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【摘要】 在JJG 146—2011《量块》检定规程中，根据量块长度的测量方法给出了被测量块在标准温度（20 ℃）时的长度偏差计算公式。本文对使用光波干涉仪直接测量小尺寸二等量块长度时，被测量块及其附近空气的温度变化对测量结果的影响进行了分析，探讨了使测量结果更加可靠的途径。
【关键词】 温度变化;长度偏差;二等量块
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.009
Influence of Second Class Gauge Blocks’ Measured Results Due to Temperature Changing
HAN Qiao-chu
（Liaoning Institute of Metrology，shenyang 110036，China）
Abstract： In the verification regulation of JJG 146—2011 Gauge Blocks，the formula of how to calculate the length deviation at the standard temperature（20 ℃）based on the gauge blocks length measured method. In this paper，the influence of temperature changing by testing gauge blocks and air nearby are analysis when using optical interferometer detecting second class gauge blocks to make the results more reliable.
Key words： temperature change;length deviation second;gauge block
1 引言
量块是一种高精度的端面量具，其长度通常被用作检定计量器具的标准。随着我国现代机械工业的不断发展和精密加工能力的不断提升，对量块的检定提出了更高的要求。现阶段，二等量块在计量技术机构和大型企业中的使用日益广泛。因此，二等量块长度的测量结果是否可靠成为一个备受关注的问题。
在二等量块长度测量的过程中，影响测量结果的因素有很多，如被测量块温度、被测量块附近空气温度、大气压力、湿度等。JJG 146—2011《量块》检定规程中要求测量结果为在标准条件（量块温度20 ℃，大气压力101.325 kPa）下的值。虽然在进行量块长度测量时都会严格控制室内温度，但受种种因素制约，很难做到每次测量都在标准条件下进行。因此，有必要根据实际测量条件对测量结果进行修正。本文对使用光波干涉仪直接测量小尺寸二等量块长度时，被测量块及其附近空气的温度变化对测量结果的影响进行分析。
2 二等量块测量过程中的温度测量
用柯氏干涉仪直接测量量块长度时，首先应将被测量块的一个测量面与符合量块检定规程中要求的平面平晶研合，将研合好的组合体放置在干涉仪的工作台上，并缓慢移动到测量位置。在仪器的保温箱内配备有两支构造特殊的专用水银温度计，分度值为0.02 ℃，测量范围为17～24 ℃。一支用于测量量块附近空气的温度，另一支（配有一限位片和微力的小拉簧）用于测量被测量块的温度。当被测量块安装完毕后，将温度计推离限位片，在小拉簧的微拉力作用下，温度计的感温泡轻轻贴附在量块的一个侧面。
量块安装好以后，保持保温箱的门处于打开状态，消除安装时手热带来的影响。当温度控制达到平衡、稳定且接近20 ℃时，关好保温箱的门并保持一定时间以后，在长度偏差测量之前，读取被测量块的温度[tg1]和被测量块附近保温箱内空气的温度[ta1]。在读取干涉条纹小数部分，测量完在该条件下对其标称长度的偏差值[C0]以后，再一次按量块的长度偏差测量之前的方法读取被测量块的温度[tg2]和被测量块附近保温箱内空气的温度[ta2]。
3 温度变化对测量结果影响的量化分析
3.1 建立模型
根据JJG 146-2011《量块》规程可知：用干涉条纹小数部分重合的方式直接测量被测量块在20 ℃时的长度偏差时，有两个修正量与温度有关，分别为测量长度时环境温度偏离标准状态所引入的修正量[C1]和由于被测量块温度偏离20 ℃所引入的修正量[C2]。
