天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院電子儀表實(shí)驗(yàn)所□姬 偉

在諸多的計(jì)量校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室中大部分使用的是接觸式干涉儀，并將其作為3等及以下等級(jí)量塊的檢校標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具。本文旨在通過對(duì)電腦量塊測(cè)量?jī)x工作原理的探討，對(duì)其在開展量塊計(jì)量過程中需要注意的若干問題進(jìn)行分析和研究。

1 電腦量塊測(cè)量?jī)x的工作原理及使用中的注意事項(xiàng)

（1）電腦量塊測(cè)量?jī)x的工作原理

電腦量塊測(cè)量?jī)x是采用頻率式電感位移傳感器，專用數(shù)據(jù)采集接口電路和測(cè)量軟件包與計(jì)算機(jī)和量塊測(cè)量工作臺(tái)相連接，對(duì)100mm以下3～5等量塊進(jìn)行比較測(cè)量。測(cè)量過程符合JJG 146—2011《量塊》檢定規(guī)程的規(guī)定，能對(duì)量塊進(jìn)行主檢測(cè)量和抽檢測(cè)量，并能提示量塊的報(bào)廢限。計(jì)算機(jī)對(duì)所有測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)和打印，能在word下打印出主檢記錄，抽檢記錄，檢定結(jié)果，檢定證書。

傳感器的工作原理：頻率式電感位移傳感器的作用是把被測(cè)工件幾何量的微小變化，轉(zhuǎn)換成電感量的變化，通過頻率振蕩電路再轉(zhuǎn)換成頻率量的變化。兩個(gè)導(dǎo)磁體之間形成一個(gè)空氣楔，并在導(dǎo)磁體1上繞上線圈，導(dǎo)磁體1用機(jī)械方法固定不動(dòng)，導(dǎo)磁體2與測(cè)桿連在一起，頻率振蕩電路給線圈加一定的電壓，這樣就組成一個(gè)簡(jiǎn)單的電感楔型頻率式位移傳感器。當(dāng)給線圈加一定的電壓時(shí)，整個(gè)電路產(chǎn)生振蕩，在測(cè)桿下放量塊，使測(cè)桿上下移動(dòng)，因測(cè)桿與導(dǎo)磁體2是連在一起的，空氣楔的距離就會(huì)增大或減小，隨著空氣楔的增大或減小，使電感量發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出頻率值變化，頻率值的變化經(jīng)過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理，便可得知被測(cè)工件尺寸的變化。

（2）使用中對(duì)儀器的維護(hù)

通過上述工作原理得知位移傳感器特性，那么就要對(duì)其定期標(biāo)定和檢定。在量塊檢定過程中不得沖撞測(cè)頭測(cè)桿，距離較近時(shí)使用微調(diào)裝置調(diào)制測(cè)量位置。如有劇烈撞擊，需檢查重復(fù)性是否符合要求。每次使用儀器前均應(yīng)檢查接口電路板、傳感器和數(shù)據(jù)傳輸線是否插好，以避免影響傳感器信號(hào)的輸出。

2 溫度控制對(duì)量塊檢校的重要性

根據(jù)JJG 146—2011《量塊》中的要求得知，實(shí)驗(yàn)室溫度整體要求根據(jù)不同等級(jí)大致可分為20℃±0.5℃左右，那么20℃是標(biāo)準(zhǔn)溫度是必須達(dá)到的。比標(biāo)準(zhǔn)溫度更重要的就是溫度控制，以被檢等級(jí)為4等量塊為例，如何將溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)尤為重要。在建立量塊檢定實(shí)驗(yàn)室過程中，推薦3等及以下的量塊與高等級(jí)量塊分開。高等級(jí)量塊一般直接測(cè)量，除必須備有量塊溫度測(cè)量系統(tǒng)外，還必須測(cè)定測(cè)量環(huán)境的空氣折射率?？梢杂每諝庹凵渎矢缮鎯x直接測(cè)量，也可通過測(cè)量大氣參數(shù)后用公式計(jì)算得到，必要時(shí)需要專門的控溫箱，因?yàn)槲覀儨y(cè)量完成后要對(duì)其測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行評(píng)定，那么溫度及溫度變化帶來的不確定度分量不應(yīng)超過相應(yīng)等級(jí)量塊長(zhǎng)度測(cè)量不確定度的35%。因此無論是直接測(cè)量，還是比較測(cè)量，溫度的控制帶來的影響值得關(guān)注。

3 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件

在實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控項(xiàng)目中，不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)溫濕度都有要求，而大部分實(shí)驗(yàn)都是在明確的溫濕度環(huán)境中展開，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件直接影響著各種實(shí)驗(yàn)或檢測(cè)的結(jié)果，每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行都需要精確可靠的監(jiān)測(cè)儀器來提供準(zhǔn)確的環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)。環(huán)境條件溫濕度的控制方面考慮的要素，就是保證實(shí)驗(yàn)操作的環(huán)境溫濕度是能夠滿足實(shí)驗(yàn)程序各個(gè)過程的需要。制定實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫濕度控制范圍的幾個(gè)主要方面：

1）識(shí)別各項(xiàng)工作對(duì)環(huán)境溫濕度的要求，主要識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)器具的需要、實(shí)驗(yàn)程序的需要，以及實(shí)驗(yàn)室員工的人性化考慮，對(duì)于4等量塊規(guī)程中要求20℃±0.5℃，35%～80%范圍內(nèi)即可；

2）選擇并制定有效的環(huán)境溫濕度控制范圍。從各要素所有要求清單中摘取最窄范圍作為該實(shí)驗(yàn)室環(huán)境控制的允許范圍，制定環(huán)境條件控制方面的管理程序，并依據(jù)該科室實(shí)際情況制定合理有效的SOP；

3）保持和監(jiān)控。通過各項(xiàng)措施保證環(huán)境的溫濕度在控制的范圍內(nèi)，并對(duì)環(huán)境溫濕度進(jìn)行監(jiān)控和做好監(jiān)控的記錄，超過允許范圍及時(shí)采取措施，開空調(diào)調(diào)節(jié)溫度，開除濕機(jī)控制濕度；

4）認(rèn)證與計(jì)量實(shí)驗(yàn)室的要求。認(rèn)證與計(jì)量實(shí)驗(yàn)室在實(shí)施檢驗(yàn)、鑒定、測(cè)試和認(rèn)證服務(wù)時(shí)，需要實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)全過程溫濕度的變化，使用溫濕度記錄儀可簡(jiǎn)化記錄工作，節(jié)約成本，并且記錄數(shù)據(jù)不會(huì)受到過多人為因素的干擾，能夠客觀真實(shí)地反映檢測(cè)過程。試驗(yàn)環(huán)境及設(shè)備對(duì)溫濕度的控制準(zhǔn)確與否，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性、重復(fù)性都有著重大的影響。GLP、GAP、CNAS、ISO 17025、ISO 15189、ISO 17020、ISO 9000、ISO 16949、ISO 14000等認(rèn)證是對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的基本要求，ZOGLAB的產(chǎn)品符合各項(xiàng)要求，精密的監(jiān)測(cè)并提供高精度無法篡改的原始記錄。

4 用于檢校量塊的專用實(shí)驗(yàn)室控溫的重要性

一般實(shí)驗(yàn)室的溫度要控制在21℃～25℃左右，相對(duì)濕度要控制在45%～55%左右就能滿足基本的實(shí)驗(yàn)要求，但是對(duì)于檢校量塊的專用實(shí)驗(yàn)室來說，由于電腦量塊測(cè)量?jī)x和標(biāo)準(zhǔn)量塊受溫度變化而變化的特性，就更加需要提供恒溫和恒濕的環(huán)境來維持實(shí)驗(yàn)過程的準(zhǔn)確性。

從實(shí)驗(yàn)室的室內(nèi)環(huán)境來看，能導(dǎo)致急劇溫差和濕度過大的情況幾乎不存在，這樣對(duì)溫濕度調(diào)節(jié)器的短期控制程度要求很高，要從降溫、加熱、加濕和除濕這幾種方式來嚴(yán)格控制。

與此同時(shí)，從外部環(huán)境來看，實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)的溫濕度變化會(huì)受外部條件的影響，例如地域的氣候特點(diǎn)、白天和黑夜的溫差、各種特殊天氣的影響，產(chǎn)生溫濕度的高低變化。因此，要保證溫濕度的平衡和達(dá)到實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)室需要密封隔絕外部環(huán)境任何有可能導(dǎo)致室內(nèi)空氣變化的突發(fā)情況，嚴(yán)格要求管理人員定時(shí)換送新鮮空氣的時(shí)機(jī)，禁止出現(xiàn)人員的過失對(duì)室內(nèi)環(huán)境的污染，對(duì)照明設(shè)備、精密儀器的使用環(huán)境進(jìn)行測(cè)溫，以保證室內(nèi)溫濕度達(dá)到規(guī)定的偏差。

