陶瓷量块长度的测量方法探讨

　　0　引言

　　陶瓷量块的热膨胀系数与钢较为接近,同时又具有高硬度、耐腐蚀、不易变性、不易磨损等优点,特别适合于在工业现场使用。陶瓷量块作为一种新型产品,目前国家还没有出台陶瓷量块的检定规程,我们在测量时仍然要参考JJG146-2003《量块检定规程》,根据规程的要求,量块的测量方法有两种,一种是直接测量法,另一种是比较测量法。也正是由于陶瓷量块的上述特点,使得它的检定方法与钢量块有所不同。

　　1　陶瓷量块长度的比较测量

　　陶瓷量块比较测量一般采用接触式干涉仪,由于陶瓷量块的硬度达到了HV1150 (相当于HRC80以上),而普通接触式干涉仪带筋工作台的硬度只有HRC53左右,测量时非常容易损伤工作台,使之产生毛刺、划痕等缺陷,这些缺陷会造成测量误差。并且目前大多数计量机构没有配备标准陶瓷量块,当采用钢量块作为标准时,这些缺陷反过来又会损伤标准量块。

　　比较测量时,仪器测帽以一定的力作用于量块表面,此时量块表面会产生一个弹性压陷,当标准量块和被测量块材料相同时,其弹性模数和表面硬度相同,在标准量块和被测量块表面产生的压陷深度相同时,这一影响可以忽略不计。以钢量块作为标准测量陶瓷量块时,由于两者的材料不同,弹性模数相差非常大,其压陷量也不相同,从而产生测量误差;另外,陶瓷量块的膨胀系数为9×10-6℃-1,钢量块的膨胀系数为11·5×10-6℃-1,当实验室温度偏离20℃,采用钢量块作为标准,如果不进行温度修正,也会造成测量误差。

　　所以,采用比较法测量陶瓷量块长度时,应采用陶瓷量块作为标准,同时配以陶瓷材料制成的带筋工作台。

　　2　陶瓷量块长度的直接测量

　　陶瓷量块因材料的特殊性,它的微观结构中分布着许多极微细的气孔,容易排除空气达到很好的研合效果。对于二等以上的陶瓷量块,通常采用柯氏干涉仪直接测量陶瓷量块长度。采用柯氏干涉仪测量量块的长度,由于研合平晶一般为玻璃平晶,需要对材料差异进行修正。材料差异修正值(修正量C3)与量块材料、表面粗糙度、研合质量等特性密切相关,要准确测得陶瓷量块的长度,不能采用钢量块和玻璃平晶研合时的修正量C3,要通过实验的方法确定陶瓷与玻璃的修正量C3。

　　陶瓷量块研合在玻璃平晶上时,其研合厚度t2与陶瓷量块研合在陶瓷平板上的研合厚度t1是不相同的,光在不同材料表面反射时,会产生位相跳跃,设其引起的测量误差为N,则用柯氏干涉仪测量陶瓷量块长度时的修正量C3=N+t1-t2。修正系数C3的测量方法如图1(a)所示,用两个标称尺寸相同的陶瓷量块的工作面作为基面,两块量块工作面的平面性要求小于0·015μm,将相同尺寸的陶瓷量块和玻璃量块并排地研合在这两块量块的工作表面。将该组合体倒置于柯氏干涉仪工作台上,如图1 (b)所示,用黄光观察,陶瓷量块低于研合面的光学距离为t1+N,而玻璃量块低于研合面的距离为t2,故它使我们看到在陶瓷量块和玻璃量块上有两组相互平行的干涉带。由于研合厚度的差别及光在陶瓷量块表面的位相跳跃,使两组干涉带中间的黑干涉带有一个位移,如图2所示。按干涉带间隔的小数值读数,设为x,则修正系数C3为