量块比较测量温度的量化及研讨

    1　问题的提出

    JJG146-2003《国家量块检定规程》已于2004年3月23日实施。在新的《国家量块检定规程》中,不仅对由量块测量温度对20℃的偏差而引入的不确定度做出了不超过其被测量块长度测量总不确定度35%的定性规定,同时在附录中还以列表的形式具体给出了定量参考值。如何正确、全面地理解量块测量温度对20℃的偏差、在量块长度测量时应如何考虑和控制量块的温度,是遵从新的《国家量块检定规程》开展量块检定的关键。下面以三等量块中心长度测量为例,就其展开分析、推算和讨论。

    2　数学模型

    2·1　测量概要

    该等别量块检定装置由二等标准量块与立式接触式干涉仪和将测长机光学计管改装为干涉光管的卧式干涉仪组成。在立式接触式干涉仪上进行尺寸小于等于100毫米三等量块的长度比较测量;在卧式干涉仪上进行尺寸大于100毫米三等量块的长度比较测量。

    2·2　数学模型

    由接触式干涉仪知：

    3　温度控制分析

    由表1可见,温度对量块长度测量总不确定度的影响主要来源于:①量块测量温度对20℃的偏离Δt1;②标准和被测量块温度差Δt2。虽然,Δt1和Δt2同时又是考虑由量块热膨胀系数给长度测量带来不确定度分量的灵敏系数(传播系数)的因子(c3=LSΔt1、c5=LSΔt2),对量块长度测量不确定度也有贡献,但如果在分析量块热膨胀系数相关不确定度分量时,Δt2和Δt1均按如下分析计算的具体结果进行引用,则温度对量块长度测量不确定度的影响时只需考虑这两项即可。

    事实上,JJG146-2003《国家量块检定规程》并没有对标准和被检量块的温度差Δt2做出明确的规定,但基于如下几个方面的考虑我们首先还是要对其进行分析讨论:①从数理逻辑出发,确定标准和被测量块温度差是计算测量温度对20℃偏离的必要条件;②从量块检定规程对量块测量温度规定的本意上讲,量块测量温度既是针对标准量块测量时的温度,又是针对被测量块测量时的温度而提出来的;③由表1可见,标准和被测量块温度差Δt2的灵敏度系数(LSαS)远远大于测量温度对20℃偏离Δt1的灵敏度系数(LSΔα),即标准和被测量块温度差Δt2对量块长度测量不确定度的贡献远远大于测量温度对20℃偏离Δt1对量块长度测量不确定度的贡献。

    3·1　标准和被测量块温度差Δt2

    标准和被测量块的温度差Δt2带给量块长度测量的不确定分量为c4u(Δt2),考虑到JJG146-2003《国家量块检定规程》关于由量块测量温度对20℃的偏差而引入的不确定度应不超过被测量块长度测量总不确定的35%的相关要求,则: