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布莱顿prime:探討如何消除溫度對長度計量檢定的影響因素

來源:原創論文網 添加時間:2019-09-23

布莱顿西服 www.ybzmtt.com.cn 長度計量技師論文研究熱點8篇之第七篇:探討如何消除溫度對長度計量檢定的影響因素

  摘要:當今社會中, 長度計量工作運用越來越廣泛, 無論是在工業生產中還是在建筑施工行業中, 均少不了長度計量。但是就長度計量工作的開展實際情況來看, 還存在很多影響因素, 以至于長度計量的準確性不高, 而在眾多影響因素中, 溫度是最主要的影響因素, 本文筆者就溫度對長度計量檢定的影響進行了簡單探討, 并就如何消除該影響因素發表了幾點自己的看法, 希望為相關領域的研究者和工作者提供參考和借鑒。

  關鍵詞:長度計量檢定; 溫度; 影響; 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;

長度計量器

  引言

  當前, 長度測量的精度高低常常決定著某些工作開展得好壞, 甚至還可能成為衡量工作能否成功的決定性因素。為此, 人們常?;嵯敕繳璺ǖ亟恍┏ざ炔飭抗ぞ叩木瓤刂圃諍撩啄酥廖⒚椎姆段?。溫度作為影響長度計量檢定精度的最大影響因素, 其主要是熱脹冷縮原理導致長度計量工具的精度受到干擾和影響, 因此若想將長度計量工作的精度保持在一定范圍內, 勢必要研究溫度對長度計量檢定的影響, 從而采取有效的消除措施。

  1 溫度對長度計量檢定的影響

  1.1 溫度和長度的關系

  鑒于溫度導致的計量工具尺寸變化量不僅和工件的長度L和標準溫度的偏差Dt有關, 還同工件自身的變化系數α有關。四者之間的關系為:Dt=L×α (t-20℃) =L×α×Dt.在該關系式中, Dt表示的是尺寸的變化量, L代表20℃環境下工件的尺寸, α表示工件線膨脹系數, 單位為10-6/℃;t表示工件的溫度, 根據相關資料顯示, 常用工件材料的線膨脹系數系數α值如下:

  銅α=18.5;

  鋼α=11.5;

  玻璃α=6~9;

  鑄鐵α=10.4;

  石英α=0.5.

  1.2 溫度對長度計量結果的影響

  因為長度計量時的溫度跟標準溫度之間有偏差, 便會出現測量誤差, 測量誤差又常常被稱為溫度誤差。臨床實驗發現, 溫度誤差產生的原因有以下幾個方面的原因:

  第一, 工件和計量器具二者的溫度存在偏差;

  第二, 工件和計量器具的線膨脹系數有差異。而溫度誤差的計算公式為:Dt=L[α2 (t2-20℃) -α1 (t1-20℃) ].在該計算公式中, Dt表示的是尺寸的變化量, L代表20℃環境下工件的尺寸;α1表示計量器具的膨脹系數, α2表示工件線膨脹系數, t1和t2分別表示計量器具和工件的溫度。上述計算公式只適用于高精度測量以及運用簡單的量具測量形狀簡單的工件。當在某些特殊情況下, 可以將上述公式簡化成以下公式:

 ?。?) 當t1和t2均為20℃時;Dt便為0;

 ?。?) 當t 1和t 2溫度相同但不為2 0℃時, Dt=L (t-20℃) (α2-α1) ;

 ?。?) 當t1和t2相同, 且α1和α2相同時, Dt也等于0.

 ?。?) 當α1和α2均為α時, Dt計算公式為:Dt= (t2-t1) ;

 ?。?) 當t1為20℃時, 但是t2不為20℃時, Dt的計算公式為:Dt=L×α2 (t2-20℃) ;

 ?。?) 當t1不等于20℃, 但是t2=20℃時, Dt的計算公式為:Dt=L×α1 (t1-20℃) .

