分析溫度條件在光面環(huán)規(guī)直徑測量中的影響

鄒丹

摘 要：在環(huán)規(guī)直徑測量中，具有很多的不確定度，會對測量結果造成一定的影響。針對這種情況，文章通過對環(huán)規(guī)直徑測量中不確定度的評定，分析了溫度條件在光面環(huán)規(guī)直徑測量中的影響，并對改進溫度條件，提升測量精準度的方法進行了闡述和探討。

關鍵詞：溫度條件；光面環(huán)規(guī)直徑測量；影響

在社會的發(fā)展過程中，量具一直都占據著重要的地位，發(fā)揮著不容忽視的作用，從商品市場上使用的稱量器具，到科學研究中應用的精密檢測設備，都屬于量具的范疇。如果量具的精準度出現問題，輕則會導致買賣雙方的糾紛，重則影響科學研究的順利進行，甚至產生難以估量的后果。例如，在發(fā)射火箭時，如果量具精準度出現問題，導致軌道計算出現細微偏差，火箭也許就會偏離預定軌道，造成發(fā)射失敗，所謂的“謬之毫厘，失之千里”，不外如是。針對這種情況，需要對量具進行校準，環(huán)規(guī)的作用也正是如此。

1 環(huán)規(guī)概述

環(huán)規(guī)，也稱校正環(huán)規(guī)，是一種具有特定尺寸和屬性的圓環(huán)，主要用來對量具的不足進行校正。通常情況下，環(huán)規(guī)多由高品質的合金鋼制作而成，非常堅固，而且可以確保質量，提高磨損壽命。

按照外觀進行劃分，環(huán)規(guī)可以分為光面環(huán)規(guī)（光環(huán)規(guī)）、螺紋環(huán)規(guī)、平行螺紋環(huán)規(guī)等。

按照用途以及制造標準劃分，可以分為標準環(huán)規(guī)、SK標準環(huán)規(guī)、管用環(huán)規(guī)、德國標準環(huán)規(guī)等。

按照制造材料劃分，也包括陶瓷環(huán)規(guī)和金屬環(huán)規(guī)等，但是由于陶瓷環(huán)規(guī)易損壞，現在市場上的環(huán)規(guī)大都是金屬環(huán)規(guī)。

需要注意的是，一般情況下，環(huán)規(guī)都是和量具配合使用，并不會獨立使用。

2 光面環(huán)規(guī)直徑測量的方法

對光面環(huán)規(guī)的直徑進行測量時，一般需要準備一些相應的測量設備，如測長機、標準環(huán)規(guī)等，由于這里需要對溫度條件在測量中的影響進行分析，還需要準備相應的測溫計。光面環(huán)規(guī)直徑的測量方法包括直接測量和比較測量，這里主要針對比較測量法進行分析和簡單介紹。

首先，準備好相應的測量環(huán)境，確保測量人員不會受到周邊環(huán)境的影響，安置好測長機，并將已知尺寸且經過上一級校準機構檢定過的？準50mm標準環(huán)規(guī)安放在測長機的工作臺上。其次，將測長機的兩個測鉤鉤在環(huán)規(guī)的中截面直徑上，并對其進行相應的調整，確保其刻線方向保持一致，并找出最大值和最小值（也就是通常所說的找拐點），按照規(guī)范的測量方法，測量3次，取結果的平均值作為標準直徑尺寸，盡可能減少測量誤差。然后，將標準環(huán)規(guī)取下，以同樣的方式，對被測環(huán)規(guī)進行測量，得到相應的數值。最后，將被測環(huán)規(guī)的測量數值與標準環(huán)規(guī)的測量數值進行比較和修正，得出的最終結果，就是光面環(huán)規(guī)的實測直徑。

3 測量結果的不確定度評定

在得出光面環(huán)規(guī)的實測直徑后，要按照《JJF1130-2005幾何量測量設備校準中的不確定度評定指南》，對測量結果的不確定度進行評定，分析其中存在的影響因素，從而進一步提升結果的準確性。

3.1 任務和目標的不確定度

3.1.1 測量任務。以？準50mm的光面環(huán)規(guī)為例，在環(huán)規(guī)水平高度的中間位置，沿直徑方向的刻線位置進行測量工作。

3.1.2 目標不確定度。結合實際情況，以測量任務分析目標不確定度，為UT=1.0？滋m。

3.1.3 測量方法。測量方法與之前提到的測量方法保持一致，采用比較測量法。

3.1.4 測量程序。測量程序同樣與上述測量方法保持一致，這里不再贅述。

3.1.5 初始測量條件。為了確保測量和分析的精準度，要對初始測量條件進行嚴格控制，需要滿足以下幾個方面的內容：

（1）使用的測長機必須切實符合生產廠家的技術指標，為合格產品，刻度清晰準確。

（2）在相對密封的實驗室中進行測量，保持室溫在（20±1）℃，避免溫度出現較大的上下波動。

（3）測長機和環(huán)規(guī)均屬鋼制品，兩者之間的熱傳遞穩(wěn)定。

（4）被測環(huán)規(guī)與標準環(huán)規(guī)要按照完全一致的標準進行存放，確保兩者之間的溫度差不大于1℃。

（5）測量人員經過專業(yè)的培訓，具備專業(yè)的測量知識，能夠熟練操作測長機。

3.1.6 不確定度分量的計算

（1）標準環(huán)規(guī)，其不確定度分量由校準證書給出，以u1表示。通過環(huán)規(guī)附帶的校準證書，可以得出標準環(huán)規(guī)直徑測量中的不確定度為

U=0.5？滋m，k=2

（2）測長機光學計示值誤差，其不確定度分量由B類評定標準給出。按照相應的規(guī)程，測長機光學計示值誤差為±0.25？滋m。同時標準環(huán)規(guī)與被測環(huán)規(guī)之間的直徑差，也可以說是測量距離L≤1mm，這種情況下a=0.5？滋m，為了確保測量安全，設其為矩形分布（b=0.6），則

u2=0.25？滋m×0.6=0.15？滋m

（3）測量重復性，以u3表示，其不確定度分量由A類評定標準給出。通過對被測環(huán)規(guī)和標準環(huán)規(guī)直徑差的測量重復性研究，可以得出標準偏差為0.50？滋m，取3次測量的平均值作為實測直徑值，并假設服從矩形分布，則不確定度分量為

u3=0.50×0.6=0.30？滋m

（4）被測環(huán)規(guī)與標準環(huán)規(guī)的溫度差不大于1℃，假定兩者的線膨脹系數均為（11.5±0.5）×10-6/℃，并假定其在該范圍內服從均勻分布（b=7），則u4=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7=0.4？滋m

（5）膨脹系數差，其不確定分量以u5表示，由B類評定給出。如果被測環(huán)規(guī)在測量時，室溫發(fā)生變化，并且與標準溫度20℃的偏差值大于1℃，假定其與標準環(huán)規(guī)之間的線膨脹系數差小于10%，且服從U形分布（b=0.7），則

u5=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7×10%=0.04？滋m

（6）被測環(huán)規(guī)的圓度，即形狀誤差，由于僅僅測量規(guī)定方向上的直徑，所以環(huán)規(guī)的圓度對于測量結果影響較小，可以忽略不計，則u6=0。

3.2 合成標準不確定度和擴展不確定度

對以上各個不確定分量進行分析，認為其相互之間并不存在相關性，則合成標準不確定度為

將之前計算得出的相關數值帶入，則可以得出u=0.58？滋m

擴展不確定度U=u×k=1.16？滋m>UT=1.0？滋m

從上述結果可以看出，其并不滿足判據U≤UT，對各個不確定分量進行分析，可以發(fā)現，被測環(huán)規(guī)與標準環(huán)規(guī)之間的溫度差引入的不確定分量，對于合成標準不確定分量的影響較大。因此，減少兩個環(huán)規(guī)之間的溫度差，可以有效減少環(huán)規(guī)直徑測量中的不確定度。對溫度條件的改變，可以通過以下方法實現：

（1）強化溫度控制，提高溫度控制系統(tǒng)（如空調系統(tǒng)等）的準確度和靈敏度，使得溫度條件更加穩(wěn)定。

（2）對溫度的平衡狀態(tài)進行改進，使得環(huán)規(guī)擁有充足的等溫時間，從而盡可能減小溫度差。

（3）采取相應的隔熱措施，減少操作人員體溫對于環(huán)規(guī)的影響。

通過這樣的方式，可以有效減少被測環(huán)規(guī)與標準環(huán)規(guī)之間的溫度差，將1℃改為0.5℃，重新進行計算，則合成標準不確定度為u=0.50？滋m，擴展標準不確定度U=1.0？滋m=UT，滿足判據U≤UT。

4 結束語

綜上所述，在對光面環(huán)規(guī)的直徑進行測量時，需要對實驗室的溫度條件進行嚴格控制，確保其溫度波動的幅度在合理范圍內，同時使標準環(huán)規(guī)和被測環(huán)規(guī)充分等溫，消除相互之間的溫度差，從而溫度帶來的不確定因素，確保測量結果的準確性和可靠性。

參考文獻

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