长度计量仪器测量过程中误差控制分析

2020-11-27徐敏

商品与质量 2020年32期

徐敏

中核苏阀科技实业股份有限公司江苏苏州 215129

随着经济社会的发展，计量认证方面的工作在工业生产、国防保障中的作用越来越大。在原辅材料质量的管控方面，以及生产制造过程中的技术监控，还有产品质量的检验检测等各个环节，计量检测工作起到举足轻重作用。优质的产品得益于生产厂家和检测机构先进的实时监控手段和在线测量技术。随着工业产品的种类日益丰富，对计量工作提出了频带范围宽、量程范围大、精度跨度高、参数设置多等新的要求。更加高效的计量测试工作，能够为研发人员及时检测提供需要的各项数据指标，进而确保整个系统环节以及各个部件子系统的安全可靠，达到节省研究开发时间、物力、人力的目的[1]。

1 长度计量仪器测量的误差表示方法

长度作为衡量事物的一项最基本的指标，无论是在我们的日常生活中如尺寸的测量，还是很多工作中如工程建设等，都是必不可少的环节之一。对于测量工作人员而言，测量精度的控制就显得十分重要，测量人员应该主动关注测量结果的误差及出现原因，并尽量减少误差，保证测量结果与真实长度指标无限接近。一般而言，测量工作进行的基础是明确的测量基面，确认了基面以后，才能进一步测量与另一面的距离。具体实操中，基面的确定要严格按照相关的依据和准则，否则很容易出现测量误差。

关于长度计量仪器误差表示，常用的有两种方式，其一是绝对误差，是用量值来进行表示的，也就是利用仪器的测量值与实际值之间的差别，其二是相对误差，是利用比值表示的，也就是用前者的绝对误差与实际值作比，得到数值。

数值、比值和精度是长度计量仪器测量误差的常用表达方法。以数值举例来讲，以具体数字来体现误差更具直观性。比值体现法则是通过比对实际值和绝对误差值来体现误差，因此也可叫做相对误差法。随着科技的进步和发展，长度计量仪器的精准度也越来越高，如果在测量过程中使用的是激光干涉仪器，误差值可以控制在千万分之一左右，需要注意的是，如果测量条件已经提前得到了确认，那么1m长度的测量误差是要不小于0.1μm的[2]。

除了常用的数值和比值两种表示方法，精度表示法也时常被使用。精度表示法是通过将测量获取的最终数值与真值进行比对，以比对程度和精准度作为参考数值来进行表示的一种方法，也可以理解为是以二者的偏离程度为依据进行表达。

2 常用的长度计量技术

2.1 接触性测量

2.1.1 外尺寸的测量

在长度计量中量块是较为常见以及最基本的实物量具之一，在长度计量的诸多项目中，通常把量块作为计量标准器具，首先通过对计量仪器、量具以及量规等示值误差的检定或校准，接着再通过把这些计量器具来对机械制造中的尺寸来测量，从而使多种机械产品的尺寸溯源到长度基准中。在接触式干涉仪检定量块时，我们采用的是比较测量法，就是将被测量块与精度等级比它高一等（或高一等以上）标准量块相互比较，以求得被测量块的长度。在测量量块长度之前，首先应该让量块在接触式干涉仪上先等温足够长的时间，使标准量块、被测量块以及仪器和周围的空气温度达到一致，然后将标准量块放在接触式干涉仪的工作台上，测头对准标准量块的中心，拨动数次拨叉，等读数稳定后清零，再把被测量块放在工作台上，测头对准中心拨动数次拨叉，等读数稳定后读数，两次读数之差加上标准量块的偏差即为中心长度偏差。被测量块测量面中心与四角位置的长度之差，即为量块的长度变动量。

2.1.2 内尺寸的测量

卧式测长仪、工具显微镜、干涉式孔径测量仪、自准直式孔径测量仪等为测量内尺寸的几种主要测量仪器。在进行测量过程中，首先要选择合理的测量仪器，然后采用正确有序的步骤进行操作。

