一種檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法

2023-04-30 00:34:21 9

專利名稱：一種檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法
技術領域：
本發明涉及一種檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法，屬於
計量測試技術領域。
背景技術：
根據國家計量檢定規程JJG929-1998《數顯測高儀》的規定，在對數顯測高儀進行 檢定或校準時，需要將量塊(檢定或校準使用的標準器)和被檢儀器一起，進行等溫一定時 間後，再進行檢定或校準。對於最大允許誤差(MPE)不超過(3+L/300) ii m的儀器，需要放 在環境溫度(20士irC、溫度變化每小時不超過0. 5t:的室內，等溫12小時以上；對於最大 允許誤差(MPE)超過(3+L/300) iim的儀器，需要放在環境溫度(20±2) °C 、溫度變化每小時 不超過0. 5t:的室內，等溫12小時以上。 由於國家計量檢定規程中未明確規定以何種方式對量塊和被檢儀器進行等溫，在 對數顯測高儀進行檢定或校準時，通常的做法是將量塊和儀器放置在同一塊基準平板(一 般為00級花崗石平板)上進行等溫，基準平板既是儀器在進行測量時的基準，也是對儀 器進行檢定或校準的基準。現有數顯測高儀最大的測量範圍是1500mm，可以在以基準平 板工作面為零點至垂直向上1500mm的範圍內進行測量，而常用的數顯測高儀測量範圍為 600-1000mm。儘管在對數顯測高儀進行檢定或校準時將量塊和儀器放在一起等溫，但由於 現有的做法是將量塊橫平放置在花崗石平板上，使得量塊與被檢定或校準儀器在垂直方向 上形成較大的高差；在普通的實驗室中，1000mm垂直方向上存在0. 3_0. 5°C的溫度梯度或 更高；在車間裡，1000mm垂直方向上的溫度梯度則更是高達O. 5_1. (TC以上，而且車間的溫 度很難保證在(20士2)t:範圍內；由此導致量塊與儀器之間形成一定的溫差，這種溫差往 往會給儀器檢定或校準帶來較大的測量誤差，嚴重影響檢定或校準結果的可靠性。
目前，檢定或校準的數顯測高儀基本都是瑞士和日本、德國等國生產的，儀器的最 大允許誤差(MPE) —般為(3+L/150)踐-(2+L/600) ym，有的儀器則達到(1. 2+L/1000) P m[L為測量高度，單位為mm]。在檢定或校準1000mm時，按(3+L/150) y m公式計算，儀器 的MPE為9. 7 ii m ;按(3+L/300) y m公式計算，儀器的MPE為6. 3 y m ;若按(1. 4+L/400) y m 公式計算，則儀器的MPE為3. 9 ii m。假設量塊等溫後的溫度為20°C ，由於溫度梯度的存在， 數顯測高儀在不同高度的部分具有不同的溫度，若1000mm位置時的溫度為2rC，此時以溫 差中值0.5tH十算[量塊的線膨脹係數ci =-11.5X10—6/t:，儀器(玻璃光柵尺)的線膨 脹係數a = 10.0X10—6/°C ]，造成的測量誤差可達到5 iim。可見，對於MPE為(3+L/150) ii m的儀器，溫差引起的測量誤差就為MPE的52%;對於MPE為(3+L/300) y m的儀器，溫差 引起的測量誤差就為MPE的79%，對於MPE為(1. 4+L/400) y m的儀器，溫差引起的測量誤 差已為MPE的128%。 通常情況下，環境溫度偏離(20±1) t:或(20±2) °C [針對不同的儀器]越多，溫 差引起的測量誤差相對於儀器的MPE就越大。由此可見，即使是在環境溫度符合規定要求的情況下，也不一定能滿足儀器檢定或校準的要求，因為此時垂直方向上的溫度梯度引入 的測量誤差已經大大影響了檢定或校準結果。這樣一來，檢定和校準的結果不但不能真實 反映儀器的測量誤差，而且容易造成被檢定或被校準儀器的誤判。 為了解決垂直溫差帶來檢定或校準結果不可靠的問題，檢定或校準只能在規定的 環境溫度要求[(20士l)t:或(20±2)°C ]，且豎直溫度梯度小於(0. 1-0. 4) °C /m的實驗室 進行。對於MPE為(1.4+L/400) iim儀器，只有豎直溫度梯度小於O. rC/m才能滿足檢定或 校準的要求；即使是對於MPE為(3+L/150) iim儀器，豎直溫度梯度也不能超過O. 4°C /m，才 能滿足檢定或校準的要求。而現實情況是，這種實驗室很少，一般的實驗室都達不到，車間 裡就更難達到要求。

發明內容
本發明的目的，是為了儘量減小被檢儀器和標準器之間的溫差對檢定或校準結果
帶來的影響，提供一種在檢定或校準數顯測高儀示值誤差時，對檢定或校準環境要求低、能
使檢定或校準結果真實反映儀器的示值誤差狀況的量塊直立等溫測量方法。 本發明檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法，是在實驗室或
車間，將數顯測高儀放置在花崗石板基準平板上，然後根據被檢或校準數顯測高儀的測量
範圍選擇相應尺寸的量塊(國家計量檢定規程規定的標準量塊，如50mm-1000mm的標準量
塊)，通過量塊直立等溫裝置，將量塊緊靠數顯測高儀直立放置在基準平板上、與數顯測高
儀同步等溫到兩者在同等高度的溫差小於0. 1-0. 2t:，再按國家計量檢定規程規定的方法，
對儀器的示值誤差進行檢定或校準。 本發明所用量塊直立等溫裝置是一種垂直底邊平行開有多條量塊槽、能在槽中放 置標準量塊並使其呈直立狀態的矩形塊狀結構或柱狀結構裝置(根據實際需要，可以是矩 形塊狀結構、或圓柱形、方柱形結構等)，其上部可為平邊或斜邊結構(採用斜邊結構可減 輕整個裝置重量)，塊狀或柱狀結構的底部還可有突出的支座，以提高裝置的穩定性(大小 可根據裝置材料和實際需要確定，使整個裝置在放置量塊後可以保持穩定即可)。量塊槽的 數量為5-15條，可根據實際需要確定，能夠滿足同時放置常用標準量塊的需要即可；量塊 槽的寬度為9. 2-10mm，可根據實際需要確定，略大於標準量塊橫截面厚度、能保證量塊穩定 地直立放置和方便取放即可；量塊槽的深度為5-25mm，可根據實際需要確定，能保證量塊 穩定直立即可。量塊直立等溫裝置和量塊槽的高度根據實際需要確定，能保證量塊穩定直 立即可(如，上部為平邊結構時，量塊直立等溫裝置和量塊槽的高度可為300-500mm ;上部 為斜邊結構時，高邊高度可為300-500mm、低邊高度可為30-50mm)。量塊直立等溫裝置可用 花崗石板、或鋼鐵、鋁合金、塑料等其他材料製成，能保證量塊直立放置的穩定性即可。
由於本發明將量塊和儀器一起直立等溫，處於同一豎直的溫度環境中，在等溫時 間達到一定時間(不少於12小時)後，兩者的溫差可以降得很小(一般可小於O. 1-0. 2°C， 可採用在儀器和量塊測量範圍的上下兩端放置貼附溫度計的方法，來監控等溫情況)，只要 實驗室或車間的環境溫度在(20士l)t:或(20±2)°C [針對不同的儀器]，溫度變化每小時 不超過0.5t:，就能方便地在現場進行儀器的檢定或校準。即使在環境溫度超過(20±1)°C 或(20士2rC的情況下，只要溫度變化每小時不超過0.5t:，仍然可以用本方法對儀器進行 校準，從而反映儀器在現場工作時的實際測量誤差狀況，正確地指導使用儀器進行測量、評估測量結果和通過測量結果指導生產加工工藝。 由於標準量塊最長為lm，而它的端面面積只有0. 035mX0. 009m，在這樣小的端面 上要將量塊自然直立，顯然穩定性極差，量塊很容易傾倒而導致報廢。而採用本方法的量塊 直立裝置，可以方便地將量塊緊靠被檢或校準儀器直立放置，實現與儀器在相同環境下的 垂直同步等溫，有效防止量塊傾倒報廢。 在我國，數顯測高儀普遍在車間裡使用，雖然儀器在符合要求的實驗室檢定合格， 但由於車間和實驗室環境溫度不同，往往需要在現場進行校準。採用本方法在車間對儀器 進行校準時，只需將量塊和等溫裝置緊挨著儀器放置直立等溫，兩者的溫差就可以降到允 許的範圍內。這樣，不僅對檢定或校準環境要求低、同時可反映儀器在現場工作時的實際測 量誤差狀況。這對於正確地指導使用儀器進行測量、評估測量結果和通過測量結果指導生 產加工工藝都具有特別重要的意義。 此外，本發明的量塊直立等溫裝置還具有結構簡單、成本低廉，在檢定或校準時取 放量塊方便快捷等優點。


下面結合附1是本發明圖2是本發明圖3是本發明圖4是本發明圖5是本發明圖6是本發明圖7是本發明
進一步說明。
實施例一側視示意圖
實施例一主視示意圖
實施例一俯視示意圖
實施例二主視示意圖
實施例二俯視示意圖
實施例四主視示意圖
實施例四俯視示意圖
具體實施例方式
實施例一 校準MPE為(3+L/300) y m的1000mm測高儀。在實驗室中，將被校儀 器放置在00級花崗石基準平板上，然後根據被校測高儀的測量範圍，選擇50mm、150mm、 300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm的10塊標準量塊，把量塊放入量 塊直立等溫裝置量塊槽中，通過量塊直立等溫裝置，將10塊標準量塊緊靠數顯測高儀直立
放置在基準平板上、與數顯測高儀同步等溫到兩者在同等高度的溫差小於o.2t:時，再按國
家計量檢定規程規定的方法，對儀器的示值誤差進行校準。 如圖1、2、3所示，檢測中使用的量塊直立等溫裝置，是一種垂直底邊平行開有10 條量塊槽、能在槽中放置標準量塊並使其呈直立狀態的矩形塊狀結構裝置(其上部為斜邊 結構，高邊高度為500mm、低邊高度為50mm)，量塊槽的寬度為9. 5mm、深度為10mm。整個裝 置用花崗石材料製成，厚70mm、寬420mm，具有一定的自重，能保證在等溫時量塊穩定地直 立不會傾倒；同時，花崗石日常不需做防鏽處理，維護保養方便。 本校準測量中，根據量塊的線膨脹係數a = 11. 5+*10—7 °C ，由於儀器Omm到 1000mm之間的溫差為0. 9度，測量現場0mm向上至1000mm範圍內的溫度梯度基本是 線性分布的，溫差中值以0.45t:計算，校準點1000mm處兩種測量方法的差異值A =
5a X0. 45X1000/1000 = 5. 0 y m ;同理，可算出校準點300mm處溫差中值為0. 14。C，兩種測 量方法的差異值A = a XO. 14X300/1000 = 0. 5 iim;校準點600mm處溫差中值為0. 27°C， 兩種測量方法的差異值A = a XO. 27X600/1000 = 1.8iim。 採用上述量塊直立等溫測量方法，與傳統量塊橫放等溫測量方法，對一臺瑞士 TRIMOS公司生產的TVA1000型數顯測高儀(分辨力為1 P m)的示值誤差進行校準，並進行
了理論分析計算，所得數據比較如下
量塊直立等溫測量量塊橫放等溫測量兩種測量 方法結果 的差異值理論分析計算 的差異值
條件儀器和量塊底部溫 度(O醒處)18.6。C，底部 向上1000mm處溫度 19. 5°C條件儀器底部和量塊溫 度(Omm處)18.6。C，底部 向上1000 mm處溫度 19. 5°C校準點(mm)誤差(Mm)校準點(咖)誤差(Wn)5 (Mm)△ (Mm)
300+2300+110.5
600-3600-521.8
1000-21000-755.0 從實際的測量結果和理論分析計算結果都比較吻合來看，量塊直立等溫測量方法 明顯優於現行量塊橫放等溫測量方法，檢測或校準更加科學和準確，它能反映出儀器示值 誤差在不同環境溫度測量現場的實際情況，無論是用於數顯測高儀的檢定或者是用於校準 都是實用和可行的。 實施例二 檢定MPE為(2+L/300) y m的800mm測高儀。在實驗室中，將被檢測 高儀放置在00級花崗石板基準平板上，然後根據被檢數顯測高儀的測量範圍，選擇50mm、 150mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm的8塊標準量塊，把量塊放入量塊直立等 溫裝置量塊槽中，通過量塊直立等溫裝置，將8塊標準量塊緊靠數顯測高儀直立放置在基 準平板上、與數顯測高儀同步等溫到兩者在同等高度的溫差小於0. 15t:時，再按國家計量 檢定規程規定的方法，對儀器的示值誤差進行檢定。 如圖4、5所示，檢測中使用的量塊直立等溫裝置，是一種垂直底邊平行開有8條量 塊槽、能在槽中放置標準量塊並使其呈直立狀態的方柱狀結構裝置(其上部為平邊結構)， 量塊槽的寬度為10mm、深度為25mm、高度為400mm。裝置上部方柱狀結構用工程塑料製成， 長和寬為100mm、高為400mm;裝置底部有一直徑280mm、厚20mm的突出底座，用鋼材製成； 整個裝置能保證在等溫時量塊穩定地直立不會傾倒。 實施例三校準MPE為(1. 4+L/400) y m的1000mm測高儀。在車間裡，將被校準 測高儀放置在00級花崗石板基準平板上，然後根據被校準數顯測高儀的測量範圍，選擇 50mm、100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、250mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、 900mm、1000mm的15塊標準量塊，把量塊放入量塊直立等溫裝置量塊槽中，通過量塊直立等 溫裝置，將15塊標準量塊緊靠數顯測高儀直立放置在基準平板上、與數顯測高儀同步等溫
到兩者在同等高度的溫差小於o. rc時，再按國家計量檢定規程規定的方法，對儀器的示值
誤差進行校準。
6
檢測中使用的量塊直立等溫裝置，是一種垂直底邊平行開有15條量塊槽、能在槽 中放置標準量塊並使其呈直立狀態的圓柱狀結構裝置(其上部為平邊結構)，量塊槽的寬 度為9. 8mm、深度為15mm、高度為450mm。裝置上部圓柱狀結構用鋁合金製成，直徑150mm、 高為450mm;裝置底部有一直徑250mm、厚15mm的突出底座，用鋼材製成；整個裝置能保證 在等溫時量塊穩定地直立不會傾倒。 實施例四檢定MPE為(3+L/150) P m的500mm測高儀。在實驗室中，將被檢數顯測 高儀放置在00級花崗石板基準平板上，然後根據被檢數顯測高儀的測量範圍，選擇50mm、 150mm、300mm、4000mm、500mm的5塊標準量塊，把量塊放入量塊直立等溫裝置量塊槽中，通 過量塊直立等溫裝置，將5塊標準量塊緊靠數顯測高儀直立放置在基準平板上、與數顯測
高儀同步等溫到兩者在同等高度的溫差小於o.4t:時，再按國家計量檢定規程規定的方法，
對儀器的示值誤差進行檢定。 如圖6、7所示，檢測中使用的量塊直立等溫裝置，是一種垂直底邊平行開有5條 量塊槽、能在槽中放置標準量塊並使其呈直立狀態的矩形塊狀結構裝置(其上部為平邊結 構)，量塊槽的寬度為9. 2mm、深度為5mm、高度為300mm。整個裝置用鑄鐵製成，厚50mm、寬 200mm、高300mm，具有一定的自重，能保證在等溫時量塊穩定地直立不會傾倒。
權利要求
一種檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法，在實驗室或車間，將量塊與數顯測高儀同步等溫一定時間後，用標準量塊對儀器的示值誤差進行檢定或校準，其特徵是將數顯測高儀放置在基準平板上，然後根據被檢或校準數顯測高儀的測量範圍選擇相應尺寸的量塊，將量塊緊靠數顯測高儀直立放置在基準平板上、與數顯測高儀同步等溫到兩者溫差小於一定值後，再按國家計量檢定規程規定的方法進行儀器示值誤差的檢定或校準。
2. 根據權利要求1所述的檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法， 其特徵是量塊通過量塊直立等溫裝置保持直立狀態，並緊靠數顯測高儀同步進行直立等溫，直到兩者在同等高度的溫差小於o. l-o.2t:，再按國家計量檢定規程規定的方法，對儀器的示值誤差進行檢定或校準。
3. 根據權利要求1或2所述的檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方 法，其特徵是所用量塊直立等溫裝置是一種垂直底邊平行開有多條量塊槽、能在槽中放置 標準計量測試量塊並使其呈直立狀態的矩形塊狀結構或柱狀結構裝置。
4. 根據權利要求3所述的檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法， 其特徵是量塊直立等溫裝置的上部可為平邊或斜邊結構，其塊狀或柱狀結構裝置的底部還 可有突出的支座。
5. 根據權利要求3所述的檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法， 其特徵是量塊直立等溫裝置上的量塊槽數量為5-15條、寬度為9. 2-10mm、深度為10-25mm。
6. 根據權利要求4所述的檢定或校準數顯測高儀示值誤差的量塊直立等溫測量方法， 其特徵是量塊直立等溫裝置上的量塊槽數量為5-15條、寬度為9. 2-10mm、深度為5-25mm。
全文摘要
本發明涉及一種計量測試量塊直立等溫測量方法，屬於計量測試技術領域。將被檢或校準儀器放在實驗室或車間的基準平板上，然後根據測量範圍選擇相應尺寸的量塊放入量塊直立等溫裝置中，並緊靠被檢儀器直立放置在基準平板上，與被檢儀器一起直立等溫到兩者溫差小於允許值後，再按國家計量檢定規程規定的方法進行儀器檢定或校準。所用量塊直立等溫裝置是一種垂直底邊平行開有多條量塊槽、能在槽中放置計量測試標準量塊並使其呈直立狀態的矩形塊狀結構或柱狀結構裝置。採用本方法可使量塊和被檢儀器儘可能處於同一豎直溫場中，不僅可以降低對檢定或校準溫度環境的要求，而且可以提高檢定或校準結果的可靠性，還具有結構簡單、成本低廉、方便快捷、實用有效等優點。
文檔編號G01B5/02GK101769705SQ20101010822
公開日2010年7月7日 申請日期2010年2月10日 優先權日2010年2月10日
發明者王振軍, 陳明 申請人:雲南省計量測試技術研究院