量块测量中的温度问题

　　1　前言

　　新量块检定规程《JJG146—94》取代了原规程《JJG100—81》。新规程与老规程比较,除提高了各个等级的标准外,另一变化就是检定方法及原理在一定程度上作了改进,引入修正量c2,突出了温度对量块比较测量的影响,具体体现在23.4的四条规定上。

　　这是因为检定量块这样高精度长度量具,在很大程度上取决于量块温度测量与控制的精确程度上。为此,下面就温度问题进行讨论。

　　2　温度条件的要求

　　在23.4.4条规定:测量长度时,由于量块温度偏离标准状态应引入的修正量为c2:

　　式中:

　　α—被测量块温度线膨胀系数。

　　t—长度测量时,被测量块的温度。

　　αs—标准量块温度线膨胀系数。

　　ts—长度测量时,标准量块的温度。

　　L—量块的名义尺寸。

　　从(1)式可看出:修正量c2的精确度,显然取决于温度测量的精确度及线性热膨胀系数的可靠性。同时根据《JJG146—94》规程中的公式(13),修正量c2的精确度直接影响量块长度测量的不确定度。为此,首先求出修正量c2的极限误差:

　　由于相比较的量块都符合量块标准,所以,Δ(α)lim=Δ(αs)lim=Δα,αs=α;又因量块温度的测量方法一致,所以,

　　(1)温度的准确性

　　据误差合成原理,Δ(c2)lim由两部分组成。其中为量块温度测量的不确定度对量块长度测量的不确定度的影响。根据23.4.3条的规定:

　　式中,Δ(L)lim—被测量块长度测量不确定度极限允许值,具体可从《JJG146—94》附录2中表2计算公式求出。为量块线膨胀系数测量不确定度对量块长度测量不确定度的影响。

　　由“误差的等作用原理”令:

　　当t=20℃时,ts允许的变化范围最大,为:

　　20+T≥ts≥20-T

　　又设t1=20+T,　t2=20-T

　　则,t1≥ts≥t2

　　又因长度测量不确定度允许值的一般式为:Δ(L)lim=a+bL及Δα=1

　　t1、t2两曲线如图1所示。t1=0.35b,t2=-0.35b分别为这两条曲线的渐近线。

　　从图1可知:被测与标准量块的温度相对标准温度20℃的变化大小随量块长度和精度等级而变化;并且限定在一定的范围内(t1、t2两曲线之间)。

　　(2)温度的均匀性

　　由(4)式可变为:

　　利用轴的旋转化掉二次方程中的XY项,得到标准的椭圆方程: