陶瓷量塊的比較測量結果分析

【摘要】 量塊是長度計量領域最重要的標準器之一。本文通過建立用比較測量法測量被測量塊的長度偏差的模型，分析由于標準量塊和被測量塊材質特性不同所引起的誤差，以便必要時對測量結果進行修正。

【關鍵詞】 陶瓷量塊;誤差;線膨脹系數

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.04.009

Analysis of Ceramic Measuring Blocks Measurement Results Based on Comparative Measurement Method

HAN Qiao-chu

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： Gauge block is one of the most important standard appliances in the length measurement area. In this paper，a model is build up based on comparative measurement method to analysis the measured gauge blocks measurement error due to the different materials between the standard gauge blocks and measured gauge blocks. So that，when it is necessary one could modify the measurement results through this model.

Key words： ceramic measuring block;measurement error;linear expansion coefficient

1 概述

量塊是長度計量領域中最重要的標準器之一，其廣泛應用于長度量值傳遞系統中。因此，量塊的材質、檢定、使用、保養都會直接影響到計量器具、零件加工、機械制造的準確度。目前市場上使用的量塊多為鋼質材質，但是隨著機械加工業的不斷發展，對量塊要求也越來越高，鋼質量塊已經不能完全滿足行業需求。因此，陶瓷量塊進入了大眾的視野。由于陶瓷量塊的主要成分為氧化鋯（ZrO2），它具有耐腐蝕、耐磨損、穩定性好等特點，不需要通過特別的涂油、包裝來進行保存，所以給使用者帶來了很大的便利，在企業中得到了廣泛的使用。因此，有必要對陶瓷量塊的檢定加以重視。

在比較測量中，當采用鋼質量塊為基準檢定陶瓷量塊時，應充分考慮由線膨脹系數等材質特性的不同所引入的誤差，及時進行修正，不能將直接進行比較測量得到的等級結果作為被測陶瓷量塊的檢定結果。

2 材料特性

在機械制造、汽車等行業中，常常需要用量塊對鋼制零件進行精密測量。陶瓷量塊的不導磁、不導電等特性也為特殊環境下的使用提供了可行性。另外，鋼質量塊的原材料屬于塑性材料，而陶瓷屬于脆性材料，當這兩種量塊受到外力作用時產生的變形不盡相同。鋼質量塊可能會產生不易察覺的塑料變形，容易引起誤導操作;而陶瓷量塊僅會產生彈性變形，不會引起誤導。陶瓷和鋼這兩種材質的主要物理特性見表1。

3 建立測量模型

由于標準量塊和被測量塊的材質不同，被測量塊在20 ℃時的長度偏差除了需要考慮溫度偏離，還要考慮線膨脹系數和接觸變形，設被測量塊在20 ℃時的長度偏差為[e]，則：

[C2=δu+δd-δsu-δsd]

其中：[C1=[α（20-t）-αs（20-ts）]×ln]——測量時被測量塊溫度[t]和標準量塊溫度[ts]偏離20 ℃所引入的修正值;

[C2=δu+δd-δsu-δsd]——測量時被測量塊和標準量塊材質不同引起不同程度的接觸變形而引入的修正值。

以標稱值為100 mm的陶瓷量塊為例，分析由于材質不同所引入的修正值。將鋼質標準量塊和被測陶瓷量塊置于電腦量塊比較儀的帶筋工作臺上，經過足夠長的時間達到標準量塊與被測量塊溫度平衡后，進行比較測量。

3.1 環境溫度和線膨脹系數引起的測量誤差的修正

當實驗室的溫度為20.1 ℃時，根據表1中列出的物理性質，可得：

[C1=[α（20-t）-αs（20-ts）]×ln=0.02] μm

3.2 彈性模數引起的測量誤差的修正

通過比較測量法檢定量塊時，量塊由于自重和測力的影響，會在受力部位產生接觸變形。根據JJG 146-2011《量塊》檢定規程可知，[C2=δu+δd-δsu-δsd]，其中，

[δu=0.775×P2R1（1E1+1E2）23]

[δd=0.775×（P+ω）2R3（1E3+1E2）23]

[δsu=0.775×P2R1（1E1+1Es2）23]

[δsd=0.775×（P+ωs）2R3（1E3+1Es2）23]

當比較儀采用筋工作臺時，[R3=∞]，則[δd]和[δsd]的值為0，在這種情況下，[C2]可以表示為[C2=δu-δsu]。式中[δu]和[δsu]分別為比較儀上測頭與被測量塊和標準量塊朝上測量面之間接觸變形的量。根據表1可知，陶瓷和鋼的彈性模數相同，所以比較測量時，彈性變形的量相同，不影響檢定結果。

通過以上分析可知，該100 mm陶瓷量塊的修正值為[0.02] μm。同樣的方法可以分析出其他尺寸陶瓷量塊的修正值，根據實際情況，應對測量結果進行必要的修正。

4 結論

當標準量塊和被測量塊材質不同時，需要通過計算分析對測量結果進行必要的修正。以鋼質量塊為標準量塊，用比較測量的方法檢定陶瓷量塊時，必須考慮環境溫度和線膨脹系數的影響。由于陶瓷和鋼的彈性模數相同，彈性變形的影響可以忽略。

【參考文獻】

[1]??? 量塊：JJG 146-2011[S].

[2]??? 劉香斌，陳建軍，吳月艷，等.JJG 146-2011《量塊》檢定規程解讀[J].中國計量，2012（7）：124-125.

[3]??? 朱緯.比較測量中標準量塊與被測量塊材質不同時引起的誤差分析[J].上海計量測試，2014（6）：13-14+17.

[4]??? 張錫水，李志剛.陶瓷量塊的比較測量分析[J].計量技術，1998（6）：33-35.

[5]??? 孫曉莉.量塊材質特性比較[J].工業計量，2012（S1）：264-265.

【作者簡介】

韓翹楚（1989-），女，工程師，碩士，研究方向為長度計量。