量块长度测量过程中，被测量块附近保温箱内的温度为：
[ta=（ta1+ta2）2] （1）
量块长度测量过程中，被测量块的温度为：
[tg=（tg1+tg2）2] （2）
测量长度时环境温度偏离标准状态所引入的修正量为：
[C1=K1×（ta-20）×l] （3）
被测量块温度偏离20 ℃所引入的修正量为：
[C2=α×（20-tg）×l] （4）
3.2 以100 mm二等量块为例进行量化分析
根据量块规程，取K[1]=0.930 [μm/℃]。由保温箱内空气温度波动所引起的修正量变化值为：
[ΔC1=K1（ta-20）l-K1（ta1-20）l=K1（ta2-ta12）l] （5）
当l=100 mm时，
[ΔC1=0.093×（ta2-ta12）] （6）
根据量块规程，取[α]=11.5[×]10-6 [℃-1]。由被测量块温度波动所引起的修正量变化值为：
[ΔC2=α（20-tg）l-α（tg1-20）l=α（tg1-tg22）l] （7）
當l=100 mm时，
[ΔC2=1.15×（tg1-tg22）] （8）
按二等检定量块的中心长度时，测量偏差的有效小数位数为0.01 μm。因此，在其他影响量保持不变的情况下，由于温度变化引起的修正量变化值应不大于0.01 μm。通过观察式（6）和式（8）可知保温箱内空气温度波动所引起的修正量变化值很小，被测量块温度波动所引起的修正量变化值为主要影响量。通过计算式（8）得到[tg1-tg2]≤0.02 [℃]。根据日常检定二等量块的经验，保温箱内空气温度波动应符合[tg1-tg2]≤0.04 [℃]。
4 结论
为了尽量减少温度变化对二等量块测量结果的影响，在测量光路处的箱内空气温度波动应小于0.04 ℃，被测量块温度波动应小于0.02 ℃。当温度变化超出允许范围时，应按照二等量块长度偏差测量方法重新测量，保证量值传递的准确可靠。
【参考文献】
[1] 陈巧巧，丘卉，黄万钧.二等量块检定装置概述[J].计量与测试技术，2019（2）：47-50+53.
[2] 何晓延，冯斐.柯氏干涉仪检定二等量块影响因素探讨[J].计量与测试技术，2010（10）：17+21.
[3] 姜振祥.温度对长度尺寸的误差影响[J].中国计量，2013（3）：87-88.
【作者简介】
韩翘楚，女，1989年出生，工程师，硕士，研究方向为长度计量。
【关键词】 温度变化;长度偏差;二等量块
【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.05.009
Influence of Second Class Gauge Blocks’ Measured Results Due to Temperature Changing
HAN Qiao-chu
（Liaoning Institute of Metrology，shenyang 110036，China）
Abstract： In the verification regulation of JJG 146—2011 Gauge Blocks，the formula of how to calculate the length deviation at the standard temperature（20 ℃）based on the gauge blocks length measured method. In this paper，the influence of temperature changing by testing gauge blocks and air nearby are analysis when using optical interferometer detecting second class gauge blocks to make the results more reliable.
Key words： temperature change;length deviation second;gauge block
1 引言
量块是一种高精度的端面量具，其长度通常被用作检定计量器具的标准。随着我国现代机械工业的不断发展和精密加工能力的不断提升，对量块的检定提出了更高的要求。现阶段，二等量块在计量技术机构和大型企业中的使用日益广泛。因此，二等量块长度的测量结果是否可靠成为一个备受关注的问题。