2.2 非接触性测量

2.2.1 影像测量法

影像法是目前最普及的非接触性测量方式，其原理是采用目镜上带刻线分划板对待测工件的影像进行投影。具体操作过程:逐步调整目镜的视度旋钮，直到清楚看到分划板刻线，上下调整悬臂或微调环，进而将工件的影像清楚地显影到分划板上；采用同样的方法，分别对被测工件的两边轮廓进行显影，这两次数据的差值，就是待测物的数值。

2.2.2 电眼测量法

电眼测量采用万能测长仪和球形测头组件。具体操作过程:将被测工件放置在万能测长仪，挑选合适的球形测头，调整待测孔径，让其和仪器的测量轴线重合，电眼闪耀时进行读数；采取同样的方法读出靠近孔另一侧进行测量时的数据，依次读取两次数据，两者的差值记为a，测量仪器的球形测头尺寸为b，孔径D的大小即为D=a+b。

2.2.3 气动法

气动法的工作原理是通过气体将待测物件尺寸的微小变化以气体流量或气体压力的形式表现出来并进行放大。浮标指示、液柱的表面高度指示、电表显示及数字显示等为气动测量法的主要测量方式。以浮标指示测量法为例，在测量过程中，浮标是浮标测量仪的敏感部件，它在对待测元件进行测量时，主要是通过感应空气流量变化来进行工作的。气动测量法不仅有较高的分辨率，而且稳定性好。

3 长度计量仪器测量误差控制的有效方法

3.1 确保工作人员技能的提升

计量检测员工作是一项非常专业的工作，每一个环节都需要具备精湛的技能，在工作过程中不允许出现任何错误，因为工作中的任何一个小错误都可能带来无法估量的结果。每个单位对员工都有不一样的要求，哪怕刚加入该行业，也要具备非常高的水平才可以胜任。只有提高工作人员的专业水平，才可以保障测量结果。为此，每一个检测员都要花费大量精力努力学习，增强业务能力。做好准备，营造良好的工作环境，制定稳定的工作流程，排除不必要的干扰因素，如天气、温度等。在每次测量数据的时候，要尽量详细，收集的数据可以作为第二天的参考值。

3.2 确保长度计量仪器处于受控状态

为了保证最终测量数据的精准度，需要对仪器进行定期检查和检定校准，以确保其处于受控状态，预防设备性能因长久使用而发生变化，同时也要防止温差变化超出指定范围之外。所以对仪器进行适当的维护与校准就变得十分重要。在实际使用过程中，需要根据长度测量仪器自身的测量属性和运行频率来制定具有针对效果的维护与校准计划，以此来确保仪器可以长久地处于正常工作状态。为了确保测量数据的准确性，在前期准备过程中就要对长度计量仪器进行适当地检定校准，确保其能符合被测体的测量需求。维护和校准的周期也不是一成不变的，需要根据仪器的使用状态酌情调整，大部分时间都要遵循国家制定的设备检定周期，经过检定的长度计量仪器如果不能符合标准，则应立即放弃使用。所以这就要求相关操作人员必须拥有过硬的专业知识和实际经验，确保不会因工作人员检定失误而形成数据误差。其次需要的是，测量过程中的检定内容应该得到完整的记录和保存，方便对检定流程进行系统分析，在使用环境产生较大改变时，也可用来复检[3]。

3.3 温度的合理控制

物体热胀冷缩的物理性质，导致不同温度下物体长度随之变化。温度引起的长度计量误差主要取决于测量时实际温度、标准温度和线膨胀系数三个因素。一般情况下，规定20℃为标准温度。不同物体线膨胀系数不同，在不同的温度下其误差大小不同，误差表示为ΔL=Lɑ（t-20）。其中:ΔL为尺寸变化量；L为标准温度下物体测量尺寸；ɑ为线膨胀系数；t为实际测量温度。

