分析温度条件在光面环规直径测量中的影响

邹丹

摘 要：在环规直径测量中，具有很多的不确定度，会对测量结果造成一定的影响。针对这种情况，文章通过对环规直径测量中不确定度的评定，分析了温度条件在光面环规直径测量中的影响，并对改进温度条件，提升测量精准度的方法进行了阐述和探讨。

关键词：温度条件；光面环规直径测量；影响

在社会的发展过程中，量具一直都占据着重要的地位，发挥着不容忽视的作用，从商品市场上使用的称量器具，到科学研究中应用的精密检测设备，都属于量具的范畴。如果量具的精准度出现问题，轻则会导致买卖双方的纠纷，重则影响科学研究的顺利进行，甚至产生难以估量的后果。例如，在发射火箭时，如果量具精准度出现问题，导致轨道计算出现细微偏差，火箭也许就会偏离预定轨道，造成发射失败，所谓的“谬之毫厘，失之千里”，不外如是。针对这种情况，需要对量具进行校准，环规的作用也正是如此。

1 环规概述

环规，也称校正环规，是一种具有特定尺寸和属性的圆环，主要用来对量具的不足进行校正。通常情况下，环规多由高品质的合金钢制作而成，非常坚固，而且可以确保质量，提高磨损寿命。

按照外观进行划分，环规可以分为光面环规（光环规）、螺纹环规、平行螺纹环规等。

按照用途以及制造标准划分，可以分为标准环规、SK标准环规、管用环规、德国标准环规等。

按照制造材料划分，也包括陶瓷环规和金属环规等，但是由于陶瓷环规易损坏，现在市场上的环规大都是金属环规。

需要注意的是，一般情况下，环规都是和量具配合使用，并不会独立使用。

2 光面环规直径测量的方法

对光面环规的直径进行测量时，一般需要准备一些相应的测量设备，如测长机、标准环规等，由于这里需要对温度条件在测量中的影响进行分析，还需要准备相应的测温计。光面环规直径的测量方法包括直接测量和比较测量，这里主要针对比较测量法进行分析和简单介绍。

首先，准备好相应的测量环境，确保测量人员不会受到周边环境的影响，安置好测长机，并将已知尺寸且经过上一级校准机构检定过的？准50mm标准环规安放在测长机的工作台上。其次，将测长机的两个测钩钩在环规的中截面直径上，并对其进行相应的调整，确保其刻线方向保持一致，并找出最大值和最小值（也就是通常所说的找拐点），按照规范的测量方法，测量3次，取结果的平均值作为标准直径尺寸，尽可能减少测量误差。然后，将标准环规取下，以同样的方式，对被测环规进行测量，得到相应的数值。最后，将被测环规的测量数值与标准环规的测量数值进行比较和修正，得出的最终结果，就是光面环规的实测直径。

3 测量结果的不确定度评定

在得出光面环规的实测直径后，要按照《JJF1130-2005几何量测量设备校准中的不确定度评定指南》，对测量结果的不确定度进行评定，分析其中存在的影响因素，从而进一步提升结果的准确性。

3.1 任务和目标的不确定度

3.1.1 测量任务。以？准50mm的光面环规为例，在环规水平高度的中间位置，沿直径方向的刻线位置进行测量工作。

3.1.2 目标不确定度。结合实际情况，以测量任务分析目标不确定度，为UT=1.0？滋m。

3.1.3 测量方法。测量方法与之前提到的测量方法保持一致，采用比较测量法。

3.1.4 测量程序。测量程序同样与上述测量方法保持一致，这里不再赘述。

3.1.5 初始测量条件。为了确保测量和分析的精准度，要对初始测量条件进行严格控制，需要满足以下几个方面的内容：

（1）使用的测长机必须切实符合生产厂家的技术指标，为合格产品，刻度清晰准确。

（2）在相对密封的实验室中进行测量，保持室温在（20±1）℃，避免温度出现较大的上下波动。

（3）测长机和环规均属钢制品，两者之间的热传递稳定。

（4）被测环规与标准环规要按照完全一致的标准进行存放，确保两者之间的温度差不大于1℃。

（5）测量人员经过专业的培训，具备专业的测量知识，能够熟练操作测长机。

3.1.6 不确定度分量的计算

（1）标准环规，其不确定度分量由校准证书给出，以u1表示。通过环规附带的校准证书，可以得出标准环规直径测量中的不确定度为

U=0.5？滋m，k=2

（2）测长机光学计示值误差，其不确定度分量由B类评定标准给出。按照相应的规程，测长机光学计示值误差为±0.25？滋m。同时标准环规与被测环规之间的直径差，也可以说是测量距离L≤1mm，这种情况下a=0.5？滋m，为了确保测量安全，设其为矩形分布（b=0.6），则

u2=0.25？滋m×0.6=0.15？滋m

（3）测量重复性，以u3表示，其不确定度分量由A类评定标准给出。通过对被测环规和标准环规直径差的测量重复性研究，可以得出标准偏差为0.50？滋m，取3次测量的平均值作为实测直径值，并假设服从矩形分布，则不确定度分量为

u3=0.50×0.6=0.30？滋m

（4）被测环规与标准环规的温度差不大于1℃，假定两者的线膨胀系数均为（11.5±0.5）×10-6/℃，并假定其在该范围内服从均匀分布（b=7），则u4=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7=0.4？滋m

（5）膨胀系数差，其不确定分量以u5表示，由B类评定给出。如果被测环规在测量时，室温发生变化，并且与标准温度20℃的偏差值大于1℃，假定其与标准环规之间的线膨胀系数差小于10%，且服从U形分布（b=0.7），则

u5=（11.5±0.5）×10-6/℃×50mm×1℃×0.7×10%=0.04？滋m

（6）被测环规的圆度，即形状误差，由于仅仅测量规定方向上的直径，所以环规的圆度对于测量结果影响较小，可以忽略不计，则u6=0。

3.2 合成标准不确定度和扩展不确定度

对以上各个不确定分量进行分析，认为其相互之间并不存在相关性，则合成标准不确定度为

将之前计算得出的相关数值带入，则可以得出u=0.58？滋m

扩展不确定度U=u×k=1.16？滋m>UT=1.0？滋m

从上述结果可以看出，其并不满足判据U≤UT，对各个不确定分量进行分析，可以发现，被测环规与标准环规之间的温度差引入的不确定分量，对于合成标准不确定分量的影响较大。因此，减少两个环规之间的温度差，可以有效减少环规直径测量中的不确定度。对温度条件的改变，可以通过以下方法实现：

（1）强化温度控制，提高温度控制系统（如空调系统等）的准确度和灵敏度，使得温度条件更加稳定。

（2）对温度的平衡状态进行改进，使得环规拥有充足的等温时间，从而尽可能减小温度差。

（3）采取相应的隔热措施，减少操作人员体温对于环规的影响。

通过这样的方式，可以有效减少被测环规与标准环规之间的温度差，将1℃改为0.5℃，重新进行计算，则合成标准不确定度为u=0.50？滋m，扩展标准不确定度U=1.0？滋m=UT，满足判据U≤UT。

4 结束语

综上所述，在对光面环规的直径进行测量时，需要对实验室的温度条件进行严格控制，确保其温度波动的幅度在合理范围内，同时使标准环规和被测环规充分等温，消除相互之间的温度差，从而温度带来的不确定因素，确保测量结果的准确性和可靠性。

参考文献

[1]陈淑美.温度条件在光面环规直径测量中的影响[J].计量与测试技术，2010，37（8）：46，48.

[2]黄敏.一种基于单球测量的光面环规测量方法[J].计量与测试技术，2011，38（7）：8，10.

[3]张辉.标准环规直径测量的不确定度评定[J].中国计量，2009（1）：89-90.

[4]JJF1130-2005几何量测量设备校准中的不确定度评定指南.