关于大量块使用中存在的温度问题分析

2021-04-29武腾腾

轻工标准与质量 2021年2期

关键词：修正长度条件

武腾腾

（东华计量测试研究院，江西南昌 330000）

大量块在测量机、测高仪等高精密长度测量仪器中的应用较为普遍，属于无刻度量具。根据新量块检定规程JJG 146-2011《量块》内容，量块等级标准提高，并且在检测方法与原理上进行改善，突出了温度对量块测量结果的影响。

1 大量块使用中对温度条件要求

根据JJG 146-2011《量块》规程，使用大量块进行长度测量时，当温度偏高时，应引入修正量C2：

其中，a 为测量块温度线膨胀系数；t 为测量过程中，测量块的具体温度；at为标准测量块温度线膨胀系数；tt为测量长度时，标准量块的温度；L为大量块的名义尺寸。分析公式可知，修正量C2 的变化值与量块温度线膨胀系数和大量块的尺寸存在紧密关系。

相关人员使用大量块测量时，应注重控制标准量块精确度，同时，关注温度条件变化对测量结果的影响，使得测量结果可靠性提高。在量块的温度控制研究中，选取长度为10 cm 的量块，以该量块作为测块，测量温度t 为18.2℃，取标准量块温度tt为17.5℃，测量块温度膨胀系数a 和at分别取2.15 和1.48，通过公式C2=[a(20-t)-at(20-tt)]L，求得修正量为1.7，实际测量中，需要以此为依据对温度进行调整[1]。

2 关于大量块使用中存在的温度问题

2.1 量块温度的稳定性问题

实践中为获取精确测量值，应对大量块使用中存在的温度问题进行识别，并且严格控制测量过程稳定性。稳定性是确保测量工作有序开展的关键，是量块在正常使用条件下的技术标准。而当量块温度出现不稳定后，其自身长度和形状均会发生变化，因此难以获得相对合理与可靠的测量结果。因此在大量块的使用过程中，需要注意以下问题：

一是，在量块温度相对稳定或变化较慢的情况下开展具体测量作业。二是，在大量块使用中，应通过控制测量条件和量块数量的方式，降低温度形成影响。例如，大量块测量时，将实际测量条件设计为1 零位－2 量块－3 量块－4 零位顺序步骤，然后进行计算分析，对量块的长度进行测量。实践表明，当使用大量块测量时，可将量块长度设计为100 mm，并且对温度条件进行有效控制，防止出现严重的测量差值，确保结果真实有效。三是，根据量块的稳定情况，选择合适高度，当测量要求较高时，应强化温度差控制能力[2]。

2.2 量块温度值稳定

当量块温度条件合格后，需要对温度值的稳定性进行控制，防止出现温度值不均匀影响测量进程。例如，在使用大量块测量时，技术人员将工作温度值控制在20.72℃，并且对测量温差进行规范，将温差控制在±1×10-6℃之间，通过测量条件的优化达到预期控制目标。大量块使用过程中，由于温度值不均匀会出现形状改变的问题，为落实精细化操作理念，对测量对象进行准确把握，相关人员对大量块使用环节进行管理，提出有效的使用规范。

为确保大量块温度值稳定，需要明确注意事项：（1）不得使用手指接触或触摸量块，必须用手接触时，操作人员应佩戴手套，并且短暂接触，防止长时间接触量块影响测量精度。（2）大量块过热时，应等待其自然冷却，或使用人工吹风降温的方式，使得测量条件更加规范。值得注意的是，当使用大量块进行垂直测量时，温度会随着高度变化出现明显差异，此时应重点关注温度不均匀对测量结果带来的不良影响。（3）环境温度不均匀也会影响到实际测量结果，因此，在具体测量环节相关人员应确保温度均匀。实际工作中，当测量模块一端解除较大热源或发热设备后，需要不断调整测量块的方向，防止出现一端受热温度过高，影响实际测量效果。例如，在对某车间机床构件进行测量时，操作人员将大量块旋转180°，并且在测量中对量块局部受热情况进行观察，发现异常及时处理，防止因局部过热导致测量结果失真，影响后期判断和决策。

2.3 大量块温度修正问题

当量块温度稳定、均匀后可开展相关测量工作。但是设计工作中，不能总是保证温度值在20℃，因此需要对温度值做出合理矫正。相关人员提出开展多点测试，在量块的长边安装温度传感装置，实现对温度值的有效获取。同时，在测量过程中，需要对量块温度进行实时监控，并且取测量结果的平均值，使得测量结果更加稳定。实践测量中，需要对温度值进行补偿，确保温度均匀稳定。相关温度修正公式如下：

公式中，温度修正结果与量块的长度L和线性膨胀系数a和温度t 有关。由于实际测量中，大量块的长度为标称长度，因此，长度变化对测量结果的影响可忽略。具体测量中，相关人员应对线性膨胀系数a 和温度t 进行控制。实践表明，对线性膨胀系数进行监测，观测其变化值是改善温度不利影响的关键路径，应对此提高研究力度。

然而，相关人员在使用大量块进行测量时，通常未能及时控制测量块的具体温度，使得测量结果的准确度受到一定影响。为改善相关问题，降低不利影响，相关人员应在大量块使用前做好评估，并对测量结果进行补偿，使得测量过程更加可靠。鉴于温度变化对实际测量结果的影响，需要对△=La(t-20)中，修正温度的变化量进行控制。

大量块线性膨胀系数a 的误差应控制在±1×10-6℃。测量中，当存在较高精度要求时，需要对量块的膨胀系数进行计算，并且引入了不确定度概念，不确定度记为U，U=2×10-8℃，k=2。以往测量实际中，未能引入不确定度概念，相关人员在开展测量时，通常是控制工作温度。标准量块与被测量块之间的允许误差大小随着标准量块在20℃中的偏离程度而发生变化，并且随着量块精度等级和长度的变化而发生变化。为提升策略结果准确度，需要关注温度均匀性问题，确保测量量块与周围温度值均匀一致，并且将误差控制在较小范围内。

在非封闭环境下使用大量块进行测量时，应对设备的高精度进行严格要求，需要使用温度量块时，应考虑不确定度U，将U的值控制在合理范围内。通常情况下，需要满足U=0.1℃，系数k=2，使得测量结果更加准确可靠。而在较为封闭的环境下，需要使用高精度测量仪，此时U的限定条件应控制在0.01℃，参数k的值为2。对量块温度进行控制时，应注意转换器，确保转换器与量块之间具有良好的接触面，同时，减少接触面温度差值，确保最佳接触面与量块表面进行有效贴合[2]。通过以上技术条件，可降低环境因素对测量结果产生的不利影响。

2.4 使用温度问题

在大量块的使用过程中，会出现量块温度与仪器温度混合的问题，使得测量结果误差较大。为改善这一问题，在测量和使用前需要将量块和仪器设备在同一环境下放置较长时间，并且使用量块校准设备进行误差纠正。使用测长机对量块进行测量，相关人员需要将尾座进行固定，取下量块时，设备头座与尾座的测量帽应对准，并确保量块与测杆系统在封闭的环形内。测量结果表明，量块与导轨是同时变化的，当温度膨胀系数一致时，此时长度值相同，温度高低的影响便可相互抵消。