浅谈电脑量块测量仪检校量块时的若干问题

天津市计量监督检测科学研究院电子仪表实验所□姬 伟

在诸多的计量校准实验室中大部分使用的是接触式干涉仪，并将其作为3等及以下等级量块的检校标准计量器具。本文旨在通过对电脑量块测量仪工作原理的探讨，对其在开展量块计量过程中需要注意的若干问题进行分析和研究。

1 电脑量块测量仪的工作原理及使用中的注意事项

（1）电脑量块测量仪的工作原理

电脑量块测量仪是采用频率式电感位移传感器，专用数据采集接口电路和测量软件包与计算机和量块测量工作台相连接，对100mm以下3～5等量块进行比较测量。测量过程符合JJG 146—2011《量块》检定规程的规定，能对量块进行主检测量和抽检测量，并能提示量块的报废限。计算机对所有测量结果存储和打印，能在word下打印出主检记录，抽检记录，检定结果，检定证书。

传感器的工作原理：频率式电感位移传感器的作用是把被测工件几何量的微小变化，转换成电感量的变化，通过频率振荡电路再转换成频率量的变化。两个导磁体之间形成一个空气楔，并在导磁体1上绕上线圈，导磁体1用机械方法固定不动，导磁体2与测杆连在一起，频率振荡电路给线圈加一定的电压，这样就组成一个简单的电感楔型频率式位移传感器。当给线圈加一定的电压时，整个电路产生振荡，在测杆下放量块，使测杆上下移动，因测杆与导磁体2是连在一起的，空气楔的距离就会增大或减小，随着空气楔的增大或减小，使电感量发生变化，导致输出频率值变化，频率值的变化经过数据转换和处理，便可得知被测工件尺寸的变化。

（2）使用中对仪器的维护

通过上述工作原理得知位移传感器特性，那么就要对其定期标定和检定。在量块检定过程中不得冲撞测头测杆，距离较近时使用微调装置调制测量位置。如有剧烈撞击，需检查重复性是否符合要求。每次使用仪器前均应检查接口电路板、传感器和数据传输线是否插好，以避免影响传感器信号的输出。

2 温度控制对量块检校的重要性

根据JJG 146—2011《量块》中的要求得知，实验室温度整体要求根据不同等级大致可分为20℃±0.5℃左右，那么20℃是标准温度是必须达到的。比标准温度更重要的就是温度控制，以被检等级为4等量块为例，如何将温度控制在规定的范围内尤为重要。在建立量块检定实验室过程中，推荐3等及以下的量块与高等级量块分开。高等级量块一般直接测量，除必须备有量块温度测量系统外，还必须测定测量环境的空气折射率。可以用空气折射率干涉仪直接测量，也可通过测量大气参数后用公式计算得到，必要时需要专门的控温箱，因为我们测量完成后要对其测量结果的不确定度进行评定，那么温度及温度变化带来的不确定度分量不应超过相应等级量块长度测量不确定度的35%。因此无论是直接测量，还是比较测量，温度的控制带来的影响值得关注。

3 实验室环境条件

在实验室的监控项目中，不同实验室对温湿度都有要求，而大部分实验都是在明确的温湿度环境中展开，实验室环境条件直接影响着各种实验或检测的结果，每项实验的进行都需要精确可靠的监测仪器来提供准确的环境参数数据。环境条件温湿度的控制方面考虑的要素，就是保证实验操作的环境温湿度是能够满足实验程序各个过程的需要。制定实验室环境温湿度控制范围的几个主要方面：

1）识别各项工作对环境温湿度的要求，主要识别标准器具的需要、实验程序的需要，以及实验室员工的人性化考虑，对于4等量块规程中要求20℃±0.5℃，35%～80%范围内即可；

2）选择并制定有效的环境温湿度控制范围。从各要素所有要求清单中摘取最窄范围作为该实验室环境控制的允许范围，制定环境条件控制方面的管理程序，并依据该科室实际情况制定合理有效的SOP；

3）保持和监控。通过各项措施保证环境的温湿度在控制的范围内，并对环境温湿度进行监控和做好监控的记录，超过允许范围及时采取措施，开空调调节温度，开除湿机控制湿度；

4）认证与计量实验室的要求。认证与计量实验室在实施检验、鉴定、测试和认证服务时，需要实时记录实验全过程温湿度的变化，使用温湿度记录仪可简化记录工作，节约成本，并且记录数据不会受到过多人为因素的干扰，能够客观真实地反映检测过程。试验环境及设备对温湿度的控制准确与否，对实验结果的准确性、重复性都有着重大的影响。GLP、GAP、CNAS、ISO 17025、ISO 15189、ISO 17020、ISO 9000、ISO 16949、ISO 14000等认证是对实验室环境的基本要求，ZOGLAB的产品符合各项要求，精密的监测并提供高精度无法篡改的原始记录。

4 用于检校量块的专用实验室控温的重要性

一般实验室的温度要控制在21℃～25℃左右，相对湿度要控制在45%～55%左右就能满足基本的实验要求，但是对于检校量块的专用实验室来说，由于电脑量块测量仪和标准量块受温度变化而变化的特性，就更加需要提供恒温和恒湿的环境来维持实验过程的准确性。

从实验室的室内环境来看，能导致急剧温差和湿度过大的情况几乎不存在，这样对温湿度调节器的短期控制程度要求很高，要从降温、加热、加湿和除湿这几种方式来严格控制。

与此同时，从外部环境来看，实验室室内的温湿度变化会受外部条件的影响，例如地域的气候特点、白天和黑夜的温差、各种特殊天气的影响，产生温湿度的高低变化。因此，要保证温湿度的平衡和达到实验标准，实验室需要密封隔绝外部环境任何有可能导致室内空气变化的突发情况，严格要求管理人员定时换送新鲜空气的时机，禁止出现人员的过失对室内环境的污染，对照明设备、精密仪器的使用环境进行测温，以保证室内温湿度达到规定的偏差。

特别是对实验室的相对湿度变化，也要进行严格控制。实验室的空气不能因为其他条件，导致出现温湿度差异。空气的温度只要变动了1.0℃，就会导致实验室相对湿度出现大幅度变化，影响室内仪器的正常运作。甚至只是0.2℃的温差，也会引起大于0.5%的湿度变化。

因此，对温湿度非常敏感的专用实验室，需要使用专业的传感器来严格控制偏差，尤其是对湿度的精准监测。传感器有两种，一种是温度传感器，相对精准；另一种是湿度传感器，在一定的条件下会失准，必须定时监测空气的湿度来确保精准。于此同时，构建实验室的时候还要注意整个温湿度控制区域的均匀度。

5 检校量块中的常见问题

（1）量块的使用

量块可作为计量器具的标准使用；用于仪器、量具、量规等示值误差的检定；用于精密零件测量、精密机床、夹具在定位尺寸时的调整；量值的统一。机械制造中各制成品的尺寸与国家乃致国际实现米定义所推荐的基准光谱射线的波长联系起来，以达到长度量值在全国和国际间统一，使零部件具有良好的准确性和互换性。

（2）钢质量块较其他材质量块的优势

钢质量块的线膨胀系数和弹性模量与大部分被测对象接近，因此在进行检校或测量时受环境等其他因素影响更加接近，有利于减小测量过程中偏离20℃的误差和减小测力变形引起的误差。

（3）钢质量块存在的一些问题和注意事项

钢质量块经过高温（盐炉、电火花等）加热、淬火、回火、低温冷冻等冷热处理后表面硬化。在冷热处理中，未消除残余应力，后续会重新分布，尺寸会增大或减小；内部金相组织残余奥氏体转变为马氏体，马氏体体积膨胀会使尺寸增大；马氏体抑制碳在碳化物中晶体的晶格形成，晶格几何形状会使尺寸减小。

因此，量块在制成后半年内受合成因素影响会无规律地增大或减小。

（4）检定量块前的准备工作

不管是哪个等级的量块，一般都会成套进行送检至专业实验室，首先应检查盒内量块是否齐全，明牌是否清晰可见；再将待检量块清洗两遍擦拭干净，使用专用油石打磨去除表面毛刺。另外若量块出现带磁现象，必须使用去磁机处理至无磁后，按顺序排放在待检盘中。

6 结语

对于量块检校的专用实验室来说，不管是使用接触式干涉仪还是电脑量块测量仪，除设计原理不同之外，其工作原理和基本要求都是大同小异。本文重点讨论的是根据电脑量块测量仪的设计原理结合量块检校中的相关问题，通过长期的实验数据进行积累和研究，发现实验室环境对量块检校的重要性，并进行归纳总结，希望有更多的同行提出更多更好的建议共同进行探讨。