专利名称：一种检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法
技术领域：
本发明涉及一种检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法，属于
计量测试技术领域。
背景技术：
根据国家计量检定规程JJG929-1998《数显测高仪》的规定，在对数显测高仪进行 检定或校准时，需要将量块(检定或校准使用的标准器)和被检仪器一起，进行等温一定时 间后，再进行检定或校准。对于最大允许误差(MPE)不超过(3+L/300) ii m的仪器，需要放 在环境温度(20士irC、温度变化每小时不超过0. 5t:的室内，等温12小时以上；对于最大 允许误差(MPE)超过(3+L/300) iim的仪器，需要放在环境温度(20±2) °C 、温度变化每小时 不超过0. 5t:的室内，等温12小时以上。 由于国家计量检定规程中未明确规定以何种方式对量块和被检仪器进行等温，在 对数显测高仪进行检定或校准时，通常的做法是将量块和仪器放置在同一块基准平板(一 般为00级花岗石平板)上进行等温，基准平板既是仪器在进行测量时的基准，也是对仪 器进行检定或校准的基准。现有数显测高仪最大的测量范围是1500mm，可以在以基准平 板工作面为零点至垂直向上1500mm的范围内进行测量，而常用的数显测高仪测量范围为 600-1000mm。尽管在对数显测高仪进行检定或校准时将量块和仪器放在一起等温，但由于 现有的做法是将量块横平放置在花岗石平板上，使得量块与被检定或校准仪器在垂直方向 上形成较大的高差；在普通的实验室中，1000mm垂直方向上存在0. 3_0. 5°C的温度梯度或 更高；在车间里，1000mm垂直方向上的温度梯度则更是高达O. 5_1. (TC以上，而且车间的温 度很难保证在(20士2)t:范围内；由此导致量块与仪器之间形成一定的温差，这种温差往 往会给仪器检定或校准带来较大的测量误差，严重影响检定或校准结果的可靠性。
目前，检定或校准的数显测高仪基本都是瑞士和日本、德国等国生产的，仪器的最 大允许误差(MPE) —般为(3+L/150)践-(2+L/600) ym，有的仪器则达到(1. 2+L/1000) P m[L为测量高度，单位为mm]。在检定或校准1000mm时，按(3+L/150) y m公式计算，仪器 的MPE为9. 7 ii m ;按(3+L/300) y m公式计算，仪器的MPE为6. 3 y m ;若按(1. 4+L/400) y m 公式计算，则仪器的MPE为3. 9 ii m。假设量块等温后的温度为20°C ，由于温度梯度的存在， 数显测高仪在不同高度的部分具有不同的温度，若1000mm位置时的温度为2rC，此时以温 差中值0.5tH十算[量块的线膨胀系数ci =-11.5X10—6/t:，仪器(玻璃光栅尺)的线膨 胀系数a = 10.0X10—6/°C ]，造成的测量误差可达到5 iim。可见，对于MPE为(3+L/150) ii m的仪器，温差引起的测量误差就为MPE的52%;对于MPE为(3+L/300) y m的仪器，温差 引起的测量误差就为MPE的79%，对于MPE为(1. 4+L/400) y m的仪器，温差引起的测量误 差已为MPE的128%。 通常情况下，环境温度偏离(20±1) t:或(20±2) °C [针对不同的仪器]越多，温 差引起的测量误差相对于仪器的MPE就越大。由此可见，即使是在环境温度符合规定要求的情况下，也不一定能满足仪器检定或校准的要求，因为此时垂直方向上的温度梯度引入 的测量误差已经大大影响了检定或校准结果。这样一来，检定和校准的结果不但不能真实 反映仪器的测量误差，而且容易造成被检定或被校准仪器的误判。 为了解决垂直温差带来检定或校准结果不可靠的问题，检定或校准只能在规定的 环境温度要求[(20士l)t:或(20±2)°C ]，且竖直温度梯度小于(0. 1-0. 4) °C /m的实验室 进行。对于MPE为(1.4+L/400) iim仪器，只有竖直温度梯度小于O. rC/m才能满足检定或 校准的要求；即使是对于MPE为(3+L/150) iim仪器，竖直温度梯度也不能超过O. 4°C /m，才 能满足检定或校准的要求。而现实情况是，这种实验室很少，一般的实验室都达不到，车间 里就更难达到要求。
发明内容
本发明的目的，是为了尽量减小被检仪器和标准器之间的温差对检定或校准结果
