探討三等金屬線紋尺測量誤差因素

黃秀麗

摘要：三等金屬線紋尺主要用于檢定水準標尺、鋼直尺以及準確度較低的線紋尺。目前，使用中的線紋尺多由黃銅、鋅白銅、不銹鋼等材料制成。

關鍵詞：三等金屬線紋尺;激光干涉法;比較檢定

0、引言

在傳統檢定中，多采用與二等金屬線紋尺進行比較的測量方法。隨著科技的發展，激光越來越多地被應用在線紋尺的檢定中。根據標準器選取和測量方式的不同，線紋尺的檢定方法可分為兩種形式：以激光干涉儀直接檢定和以二等金屬線紋尺比較檢定，直接檢定是以激光波長作為標準;比較檢定是以實物量具即二等金屬線紋尺作為標準。直接檢定由于其激光的光路必須與測量方向重合，因此只有一種安裝方式。而在比較檢定中，則可分為串聯縱動式和并聯縱動式兩種，其中串聯縱動式由于標準器與線紋尺刻度中心線的延長線重合。由導軌直線度誤差引起的測量誤差是二階誤差，因此，可以獲得精確的測量結果，符合阿貝原則。

由于線紋尺的檢定對環境的要求較高、檢定過程繁瑣、數據處理相對復雜。此外，還由于材料及運輸因素，在周期檢定中每年的數據都有差異，根據幾年來的工作心得，下面分別對采用兩種不同標準器對三等金屬線紋尺進行檢定的影響進行分析，并指出在檢定工作中應注意的事項。

一、線紋尺的比較檢定

誤差的主要來源有：（1）標準尺的檢定誤差;（2）顯微鏡的對準誤差及調整誤差;（3）線紋尺的安裝誤差;（4）標準尺與被檢尺溫度的測量誤差;（5）線紋尺材料線膨脹系數的測量誤差等。

在上述誤差主要來源中，兩尺溫度的測量誤差是各種誤差因素中最為顯著的，尤其是在線紋尺的溫度膨脹系數較大的情況下，若溫度測量稍不準確，就會帶來較大的測量誤差。

在采用比較法檢定線紋尺時，如標準尺的溫度為20.4℃，線膨脹系數為10.8×10-6℃-1，被檢尺的溫度為20.4℃，線膨脹系數為16.6×10-6℃-1，則相對于20℃時標準尺會增加4.32μm，被檢尺會增加9.96μm，可以通過計算消除這部分誤差，但如果使用的貼附式溫度計的不確定度為0.1℃，則會產生5.8μm的測量誤差。

在其他因素中，比如導軌直線度，如果在工作臺移動過程中在垂直內產生2″的傾斜，在水平方向產生5″傾斜，兩讀數顯微鏡的視軸距離為1100mm，則由此產生的測量誤差僅為0.4μm。可見相對于溫度比較，其對測量結果影響很小。

二、線紋尺的激光干涉法檢定

誤差來源主要有：（1）激光波長的檢定誤差及穩頻誤差;（2）測量折射率的誤差;（3）測量線紋尺溫度的誤差;（4）線紋尺的材料線膨脹系數誤差。

在激光干涉法檢定線紋尺時，實際上測得的是被測長度和所測波長的比值，由于激光給定的波長都是真空中的波長。

因此，在檢定時需要將真空中的波長換算為實際工作狀態下的波長，得到在測量狀態下的空氣折射率。空氣折射率與氣壓、溫度、濕度以及大氣成分有關，并且不同波長的激光在空氣中的折射率也不一樣，經過計算得到：

測量長度為1m時：

溫度Δt=0.1℃，ΔLt≈92nm

氣壓Δp=1Pa，ΔLp≈3nm

濕度Δf=1Pa，ΔLf≈0.4nm

此外，由于材質以及本身結構的原因，線紋尺在送檢及運輸過程中極易變形，從而產生誤差，雖然其為二次誤差，對測量結果影響不大，但由于三等金屬線紋尺的尺底平面度在測量過程中引起的刻線影像模糊，從而在主觀上產生的測量誤差也是在檢定工作中值得注意的問題。

三、結束語

通過以上分析，可以得出以下結論，無論是采用干涉儀絕對測量還是二等標準金屬線紋尺比較測量，環境溫度穩定和準確是保證測量結果可靠最重要的因素，而溫度對其測量結果影響的大小，又取決于線紋尺材料的膨脹系數。

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