通過計算式（8）得到[tg1-tg2]≤0.02 [℃]。根據(jù)日常檢定二等量塊的經(jīng)驗，保溫箱內(nèi)空氣溫度波動應符合[tg1-tg2]≤0.04 [℃]。

4 結論

為了盡量減少溫度變化對二等量塊測量結果的影響，在測量光路處的箱內(nèi)空氣溫度波動應小于0.04 ℃，被測量塊溫度波動應小于0.02 ℃。當溫度變化超出允許范圍時，應按照二等量塊長度偏差測量方法重新測量，保證量值傳遞的準確可靠。

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【作者簡介】

韓翹楚，女，1989年出生，工程師，碩士，研究方向為長度計量。