带来的影响，提供一种在检定或校准数显测高仪示值误差时，对检定或校准环境要求低、能
使检定或校准结果真实反映仪器的示值误差状况的量块直立等温测量方法。 本发明检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法，是在实验室或
车间，将数显测高仪放置在花岗石板基准平板上，然后根据被检或校准数显测高仪的测量
范围选择相应尺寸的量块(国家计量检定规程规定的标准量块，如50mm-1000mm的标准量
块)，通过量块直立等温装置，将量块紧靠数显测高仪直立放置在基准平板上、与数显测高
仪同步等温到两者在同等高度的温差小于0. 1-0. 2t:，再按国家计量检定规程规定的方法，
对仪器的示值误差进行检定或校准。 本发明所用量块直立等温装置是一种垂直底边平行开有多条量块槽、能在槽中放 置标准量块并使其呈直立状态的矩形块状结构或柱状结构装置(根据实际需要，可以是矩 形块状结构、或圆柱形、方柱形结构等)，其上部可为平边或斜边结构(采用斜边结构可减 轻整个装置重量)，块状或柱状结构的底部还可有突出的支座，以提高装置的稳定性(大小 可根据装置材料和实际需要确定，使整个装置在放置量块后可以保持稳定即可)。量块槽的 数量为5-15条，可根据实际需要确定，能够满足同时放置常用标准量块的需要即可；量块 槽的宽度为9. 2-10mm，可根据实际需要确定，略大于标准量块横截面厚度、能保证量块稳定 地直立放置和方便取放即可；量块槽的深度为5-25mm，可根据实际需要确定，能保证量块 稳定直立即可。量块直立等温装置和量块槽的高度根据实际需要确定，能保证量块稳定直 立即可(如，上部为平边结构时，量块直立等温装置和量块槽的高度可为300-500mm ;上部 为斜边结构时，高边高度可为300-500mm、低边高度可为30-50mm)。量块直立等温装置可用 花岗石板、或钢铁、铝合金、塑料等其他材料制成，能保证量块直立放置的稳定性即可。
由于本发明将量块和仪器一起直立等温，处于同一竖直的温度环境中，在等温时 间达到一定时间(不少于12小时)后，两者的温差可以降得很小(一般可小于O. 1-0. 2°C， 可采用在仪器和量块测量范围的上下两端放置贴附温度计的方法，来监控等温情况)，只要 实验室或车间的环境温度在(20士l)t:或(20±2)°C [针对不同的仪器]，温度变化每小时 不超过0.5t:，就能方便地在现场进行仪器的检定或校准。即使在环境温度超过(20±1)°C 或(20士2rC的情况下，只要温度变化每小时不超过0.5t:，仍然可以用本方法对仪器进行 校准，从而反映仪器在现场工作时的实际测量误差状况，正确地指导使用仪器进行测量、评估测量结果和通过测量结果指导生产加工工艺。 由于标准量块最长为lm，而它的端面面积只有0. 035mX0. 009m，在这样小的端面 上要将量块自然直立，显然稳定性极差，量块很容易倾倒而导致报废。而采用本方法的量块 直立装置，可以方便地将量块紧靠被检或校准仪器直立放置，实现与仪器在相同环境下的 垂直同步等温，有效防止量块倾倒报废。 在我国，数显测高仪普遍在车间里使用，虽然仪器在符合要求的实验室检定合格， 但由于车间和实验室环境温度不同，往往需要在现场进行校准。采用本方法在车间对仪器 进行校准时，只需将量块和等温装置紧挨着仪器放置直立等温，两者的温差就可以降到允 许的范围内。这样，不仅对检定或校准环境要求低、同时可反映仪器在现场工作时的实际测 量误差状况。这对于正确地指导使用仪器进行测量、评估测量结果和通过测量结果指导生 产加工工艺都具有特别重要的意义。 此外，本发明的量块直立等温装置还具有结构简单、成本低廉，在检定或校准时取 放量块方便快捷等优点。
下面结合附1是本发明图2是本发明图3是本发明图4是本发明图5是本发明图6是本发明图7是本发明
进一步说明。
实施例一侧视示意图
实施例一主视示意图
实施例一俯视示意图
实施例二主视示意图
实施例二俯视示意图
实施例四主视示意图
实施例四俯视示意图
具体实施例方式
实施例一 校准MPE为(3+L/300) y m的1000mm测高仪。在实验室中，将被校仪 器放置在00级花岗石基准平板上，然后根据被校测高仪的测量范围，选择50mm、150mm、 300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm、1000mm的10块标准量块，把量块放入量 块直立等温装置量块槽中，通过量块直立等温装置，将10块标准量块紧靠数显测高仪直立