  根據上述計算公式, 我們可以得出以下幾個結論:一是若被測量工件和計量器具的溫度相同且均為20℃時 (此溫度為實驗室條件下) , 無溫度誤差, 即溫度誤差為0;二是若被測工件和計量器具的溫度相同, 但是都不等于20℃ (此溫度為常溫或者車間條件) 時, 溫度誤差和被測工件的尺寸、計量器具對標準溫度的偏差以及被測工件和計量器具線膨脹系數之差之間為正相關關系;三是若被測工件和計量器具的溫度一樣時, 且它們的線膨脹系數也一樣時 (即被測工件和計量器具所使用的材料相同, 并且經過了溫度平衡) , 這種情況下的溫度誤差也為0;四是若被測工件和計量器具的線膨脹系數一樣時, 溫度誤差的大小主要和被測工件尺寸、計量器具的線膨脹系數以及被測工件跟計量器具之間的溫度差存在正相關關系。五是, 當計量器具的溫度等于20℃時, 但是被測工件的溫度卻不等于20℃時 (即被測工件沒有經過等溫便運用了恒溫室中的計量器具測量其長度的情況) , 在這種情況下, 溫度誤差和被測工件的尺寸、被測工件的線膨脹系數以及工件對標準溫度的偏差存在正相關關系。六是, 當被測工具的溫度等于20℃時, 但是計量器具的溫度不等于20℃時, 溫度誤差工件尺寸、計量器具的線膨脹系數以及計量器具對標準溫度的偏差存在正比關系。例如:材質為鋁的被測工件長度為100mm, 若選擇由鋼制的計量器具測試, 加入t1的溫度為18℃, t2的溫度為21℃, 計算溫度誤差。由于被測工件的材質為鋁。因此工件α取24×10-6, L=100mm, 計量器具的α=11.5×10-6.Dt=100mm×[24×10-6-6× (21℃-20℃) -11.5×10-6 (18℃-20℃) ], 經計算, Dt為4.7um.

  2 消除溫度對長度計量檢定影響的措施

  通過總結工作實踐, 筆者認為消除溫度對長度計量檢定的影響可以采取確定標準溫度的允許偏差、保持環境溫度的穩定性、確保被測工具和測量器具溫度的一致性、減少空調安裝對測量結果的影響、正確使用并加強計量儀器的養護、在現場測量中減少溫度誤差的影響等措施, 具體如下:

  2.1 確定標準溫度的允許偏差

  在工廠測量中, 計量測量室, 針對精度較高的測量 (如:檢定量塊時) 通常選擇溫度允許偏差為2 0±0.5℃。針對精度中等的測量 (如檢定校對桿時) , 通常選擇溫度允許偏差為20±2℃。針對精度較低的測量可以20±5℃遍可以滿足0.02毫米的精度測量要求。但是上述規定僅僅為工廠測量時的一般選擇, 在測量不同的工件時, 在確定標準溫度的允許偏差時應該注意以下問題:一是在測量尺寸較大的工件時, 對標準溫度的允許偏差應該相應減小, 其主要是因為溫度誤差越大時, 被測工件的尺寸變化也將越大, 因此對測量準確度的影響也越大, 對此若想保障測量的準確度, 必須嚴格控制好溫度的誤差。二是假如被測工件和標準器的線膨脹系數之間的差值較大時, 溫度的允許偏差需要相應減小, 而要達到減小溫度誤差的目的, 則需要盡可能選擇跟被測工件的線膨脹系數相同的標準器, 通過減小尺寸變化的途徑提高測量結果的準確度。

  2.2 保持環境溫度的穩定性

  在長度計量實踐過程中, 若想降低甚至消除溫度因素對程度計量檢定的影響, 必須要嚴格控制測量環境。在測量被測工件時, 工件的大小、工件的材質等因素均會在一定程度上影響測量的精度。所以在具體測量時, 需要重點保持測量環境溫度的穩定性, 環境溫度的穩定性主要是通過1個小時內環境溫度變化的最大范圍體現的。結合長度計量儀器對環境溫度的穩定性要求可以看出, 測量環境中的溫度可以出現穩定性變化, 但是不能出現突然變化, 特別是針對精度較高的測量, 溫度的變化不能超過0.5℃, 在控制環境溫度過程中, 可以采取在測量室內安裝恒溫裝置來實現。為了保持測量環境溫度的穩定性, 還需要控制好門開關的次數。除此之外, 考慮到空氣流動因素和陽光的流動也會影響環境溫度的穩定性, 因此用于測量的環境位置應該處于不通風、不透光, 假若測量的環境不具備上述條件, 在測量前必須全部關閉門和窗戶, 并拉上窗簾。值得注意的是, 在測量前后還需要注意避免流動的空氣和陽光直接接觸測量工件和測量器具。測量人員在現場測量環境溫度時, 還應該盡可能減少測量人員對溫度的影響, 如此才能減少溫度誤差, 提升測量精度。如果測量的環境溫度多變或者溫度無法控制, 可以提前將被測試的工件置于標準溫度的環境中一定時間, 并且也需要將用于測量的器具放置在標準溫度環境一定時間, 然后將其取出, 取出后需要立即開展測量工作, 主要是爭取在被測工具和測量器具溫度變化超出標準溫度范圍之前完成測量工作。

