大量程位移传感器用于三等量块检定时不确定度分析

    近年来,随着光电技术的发展,国内外出现了一系列基于光栅技术的高准确度大行程的位移传感器。光栅类传感器与其他传感器如电感,电容,容栅等比较具有 测量重复性好、准确度高、测量范围大的特点,特别在较大行程时仍保持非常好的线性。特别是由于电子细分技术和计算机技术的发展,大大提高了光栅类传感器的 准确度,较高准确度的光栅类传感器其示值误差在25mm测量范围内可达到MPE=(0·03+0·5L)μm(式中:L为测量长度,单位:m)。国外生产 这类光栅传感器的厂家主要是德国HEIDENHAIN公司,国内也有厂家研制成功这类传感器。

    这类光栅式位移传感器主要用于量块测量,可实现在一定长度范围直接测量。在国外这种方法已进入实用阶段,而且有多家公司研制了基于光栅式位移传感器的量块 检定仪,如德国JENA公司,Mahr公司,瑞士TESA公司,美国DZTOOLS公司等等,国内也有厂家有类似产品。同比较测量相比,直接测量的优越之 处在于:

    (1)配备的标准量块大大减少,减少维护费用;

    (2)对于各种非标准规格量块,无须研合出相应尺寸,可直接测量,大大提高了测量准确度;

    (3)减少更换标准量块的次数,提高工作效率等等。

    下面根据规程规定的环境条件和国外该类仪器的典型技术指标对直接测量量块时的测量不确定度进行分析,在这里,我们规定直接测量的范围不大于5mm。

    量块检定仪技术指标简单介绍如下:该量块检定仪直接测量范围为(0~25)mm,在直接测量范围内,示值误差不大于±(0·03+l1000)μm(l为测量长度,单位:mm)。测量时我们用二等量块做标准。

    1　数学模型

    1·1　量块中心长度表示式

    利用二等标准量块和量块检定仪检定量块时,被检量块中心长度可表示为:

    l=l_S+m-l_Sα_SΔt-l_SΔα(t-20)                 (1)

式中:l———被检量块在20℃时中心长度;

    lS———标准量块在20℃时中心长度;

    m———量块检定仪读数;

    t———被检量块温度;

    t_S———标准量块温度。

    Δ_t=t-t_S

    α———被检量块线性热膨胀系数;

    α_S———标准量块线性热膨胀系数。