放置在基准平板上、与数显测高仪同步等温到两者在同等高度的温差小于o.2t:时，再按国
家计量检定规程规定的方法，对仪器的示值误差进行校准。 如图1、2、3所示，检测中使用的量块直立等温装置，是一种垂直底边平行开有10 条量块槽、能在槽中放置标准量块并使其呈直立状态的矩形块状结构装置(其上部为斜边 结构，高边高度为500mm、低边高度为50mm)，量块槽的宽度为9. 5mm、深度为10mm。整个装 置用花岗石材料制成，厚70mm、宽420mm，具有一定的自重，能保证在等温时量块稳定地直 立不会倾倒；同时，花岗石日常不需做防锈处理，维护保养方便。 本校准测量中，根据量块的线膨胀系数a = 11. 5+*10—7 °C ，由于仪器Omm到 1000mm之间的温差为0. 9度，测量现场0mm向上至1000mm范围内的温度梯度基本是 线性分布的，温差中值以0.45t:计算，校准点1000mm处两种测量方法的差异值A =
5a X0. 45X1000/1000 = 5. 0 y m ;同理，可算出校准点300mm处温差中值为0. 14。C，两种测 量方法的差异值A = a XO. 14X300/1000 = 0. 5 iim;校准点600mm处温差中值为0. 27°C， 两种测量方法的差异值A = a XO. 27X600/1000 = 1.8iim。 采用上述量块直立等温测量方法，与传统量块横放等温测量方法，对一台瑞士 TRIMOS公司生产的TVA1000型数显测高仪(分辨力为1 P m)的示值误差进行校准，并进行
了理论分析计算，所得数据比较如下
量块直立等温测量量块横放等温测量两种测量 方法结果 的差异值理论分析计算 的差异值
条件仪器和量块底部温 度(O醒处)18.6。C，底部 向上1000mm处温度 19. 5°C条件仪器底部和量块温 度(Omm处)18.6。C，底部 向上1000 mm处温度 19. 5°C校准点(mm)误差(Mm)校准点(咖)误差(Wn)5 (Mm)△ (Mm)
300+2300+110.5
600-3600-521.8
1000-21000-755.0 从实际的测量结果和理论分析计算结果都比较吻合来看，量块直立等温测量方法 明显优于现行量块横放等温测量方法，检测或校准更加科学和准确，它能反映出仪器示值 误差在不同环境温度测量现场的实际情况，无论是用于数显测高仪的检定或者是用于校准 都是实用和可行的。 实施例二 检定MPE为(2+L/300) y m的800mm测高仪。在实验室中，将被检测 高仪放置在00级花岗石板基准平板上，然后根据被检数显测高仪的测量范围，选择50mm、 150mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm的8块标准量块，把量块放入量块直立等 温装置量块槽中，通过量块直立等温装置，将8块标准量块紧靠数显测高仪直立放置在基 准平板上、与数显测高仪同步等温到两者在同等高度的温差小于0. 15t:时，再按国家计量 检定规程规定的方法，对仪器的示值误差进行检定。 如图4、5所示，检测中使用的量块直立等温装置，是一种垂直底边平行开有8条量 块槽、能在槽中放置标准量块并使其呈直立状态的方柱状结构装置(其上部为平边结构)， 量块槽的宽度为10mm、深度为25mm、高度为400mm。装置上部方柱状结构用工程塑料制成， 长和宽为100mm、高为400mm;装置底部有一直径280mm、厚20mm的突出底座，用钢材制成； 整个装置能保证在等温时量块稳定地直立不会倾倒。 实施例三校准MPE为(1. 4+L/400) y m的1000mm测高仪。在车间里，将被校准 测高仪放置在00级花岗石板基准平板上，然后根据被校准数显测高仪的测量范围，选择 50mm、100mm、125mm、150mm、175mm、200mm、250mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、 900mm、1000mm的15块标准量块，把量块放入量块直立等温装置量块槽中，通过量块直立等 温装置，将15块标准量块紧靠数显测高仪直立放置在基准平板上、与数显测高仪同步等温
到两者在同等高度的温差小于o. rc时，再按国家计量检定规程规定的方法，对仪器的示值
误差进行校准。
6