  2.3 確保被測工具和測量器具溫度的一致性

  在測量被測工件時, 若想減少溫度對長度計量檢定的影響, 還應該注意保持工件和測量器具溫度的一致性, 爭取在某些條件下保證被測工件和測量器具二者的等溫。在測量不同的工件時, 假若被測工件的尺寸較大, 那么需要適當的減少溫度偏差。假若溫度的偏差較大時, 會引起被測的工件尺寸出現較大的改變, 從而影響測量的精度。因此, 必須嚴格控制好被測工件和測量器具溫度的偏差, 以提高測量的精度。

  2.4 減少空調安裝對測量結果的影響

  個別計量檢定單位采取安裝變頻空調的方式還維持測量環境的溫度穩定性, 以提高測量的精度。采取這種的方式通??梢勻貌饈曰肪車奈露缺3衷?0℃左右, 并且還能夠將測量環境溫度的變化控制在1℃內, 充分滿足了測量的要求。但是也存在一個問題, 空調吹出風的溫度常常要高于或者低于環境溫度, 因此針對安裝有空調的測試環境, 需要避免因為熱風或者冷風和被測工件和測量器具的直接接觸。另外, 有多單位為了節省電量, 在不需要測量時, 空調大多處于關機狀態, 只有當有測量任務時才將其打開, 此時環境的溫度處于不斷變化中, 因此在測量工件時不能在剛剛打開空調或者關閉空調后再進行, 應該選擇在空調正常運行后, 當測量環境的溫度處于恒定值, 被測工件和測量的器具均在恒溫的環境中放置一定時間 (通常為4h) 后再開展測量工。

  2.5 正確使用并加強計量儀器的養護

  在測量環境溫度時, 應該選擇誤差小且測量精度高的測量器具。值得注意的是, 無論是在測量環境溫度之前, 還是測量溫度之后, 均應該避免人體直接接觸或者其他操作不當對測量結果的影響。在運用長度計量器具測量過程中, 若想盡可能減少溫度對長度計量檢定的影響, 必須嚴格按照長度計量器具的使用說明書和操作規程測量長度, 減少溫度因素對長度測量精度的影響。除此之外, 還應該高度重視對長度計量器具的保管和養護, 以免因為保管養護不當導致長度計量器具測量精度不高的溫度, 在保養長度計量器具時, 應該使用長纖維脫脂棉、白絨或者白細布等柔軟的布料擦拭。若長度計量器具使用完畢可能一段時間不再使用, 需要在它們表面擦上一層防銹油, 以防其生銹, 另外, 還應該盡可能避免因外界因素對長度計量器具到來的損壞。

  2.6 在現場測量中減少溫度誤差的影響

  主要從三個方面入手:

  第一, 在開展現場測量時, 不可將標準器 (例如:游標卡尺) 等從工具室拿出后就立即開始測量, 正確的做法應該是將被測工件和標準器重疊放置在一起, 將他們放置在大平板上經過等溫處理后再開始測量。在一般精度測量過程中, 平板恒溫的時間可以參考以下數據:若被測工件的長度低于1米時, 平板恒溫的時間應控制在一個半小時左右, 若被測工件的長度介于1~3米之間時, 平板恒溫的時間應控制在兩個半小時左右;若被測工件的長度超過3米時, 平板恒溫的時間應控制在三個半小時左右。如果被測工件或者標準器的體積較大時, 平板恒溫的時間應控制在24小時作用, 其主要原因為被測工件內部的溫度常常滯后于表面和室內的溫度。

  第二, 是在工廠的生產安排中應該給計量檢測部門留夠時間用于恒溫處理, 減少溫度對測量結果的影響, 特別是在測量精密的工件或者需要計量檢測部門仲裁時, 更應該考慮到溫度對測量結果的影響, 從而給計量檢測部門留充分的時間進行恒溫, 以提高測量結果的準確度。

  第三, 在測量時, 測量人員盡量不要直接用手接觸被測工件和測量器具, 以防對測量結果的穩定性產生影響, 盡可能帶上手套測量, 假如有隔熱裝置是必須握住隔熱裝置從而減少溫度升高影響測量結果的準確性, 并且這種影響因素導致的誤差常常無法預知, 因此只有在測量過程中多加注意才能減小和避免。

  3 結語

  綜上所述, 伴隨著我國科學技術的不斷進步, 各行各業均對長度計量的準確性提出了更高的要求, 因此怎樣才能采取有效措施提高長度計量檢定的準確度成為了社會各界關注的重點問題。而溫度作為影響長度計量檢定結果的主要因素之一, 要想保障長度計量檢定數據的準確度, 必須采取有效的途徑控制測量環境的溫度誤差, 將其控制在合理范圍內, 提升長度計量儀器的測量精度。

  參考文獻
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