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探讨如何消除温度对长度计量检定的影响因素

来源:原创论文网 添加时间:2019-09-23

长度计量技师论文研究热点8篇之第七篇:探讨如何消除温度对长度计量检定的影响因素

  摘要:当今社会中, 长度计量工作运用越来越广泛, 无论是在工业生产中还是在建筑施工行业中, 均少不了长度计量。但是就长度计量工作的开展实际情况来看, 还存在很多影响因素, 以至于长度计量的准确性不高, 而在众多影响因素中, 温度是最主要的影响因素, 本文笔者就温度对长度计量检定的影响进行了简单探讨, 并就如何消除该影响因素发表了几点自己的看法, 希望为相关领域的研究者和工作者提供参考和借鉴。

  关键词:长度计量检定; 温度; 影响; 消除措施;

  Abstract:

  In today's society, the length of the metrological work more and more widely use, both in the industrial production and in the construction industry, both without length measurement.But as far as the length of the measurement work actual situation, there are many influence factors, so that the length measurement accuracy is not high, and in many influence factors, the temperature is the main influence factors, this article author temperature impact on the length of the metrological verification has carried on the simple discussion, and on how to eliminate the factors influencing the published several opinions, hope to provide reference for the researchers and workers in the field of related and using for reference.

  Keyword:

  Length of the Metrological Verification; Temperature; Influence; Eliminating Measures;

长度计量器

  引言

  当前, 长度测量的精度高低常常决定着某些工作开展得好坏, 甚至还可能成为衡量工作能否成功的决定性因素。为此, 人们常常会想方设法地将一些长度测量工具的精度控制在毫米乃至微米的范围内。温度作为影响长度计量检定精度的最大影响因素, 其主要是热胀冷缩原理导致长度计量工具的精度受到干扰和影响, 因此若想将长度计量工作的精度保持在一定范围内, 势必要研究温度对长度计量检定的影响, 从而采取有效的消除措施。

  1 温度对长度计量检定的影响

  1.1 温度和长度的关系

  鉴于温度导致的计量工具尺寸变化量不仅和工件的长度L和标准温度的偏差Dt有关, 还同工件自身的变化系数α有关。四者之间的关系为:Dt=L×α (t-20℃) =L×α×Dt.在该关系式中, Dt表示的是尺寸的变化量, L代表20℃环境下工件的尺寸, α表示工件线膨胀系数, 单位为10-6/℃;t表示工件的温度, 根据相关资料显示, 常用工件材料的线膨胀系数系数α值如下:

  铜α=18.5;

  钢α=11.5;

  玻璃α=6~9;

  铸铁α=10.4;

  石英α=0.5.

  1.2 温度对长度计量结果的影响

  因为长度计量时的温度跟标准温度之间有偏差, 便会出现测量误差, 测量误差又常常被称为温度误差。临床实验发现, 温度误差产生的原因有以下几个方面的原因:

  第一, 工件和计量器具二者的温度存在偏差;

  第二, 工件和计量器具的线膨胀系数有差异。而温度误差的计算公式为:Dt=L[α2 (t2-20℃) -α1 (t1-20℃) ].在该计算公式中, Dt表示的是尺寸的变化量, L代表20℃环境下工件的尺寸;α1表示计量器具的膨胀系数, α2表示工件线膨胀系数, t1和t2分别表示计量器具和工件的温度。上述计算公式只适用于高精度测量以及运用简单的量具测量形状简单的工件。当在某些特殊情况下, 可以将上述公式简化成以下公式:

  (1) 当t1和t2均为20℃时;Dt便为0;

  (2) 当t 1和t 2温度相同但不为2 0℃时, Dt=L (t-20℃) (α2-α1) ;

  (3) 当t1和t2相同, 且α1和α2相同时, Dt也等于0.

  (4) 当α1和α2均为α时, Dt计算公式为:Dt= (t2-t1) ;

  (5) 当t1为20℃时, 但是t2不为20℃时, Dt的计算公式为:Dt=L×α2 (t2-20℃) ;

  (6) 当t1不等于20℃, 但是t2=20℃时, Dt的计算公式为:Dt=L×α1 (t1-20℃) .

  根据上述计算公式, 我们可以得出以下几个结论:一是若被测量工件和计量器具的温度相同且均为20℃时 (此温度为实验室条件下) , 无温度误差, 即温度误差为0;二是若被测工件和计量器具的温度相同, 但是都不等于20℃ (此温度为常温或者车间条件) 时, 温度误差和被测工件的尺寸、计量器具对标准温度的偏差以及被测工件和计量器具线膨胀系数之差之间为正相关关系;三是若被测工件和计量器具的温度一样时, 且它们的线膨胀系数也一样时 (即被测工件和计量器具所使用的材料相同, 并且经过了温度平衡) , 这种情况下的温度误差也为0;四是若被测工件和计量器具的线膨胀系数一样时, 温度误差的大小主要和被测工件尺寸、计量器具的线膨胀系数以及被测工件跟计量器具之间的温度差存在正相关关系。五是, 当计量器具的温度等于20℃时, 但是被测工件的温度却不等于20℃时 (即被测工件没有经过等温便运用了恒温室中的计量器具测量其长度的情况) , 在这种情况下, 温度误差和被测工件的尺寸、被测工件的线膨胀系数以及工件对标准温度的偏差存在正相关关系。六是, 当被测工具的温度等于20℃时, 但是计量器具的温度不等于20℃时, 温度误差工件尺寸、计量器具的线膨胀系数以及计量器具对标准温度的偏差存在正比关系。例如:材质为铝的被测工件长度为100mm, 若选择由钢制的计量器具测试, 加入t1的温度为18℃, t2的温度为21℃, 计算温度误差。由于被测工件的材质为铝。因此工件α取24×10-6, L=100mm, 计量器具的α=11.5×10-6.Dt=100mm×[24×10-6-6× (21℃-20℃) -11.5×10-6 (18℃-20℃) ], 经计算, Dt为4.7um.

  2 消除温度对长度计量检定影响的措施

  通过总结工作实践, 笔者认为消除温度对长度计量检定的影响可以采取确定标准温度的允许偏差、保持环境温度的稳定性、确保被测工具和测量器具温度的一致性、减少空调安装对测量结果的影响、正确使用并加强计量仪器的养护、在现场测量中减少温度误差的影响等措施, 具体如下:

  2.1 确定标准温度的允许偏差

  在工厂测量中, 计量测量室, 针对精度较高的测量 (如:检定量块时) 通常选择温度允许偏差为2 0±0.5℃。针对精度中等的测量 (如检定校对杆时) , 通常选择温度允许偏差为20±2℃。针对精度较低的测量可以20±5℃遍可以满足0.02毫米的精度测量要求。但是上述规定仅仅为工厂测量时的一般选择, 在测量不同的工件时, 在确定标准温度的允许偏差时应该注意以下问题:一是在测量尺寸较大的工件时, 对标准温度的允许偏差应该相应减小, 其主要是因为温度误差越大时, 被测工件的尺寸变化也将越大, 因此对测量准确度的影响也越大, 对此若想保障测量的准确度, 必须严格控制好温度的误差。二是假如被测工件和标准器的线膨胀系数之间的差值较大时, 温度的允许偏差需要相应减小, 而要达到减小温度误差的目的, 则需要尽可能选择跟被测工件的线膨胀系数相同的标准器, 通过减小尺寸变化的途径提高测量结果的准确度。

  2.2 保持环境温度的稳定性

  在长度计量实践过程中, 若想降低甚至消除温度因素对程度计量检定的影响, 必须要严格控制测量环境。在测量被测工件时, 工件的大小、工件的材质等因素均会在一定程度上影响测量的精度。所以在具体测量时, 需要重点保持测量环境温度的稳定性, 环境温度的稳定性主要是通过1个小时内环境温度变化的最大范围体现的。结合长度计量仪器对环境温度的稳定性要求可以看出, 测量环境中的温度可以出现稳定性变化, 但是不能出现突然变化, 特别是针对精度较高的测量, 温度的变化不能超过0.5℃, 在控制环境温度过程中, 可以采取在测量室内安装恒温装置来实现。为了保持测量环境温度的稳定性, 还需要控制好门开关的次数。除此之外, 考虑到空气流动因素和阳光的流动也会影响环境温度的稳定性, 因此用于测量的环境位置应该处于不通风、不透光, 假若测量的环境不具备上述条件, 在测量前必须全部关闭门和窗户, 并拉上窗帘。值得注意的是, 在测量前后还需要注意避免流动的空气和阳光直接接触测量工件和测量器具。测量人员在现场测量环境温度时, 还应该尽可能减少测量人员对温度的影响, 如此才能减少温度误差, 提升测量精度。如果测量的环境温度多变或者温度无法控制, 可以提前将被测试的工件置于标准温度的环境中一定时间, 并且也需要将用于测量的器具放置在标准温度环境一定时间, 然后将其取出, 取出后需要立即开展测量工作, 主要是争取在被测工具和测量器具温度变化超出标准温度范围之前完成测量工作。

  2.3 确保被测工具和测量器具温度的一致性

  在测量被测工件时, 若想减少温度对长度计量检定的影响, 还应该注意保持工件和测量器具温度的一致性, 争取在某些条件下保证被测工件和测量器具二者的等温。在测量不同的工件时, 假若被测工件的尺寸较大, 那么需要适当的减少温度偏差。假若温度的偏差较大时, 会引起被测的工件尺寸出现较大的改变, 从而影响测量的精度。因此, 必须严格控制好被测工件和测量器具温度的偏差, 以提高测量的精度。

  2.4 减少空调安装对测量结果的影响

  个别计量检定单位采取安装变频空调的方式还维持测量环境的温度稳定性, 以提高测量的精度。采取这种的方式通常可以让测试环境的温度保持在20℃左右, 并且还能够将测量环境温度的变化控制在1℃内, 充分满足了测量的要求。但是也存在一个问题, 空调吹出风的温度常常要高于或者低于环境温度, 因此针对安装有空调的测试环境, 需要避免因为热风或者冷风和被测工件和测量器具的直接接触。另外, 有多单位为了节省电量, 在不需要测量时, 空调大多处于关机状态, 只有当有测量任务时才将其打开, 此时环境的温度处于不断变化中, 因此在测量工件时不能在刚刚打开空调或者关闭空调后再进行, 应该选择在空调正常运行后, 当测量环境的温度处于恒定值, 被测工件和测量的器具均在恒温的环境中放置一定时间 (通常为4h) 后再开展测量工。

  2.5 正确使用并加强计量仪器的养护

  在测量环境温度时, 应该选择误差小且测量精度高的测量器具。值得注意的是, 无论是在测量环境温度之前, 还是测量温度之后, 均应该避免人体直接接触或者其他操作不当对测量结果的影响。在运用长度计量器具测量过程中, 若想尽可能减少温度对长度计量检定的影响, 必须严格按照长度计量器具的使用说明书和操作规程测量长度, 减少温度因素对长度测量精度的影响。除此之外, 还应该高度重视对长度计量器具的保管和养护, 以免因为保管养护不当导致长度计量器具测量精度不高的温度, 在保养长度计量器具时, 应该使用长纤维脱脂棉、白绒或者白细布等柔软的布料擦拭。若长度计量器具使用完毕可能一段时间不再使用, 需要在它们表面擦上一层防锈油, 以防其生锈, 另外, 还应该尽可能避免因外界因素对长度计量器具到来的损坏。

  2.6 在现场测量中减少温度误差的影响

  主要从三个方面入手:

  第一, 在开展现场测量时, 不可将标准器 (例如:游标卡尺) 等从工具室拿出后就立即开始测量, 正确的做法应该是将被测工件和标准器重叠放置在一起, 将他们放置在大平板上经过等温处理后再开始测量。在一般精度测量过程中, 平板恒温的时间可以参考以下数据:若被测工件的长度低于1米时, 平板恒温的时间应控制在一个半小时左右, 若被测工件的长度介于1~3米之间时, 平板恒温的时间应控制在两个半小时左右;若被测工件的长度超过3米时, 平板恒温的时间应控制在三个半小时左右。如果被测工件或者标准器的体积较大时, 平板恒温的时间应控制在24小时作用, 其主要原因为被测工件内部的温度常常滞后于表面和室内的温度。

  第二, 是在工厂的生产安排中应该给计量检测部门留够时间用于恒温处理, 减少温度对测量结果的影响, 特别是在测量精密的工件或者需要计量检测部门仲裁时, 更应该考虑到温度对测量结果的影响, 从而给计量检测部门留充分的时间进行恒温, 以提高测量结果的准确度。

  第三, 在测量时, 测量人员尽量不要直接用手接触被测工件和测量器具, 以防对测量结果的稳定性产生影响, 尽可能带上手套测量, 假如有隔热装置是必须握住隔热装置从而减少温度升高影响测量结果的准确性, 并且这种影响因素导致的误差常常无法预知, 因此只有在测量过程中多加注意才能减小和避免。

  3 结语

  综上所述, 伴随着我国科学技术的不断进步, 各行各业均对长度计量的准确性提出了更高的要求, 因此怎样才能采取有效措施提高长度计量检定的准确度成为了社会各界关注的重点问题。而温度作为影响长度计量检定结果的主要因素之一, 要想保障长度计量检定数据的准确度, 必须采取有效的途径控制测量环境的温度误差, 将其控制在合理范围内, 提升长度计量仪器的测量精度。

  参考文献
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