检测中使用的量块直立等温装置，是一种垂直底边平行开有15条量块槽、能在槽 中放置标准量块并使其呈直立状态的圆柱状结构装置(其上部为平边结构)，量块槽的宽 度为9. 8mm、深度为15mm、高度为450mm。装置上部圆柱状结构用铝合金制成，直径150mm、 高为450mm;装置底部有一直径250mm、厚15mm的突出底座，用钢材制成；整个装置能保证 在等温时量块稳定地直立不会倾倒。 实施例四检定MPE为(3+L/150) P m的500mm测高仪。在实验室中，将被检数显测 高仪放置在00级花岗石板基准平板上，然后根据被检数显测高仪的测量范围，选择50mm、 150mm、300mm、4000mm、500mm的5块标准量块，把量块放入量块直立等温装置量块槽中，通 过量块直立等温装置，将5块标准量块紧靠数显测高仪直立放置在基准平板上、与数显测
高仪同步等温到两者在同等高度的温差小于o.4t:时，再按国家计量检定规程规定的方法，
对仪器的示值误差进行检定。 如图6、7所示，检测中使用的量块直立等温装置，是一种垂直底边平行开有5条 量块槽、能在槽中放置标准量块并使其呈直立状态的矩形块状结构装置(其上部为平边结 构)，量块槽的宽度为9. 2mm、深度为5mm、高度为300mm。整个装置用铸铁制成，厚50mm、宽 200mm、高300mm，具有一定的自重，能保证在等温时量块稳定地直立不会倾倒。
权利要求
一种检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法，在实验室或车间，将量块与数显测高仪同步等温一定时间后，用标准量块对仪器的示值误差进行检定或校准，其特征是将数显测高仪放置在基准平板上，然后根据被检或校准数显测高仪的测量范围选择相应尺寸的量块，将量块紧靠数显测高仪直立放置在基准平板上、与数显测高仪同步等温到两者温差小于一定值后，再按国家计量检定规程规定的方法进行仪器示值误差的检定或校准。
2. 根据权利要求1所述的检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法， 其特征是量块通过量块直立等温装置保持直立状态，并紧靠数显测高仪同步进行直立等温，直到两者在同等高度的温差小于o. l-o.2t:，再按国家计量检定规程规定的方法，对仪器的示值误差进行检定或校准。
3. 根据权利要求1或2所述的检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方 法，其特征是所用量块直立等温装置是一种垂直底边平行开有多条量块槽、能在槽中放置 标准计量测试量块并使其呈直立状态的矩形块状结构或柱状结构装置。
4. 根据权利要求3所述的检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法， 其特征是量块直立等温装置的上部可为平边或斜边结构，其块状或柱状结构装置的底部还 可有突出的支座。
5. 根据权利要求3所述的检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法， 其特征是量块直立等温装置上的量块槽数量为5-15条、宽度为9. 2-10mm、深度为10-25mm。
6. 根据权利要求4所述的检定或校准数显测高仪示值误差的量块直立等温测量方法， 其特征是量块直立等温装置上的量块槽数量为5-15条、宽度为9. 2-10mm、深度为5-25mm。
全文摘要
本发明涉及一种计量测试量块直立等温测量方法，属于计量测试技术领域。将被检或校准仪器放在实验室或车间的基准平板上，然后根据测量范围选择相应尺寸的量块放入量块直立等温装置中，并紧靠被检仪器直立放置在基准平板上，与被检仪器一起直立等温到两者温差小于允许值后，再按国家计量检定规程规定的方法进行仪器检定或校准。所用量块直立等温装置是一种垂直底边平行开有多条量块槽、能在槽中放置计量测试标准量块并使其呈直立状态的矩形块状结构或柱状结构装置。采用本方法可使量块和被检仪器尽可能处于同一竖直温场中，不仅可以降低对检定或校准温度环境的要求，而且可以提高检定或校准结果的可靠性，还具有结构简单、成本低廉、方便快捷、实用有效等优点。
文档编号G01B5/02GK101769705SQ20101010822
公开日2010年7月7日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者王振军, 陈明 申请人:云南省计量测试技术研究院