为降低温度造成的测量误差，首先要使测量时环境温度与标准温度无限接近；其次要考虑环境调温设备的安装位置对检测温度的影响，尽量避免由于设备安装位置的不合适导致检测环境气流的不稳定，引起温度忽高忽低，影响检测数据。

3.4 长度测量仪器的使用和保养

由于使用方法不当造成的测量结果误差，也是常见的原因。例如卧式测长仪的使用，需要将标准器具的环规和量块附件拼装成和被测环规大小一致的尺寸，再将两者进行比较测量。这种测量方式不仅会产生由于尺寸测量仪器精度导致的误差，同时也会产生对准误差。除此之外，造成测量结果存在误差的原因还有很多，例如检测现场的灯光亮度、背景衬度、测量仪器刻线的质量、观测过程总的对线的方式，乃至测量者的视力等，都可能会导致产生误差。在使用长度计量仪器的过程中，为减少长度计量仪器使用中的测量误差，检测人员应该严格按照长度计量仪器操作规程进行长度测量，减少人为因素对长度测量精度的影响。

3.5 应用长度计量计量检测系统

3.5.1 RS232长距离抗干扰传输技术

长度计量检测系统中的数据传输是依靠无线信号来完成的，因此适当地对干扰信号进行屏蔽是十分必要的，是确保数据可以稳定传输的重要保障，这其中就需要运用到RS232长距离抗干扰传输技术。该项技术主要是通过调配无线适配器中的频点和输送功率来完成抗干扰目的，以此来完成干扰信号的屏蔽。在应用过程中还需要对其传输的数据进行反复的校验和核对，提升依靠无线数据来传输长度计量检测数据的准确性，减少出错率。

3.5.2 数据实时获取技术

以双频激光干涉仪为例子，其在具体的长度计量检测过程中只能依靠人工进行数据记录，且读数均来自于仪器生产商所提供的复配软件。应用数据实时获取技术，就可以很好地解决这一问题。通过对传输信号进行再次开发和加强，可以完成对长度计量检测数据的实时捕捉，相较于传统的人工记录更具准确性和时效性。提升数据传输速率减少纰漏，为系统的正常运行提供助力和保障。

3.5.3 无线图像采集与传输技术

在长度计量检测中获取的视频和图像需要强大的测算力来对其进行识别和测算。受其数据量繁杂、更新速度快等特点的影响，产生误码率的问题是十分常见的。在长度计量检测系统中应用无线图像采集与传输技术，利用2.4G宽频段的无线网络来实现大量检测数据的快速传输。无线图像采集与传输技术可对图像参数和传输码流进行优化，以此来提升视频和图像的清晰率和传送速率。于长度计量检测系统中应用此项技术后，可降低图像的误码率，改善信息传输滞后问题。

长度计量检测系统的应用可大幅度的提升工作效率，一改传统的人工测量和记录方式，不仅增加了测量数据的准确性，还减少了相应的人力、物力投入，只需聘用专业操作人员借助高精尖仪器和智能控制中心就可完成冗杂繁多的长度计量检测工作。人工测量和记录的方式受外界影响因素较多，数据传输速度和计算速度都会受到一定程度的制约，应用自动化的长度计量检测系统，借助科技的力量来完成长度计量检测方式的优化，其应用前景是十分值得期待的，也拥有相当大的发展空间。但在应用过程种，应对系统定期地进行维护和检测，来确保其正常运行。

3.6 长度计量仪器的使用和保养

长度计量仪器范围很多，生活中的日常测量可能对于仪器的精度要求较低，只是对于尺寸的大致需求，但是生产工作中，对于仪器的精度则要求比较高，尤其是一些精细化的生产工作，因此，如果想得到精确的结果，就必须按照仪器的规范和使用说明进行。在进行仪器选择的时候，应该根据不同的测量对象选择合适的设备，确保测量工作更好地进行。