三等金屬線紋尺測(cè)量誤差因素的探討

1、<p>　　三等金屬線紋尺測(cè)量誤差因素的探討</p><p>　　三等金屬線紋尺測(cè)量誤差因素的探討 </p><p><b>　　姚曉農(nóng) </b></p><p>　　江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院 江蘇 南京210000 </p><p>　　摘要：三等金屬線紋尺主要用于檢定水準(zhǔn)標(biāo)尺、鋼直尺以及準(zhǔn)確度較低的線紋尺。目前

2、，使用中的線紋尺多由黃銅、鋅白銅、不銹鋼等材料制成。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：三等金屬線紋尺 激光干涉法 比較檢定 </p><p><b>　　0、引言 </b></p><p>　　在傳統(tǒng)檢定中，多采用與二等金屬線紋尺進(jìn)行比較的測(cè)量方法。隨著科技的發(fā)展，激光越來(lái)越多地被應(yīng)用在線紋尺的檢定中。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)器選取和測(cè)量方式的不同，線紋尺的檢定

3、方法可分為兩種形式：以激光干涉儀直接檢定和以二等金屬線紋尺比較檢定，直接檢定是以激光波長(zhǎng)作為標(biāo)準(zhǔn)；比較檢定是以實(shí)物量具即二等金屬線紋尺作為標(biāo)準(zhǔn)。直接檢定由于其激光的光路必須與測(cè)量方向重合，因此只有一種安裝方式。而在比較檢定中，則可分為串聯(lián)縱動(dòng)式和并聯(lián)縱動(dòng)式兩種，其中串聯(lián)縱動(dòng)式由于標(biāo)準(zhǔn)器與線紋尺刻度中心線的延長(zhǎng)線重合。由導(dǎo)軌直線度誤差引起的測(cè)量誤差是二階誤差，因此，可以獲得精確的測(cè)量結(jié)果，符合阿貝原則。 </p><p

4、>　　由于線紋尺的檢定對(duì)環(huán)境的要求較高、檢定過(guò)程繁瑣、數(shù)據(jù)處理相對(duì)復(fù)雜。此外，還由于材料及運(yùn)輸因素，在周期檢定中每年的數(shù)據(jù)都有差異，根據(jù)幾年來(lái)的工作心得，下面分別對(duì)采用兩種不同標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)三等金屬線紋尺進(jìn)行檢定的影響進(jìn)行分析，并指出在檢定工作中應(yīng)注意的事項(xiàng)。 </p><p>　　一、線紋尺的比較檢定 </p><p>　　誤差的主要來(lái)源有：（1）標(biāo)準(zhǔn)尺的檢定誤差；（2）顯微鏡的對(duì)準(zhǔn)誤差

5、及調(diào)整誤差；（3）線紋尺的安裝誤差；（4）標(biāo)準(zhǔn)尺與被檢尺溫度的測(cè)量誤差；（5）線紋尺材料線膨脹系數(shù)的測(cè)量誤差等。 </p><p>　　在上述誤差主要來(lái)源中，兩尺溫度的測(cè)量誤差是各種誤差因素中最為顯著的，尤其是在線紋尺的溫度膨脹系數(shù)較大的情況下，若溫度測(cè)量稍不準(zhǔn)確，就會(huì)帶來(lái)較大的測(cè)量誤差。 </p><p>　　在采用比較法檢定線紋尺時(shí)，如標(biāo)準(zhǔn)尺的溫度為20.4℃，線膨脹系數(shù)為10.8&#

6、215;10-6℃-1，被檢尺的溫度為20.4℃，線膨脹系數(shù)為16.6×10-6℃-1，則相對(duì)于20℃時(shí)標(biāo)準(zhǔn)尺會(huì)增加4.32μm，被檢尺會(huì)增加9.96μm，可以通過(guò)計(jì)算消除這部分誤差，但如果使用的貼附式溫度計(jì)的不確定度為0.1℃，則會(huì)產(chǎn)生5.8μm的測(cè)量誤差。 </p><p>　　在其他因素中，比如導(dǎo)軌直線度，如果在工作臺(tái)移動(dòng)過(guò)程中在垂直內(nèi)產(chǎn)生2″的傾斜，在水平方向產(chǎn)生5″傾斜，兩讀數(shù)顯微鏡的視軸距離

7、為1100mm，則由此產(chǎn)生的測(cè)量誤差僅為0.4μm?？梢?jiàn)相對(duì)于溫度比較，其對(duì)測(cè)量結(jié)果影響很小。 </p><p>　　二、線紋尺的激光干涉法檢定 </p><p>　　誤差來(lái)源主要有：（1）激光波長(zhǎng)的檢定誤差及穩(wěn)頻誤差；（2）測(cè)量折射率的誤差；（3）測(cè)量線紋尺溫度的誤差；（4）線紋尺的材料線膨脹系數(shù)誤差。 </p><p>　　在激光干涉法檢定線紋尺時(shí)，實(shí)際上測(cè)得的

8、是被測(cè)長(zhǎng)度和所測(cè)波長(zhǎng)的比值，由于激光給定的波長(zhǎng)都是真空中的波長(zhǎng)。 </p><p>　　因此，在檢定時(shí)需要將真空中的波長(zhǎng)換算為實(shí)際工作狀態(tài)下的波長(zhǎng)，得到在測(cè)量狀態(tài)下的空氣折射率。空氣折射率與氣壓、溫度、濕度以及大氣成分有關(guān)，并且不同波長(zhǎng)的激光在空氣中的折射率也不一樣，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到： </p><p>　　測(cè)量長(zhǎng)度為1m時(shí)： </p><p>　　溫度Δt=0.1℃，

9、ΔLt≈92nm </p><p>　　氣壓Δp=1Pa，ΔLp≈3nm </p><p>　　濕度Δf=1Pa，ΔLf≈0.4nm </p><p>　　此外，由于材質(zhì)以及本身結(jié)構(gòu)的原因，線紋尺在送檢及運(yùn)輸過(guò)程中極易變形，從而產(chǎn)生誤差，雖然其為二次誤差，對(duì)測(cè)量結(jié)果影響不大，但由于三等金屬線紋尺的尺底平面度在測(cè)量過(guò)程中引起的刻線影像模糊，從而在主觀上產(chǎn)生的測(cè)量誤差也

10、是在檢定工作中值得注意的問(wèn)題。 </p><p><b>　　三、結(jié)束語(yǔ) </b></p><p>　　通過(guò)以上分析，可以得出以下結(jié)論，無(wú)論是采用干涉儀絕對(duì)測(cè)量還是二等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺比較測(cè)量，環(huán)境溫度穩(wěn)定和準(zhǔn)確是保證測(cè)量結(jié)果可靠最重要的因素，而溫度對(duì)其測(cè)量結(jié)果影響的大小，又取決于線紋尺材料的膨脹系數(shù)。 </p><p><b>　　參

11、考文獻(xiàn) </b></p><p>　　【1】JJG71一1991（（3等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺檢定規(guī)程》.北京：中國(guó)計(jì)黃出版社，1991 </p><p>　　【2】JJF1059一1999《測(cè)t不確定度的評(píng)定與表示》.北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999 </p><p>　　【3】劉智敏，劉風(fēng).《現(xiàn)代不確定度方法與應(yīng)用》.北京：中國(guó)計(jì)量出版社， 1997 <