温度带来的长度测量误差
物体随温度 “ 热胀冷缩 ” 是物理常识。基准器长度和机械零件图纸所标注长度的温度条件默认值是 20 ℃ 。
物理材料的线膨胀系数是影响长度变化的主要参数。它的定义是:温度每变化 1 ℃ ,物体在单位长度上的伸长量。系数的单位是 1/ ℃。
严格地说:线膨胀系数是非线性系数。在不是要求极高的情况下,略去高次项,只取一次项α。
被测件和仪器置于同一室内,尽管温度相同,但温度偏离 20 ℃ ,如果二者线膨胀系数不同,伸长量会不同,也将造成测量误差 △ L :
Δ L=L ×(Τ- 20 )×( α b - α j )
式中: T :二者实际实际温度; α b :被测件材料膨胀系数; α j : 仪器基准尺材料膨胀系数; L :被测长度。
例 1 :万工显和被测件温度同为 T= 25 ℃ ;万工显基准尺材料线膨胀系数 α j =10 × 10 -6 ;被测件(钢)的线膨胀系数 α b = 11.2 × 10 -6 ;被测长度 L=200 。则可以算出所造成的测量误差 Δ L :Δ L=200 × (25 - 20) × (11.2 × 10 -6 - 10 × 10 -6 )= 0.0012 mm 。
如果在被测件和仪器基准尺温度不等和条件下进行测量,所造成的测量误差按下式计算:
Δ L=L ×[(Τ b - 20 )× α b -( Τ j - 20 )× α j ]
例 2 :在上例中:如果被测件Τ b = 25 ℃ ;基准尺温度 Τ j = 20 ℃ ,其它条件不变,则所造成的测量误差 Δ L :
Δ L=200 ×[( 25 - 20 )× 11.2 × 10 -6 -( 20 - 20 )× 10 × 10 -6 ] = 0.0112 mm 。例 2 比例 1 的结果大 10 倍。
要减小温度对测量结果和影响,一是被测件要与仪器基准尺充分等温,二是进行实际实际测温,通过上述计算对误差进行修正。
随着计算机的应用,利用温度传感器实时测量被测件和基准尺的温度,并通过接口输入计算机,用软件对测量结果进行自动温度补偿,可使测量结果更加准确。这项技术,目前已在我公司 JDS 系列光栅测长机上采用。