在二等量块长度测量的过程中，影响测量结果的因素有很多，如被测量块温度、被测量块附近空气温度、大气压力、湿度等。JJG 146—2011《量块》检定规程中要求测量结果为在标准条件（量块温度20 ℃，大气压力101.325 kPa）下的值。虽然在进行量块长度测量时都会严格控制室内温度，但受种种因素制约，很难做到每次测量都在标准条件下进行。因此，有必要根据实际测量条件对测量结果进行修正。本文对使用光波干涉仪直接测量小尺寸二等量块长度时，被测量块及其附近空气的温度变化对测量结果的影响进行分析。
2 二等量块测量过程中的温度测量
用柯氏干涉仪直接测量量块长度时，首先应将被测量块的一个测量面与符合量块检定规程中要求的平面平晶研合，将研合好的组合体放置在干涉仪的工作台上，并缓慢移动到测量位置。在仪器的保温箱内配备有两支构造特殊的专用水银温度计，分度值为0.02 ℃，测量范围为17～24 ℃。一支用于测量量块附近空气的温度，另一支（配有一限位片和微力的小拉簧）用于测量被测量块的温度。当被测量块安装完毕后，将温度计推离限位片，在小拉簧的微拉力作用下，温度计的感温泡轻轻贴附在量块的一个侧面。
量块安装好以后，保持保温箱的门处于打开状态，消除安装时手热带来的影响。当温度控制达到平衡、稳定且接近20 ℃时，关好保温箱的门并保持一定时间以后，在长度偏差测量之前，读取被测量块的温度[tg1]和被测量块附近保温箱内空气的温度[ta1]。在读取干涉条纹小数部分，测量完在该条件下对其标称长度的偏差值[C0]以后，再一次按量块的长度偏差测量之前的方法读取被测量块的温度[tg2]和被测量块附近保温箱内空气的温度[ta2]。
3 温度变化对测量结果影响的量化分析
3.1 建立模型
根据JJG 146-2011《量块》规程可知：用干涉条纹小数部分重合的方式直接测量被测量块在20 ℃时的长度偏差时，有两个修正量与温度有关，分别为测量长度时环境温度偏离标准状态所引入的修正量[C1]和由于被测量块温度偏离20 ℃所引入的修正量[C2]。
量块长度测量过程中，被测量块附近保温箱内的温度为：
[ta=（ta1+ta2）2] （1）
量块长度测量过程中，被测量块的温度为：
[tg=（tg1+tg2）2] （2）
测量长度时环境温度偏离标准状态所引入的修正量为：
[C1=K1×（ta-20）×l] （3）
被测量块温度偏离20 ℃所引入的修正量为：
[C2=α×（20-tg）×l] （4）
3.2 以100 mm二等量块为例进行量化分析
根据量块规程，取K[1]=0.930 [μm/℃]。由保温箱内空气温度波动所引起的修正量变化值为：
[ΔC1=K1（ta-20）l-K1（ta1-20）l=K1（ta2-ta12）l] （5）
当l=100 mm时，
[ΔC1=0.093×（ta2-ta12）] （6）
根据量块规程，取[α]=11.5[×]10-6 [℃-1]。由被测量块温度波动所引起的修正量变化值为：
[ΔC2=α（20-tg）l-α（tg1-20）l=α（tg1-tg22）l] （7）
當l=100 mm时，
[ΔC2=1.15×（tg1-tg22）] （8）
按二等检定量块的中心长度时，测量偏差的有效小数位数为0.01 μm。因此，在其他影响量保持不变的情况下，由于温度变化引起的修正量变化值应不大于0.01 μm。通过观察式（6）和式（8）可知保温箱内空气温度波动所引起的修正量变化值很小，被测量块温度波动所引起的修正量变化值为主要影响量。通过计算式（8）得到[tg1-tg2]≤0.02 [℃]。根据日常检定二等量块的经验，保温箱内空气温度波动应符合[tg1-tg2]≤0.04 [℃]。
4 结论
为了尽量减少温度变化对二等量块测量结果的影响，在测量光路处的箱内空气温度波动应小于0.04 ℃，被测量块温度波动应小于0.02 ℃。当温度变化超出允许范围时，应按照二等量块长度偏差测量方法重新测量，保证量值传递的准确可靠。
【参考文献】
[1] 陈巧巧，丘卉，黄万钧.二等量块检定装置概述[J].计量与测试技术，2019（2）：47-50+53.
[2] 何晓延，冯斐.柯氏干涉仪检定二等量块影响因素探讨[J].计量与测试技术，2010（10）：17+21.
[3] 姜振祥.温度对长度尺寸的误差影响[J].中国计量，2013（3）：87-88.
【作者简介】
韩翘楚，女，1989年出生，工程师，硕士，研究方向为长度计量。