特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的相對(duì)濕度變化，也要進(jìn)行嚴(yán)格控制。實(shí)驗(yàn)室的空氣不能因?yàn)槠渌麠l件，導(dǎo)致出現(xiàn)溫濕度差異?？諝獾臏囟戎灰儎?dòng)了1.0℃，就會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室相對(duì)濕度出現(xiàn)大幅度變化，影響室內(nèi)儀器的正常運(yùn)作。甚至只是0.2℃的溫差，也會(huì)引起大于0.5%的濕度變化。

因此，對(duì)溫濕度非常敏感的專用實(shí)驗(yàn)室，需要使用專業(yè)的傳感器來嚴(yán)格控制偏差，尤其是對(duì)濕度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。傳感器有兩種，一種是溫度傳感器，相對(duì)精準(zhǔn)；另一種是濕度傳感器，在一定的條件下會(huì)失準(zhǔn)，必須定時(shí)監(jiān)測(cè)空氣的濕度來確保精準(zhǔn)。于此同時(shí)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候還要注意整個(gè)溫濕度控制區(qū)域的均勻度。

5 檢校量塊中的常見問題

（1）量塊的使用

量塊可作為計(jì)量器具的標(biāo)準(zhǔn)使用；用于儀器、量具、量規(guī)等示值誤差的檢定；用于精密零件測(cè)量、精密機(jī)床、夾具在定位尺寸時(shí)的調(diào)整；量值的統(tǒng)一。機(jī)械制造中各制成品的尺寸與國(guó)家乃致國(guó)際實(shí)現(xiàn)米定義所推薦的基準(zhǔn)光譜射線的波長(zhǎng)聯(lián)系起來，以達(dá)到長(zhǎng)度量值在全國(guó)和國(guó)際間統(tǒng)一，使零部件具有良好的準(zhǔn)確性和互換性。

（2）鋼質(zhì)量塊較其他材質(zhì)量塊的優(yōu)勢(shì)

鋼質(zhì)量塊的線膨脹系數(shù)和彈性模量與大部分被測(cè)對(duì)象接近，因此在進(jìn)行檢校或測(cè)量時(shí)受環(huán)境等其他因素影響更加接近，有利于減小測(cè)量過程中偏離20℃的誤差和減小測(cè)力變形引起的誤差。

（3）鋼質(zhì)量塊存在的一些問題和注意事項(xiàng)

鋼質(zhì)量塊經(jīng)過高溫（鹽爐、電火花等）加熱、淬火、回火、低溫冷凍等冷熱處理后表面硬化。在冷熱處理中，未消除殘余應(yīng)力，后續(xù)會(huì)重新分布，尺寸會(huì)增大或減??；內(nèi)部金相組織殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，馬氏體體積膨脹會(huì)使尺寸增大；馬氏體抑制碳在碳化物中晶體的晶格形成，晶格幾何形狀會(huì)使尺寸減小。

因此，量塊在制成后半年內(nèi)受合成因素影響會(huì)無規(guī)律地增大或減小。

（4）檢定量塊前的準(zhǔn)備工作

不管是哪個(gè)等級(jí)的量塊，一般都會(huì)成套進(jìn)行送檢至專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，首先應(yīng)檢查盒內(nèi)量塊是否齊全，明牌是否清晰可見；再將待檢量塊清洗兩遍擦拭干凈，使用專用油石打磨去除表面毛刺。另外若量塊出現(xiàn)帶磁現(xiàn)象，必須使用去磁機(jī)處理至無磁后，按順序排放在待檢盤中。

6 結(jié)語

對(duì)于量塊檢校的專用實(shí)驗(yàn)室來說，不管是使用接觸式干涉儀還是電腦量塊測(cè)量?jī)x，除設(shè)計(jì)原理不同之外，其工作原理和基本要求都是大同小異。本文重點(diǎn)討論的是根據(jù)電腦量塊測(cè)量?jī)x的設(shè)計(jì)原理結(jié)合量塊檢校中的相關(guān)問題，通過長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境對(duì)量塊檢校的重要性，并進(jìn)行歸納總結(jié)，希望有更多的同行提出更多更好的建議共同進(jìn)行探討。