从实物量具为标准器转化到用光栅传感器为标准器的探讨

黄伟城

(浙江省计量科学研究院，杭州 310013)

0　引言

在长度计量检测领域中，以前所用的标准器主要是实物量具，现在正逐步被光栅传感器位移技术所替代，如国内生产厂家深圳市中图仪器科技有限公司生产的扭簧表类量具检定仪、光栅式指示表检定仪、影像式线纹测量仪和气浮式垂直度测量仪等仪器。采用计算机控制电机精确驱动光栅位移原理，不需手工旋转手轮；采用检测软件自动采集当前数据，不需要人工采样；采用CCD全真模拟人眼读数表盘并自动识别，不需要人眼观察、人工读数，在提高仪器检测速度的同时，检测的准确度和工作效率也有很大的提高。

1　光栅传感器的优缺点

1.1　光栅传感器的优点

1)精度高，光栅式传感器在大量程测量长度或直线位移方面仅仅低于激光干涉传感器，在圆分度和角位移连续测量方面，光栅式传感器属于精度最高的；2)大量程测量兼有高分辨力；3)可实现动态测量，易于实现测量及数据处理的自动化；4)具有较强的抗干扰能力，对环境条件的要求不像激光干涉传感器那样严格。

1.2　光栅传感器的缺点

1)价格高；2)维修较复杂成本也较高；3)对操作人员技术有一定的要求；4)对环境温湿度有一定的要求。

2　扭簧表类量具检定仪的结构原理

扭簧表类量具检定仪采用高精度光栅系统作为标准，精确的光栅位移测控技术、进口电机控制系统、彩色大屏幕液晶显示与触控系统、高分辨率CCD及最新数字图像处理技术，实现扭簧比较仪和机械式比较仪的全自动、高精度检定。采用计算机控制电机精确驱动光栅位移原理，采用检测软件自动采集当前数据，检测的效率大大提高，检定结果的不确定度明显优化。

3　检测方法的可行性

扭簧表类量具检定仪是专门检测扭簧比较仪和机械式比较仪的计量标准器，扭簧表类量具检定仪的最大允许误差为±0.1μm，回程误差为0.1μm，重复性为0.1μm。原来是用3等量块作为主要标准器来检测扭簧比较仪和机械式比较仪的示值误差和回程误差及重复性，3等量块的不确定度为0.1μm+1×10-6ln，测量范围为1～1.1mm，当ln=1.1mm时，量块的不确定度为0.1μm。现将扭簧表类量具检定仪作为主要标准器，该测量仪器的最大允许误差和量块的不确定度基本是一样的，所以扭簧表类量具检定仪作为标准器能满足测量的要求。

扭簧比较仪的测量范围为±0.03mm,分度值0.001mm，其最大允许误差为±0.4μm；机械式比较仪的测量范围为±0.10mm,分度值为0.001mm，其最大允许误差为±1.0μm。

扭簧表类量具检定仪作为主要标准器的最大允许误差为±0.1μm，被检测扭簧比较仪最大允许误差为±0.4 μm，扭簧表类量具检定仪最大允许误差不大于被检测扭簧比较仪最大允许误差的1/3；机械式比较仪最大允许误差为±1.0μm，同理可得也满足此要求。所以扭簧表类量具检定仪作为主要标准器完全可以满足检测以上两种工作计量器具的要求。

4　量块与扭簧表类量具检定仪作为主要标准器的比较

例如被检测机械式比较仪测量范围为±0.10mm,分度值为0.001mm，依据JJG 39—2004《机械式比较仪》检定规程的要求：示值误差每个受检点为10μm，共检测20个受检点，每个受检点需检测3次，取平均值，实际为60个数据；重复性测量在示值范围的始、中、末三个位置需各测量5次，然后计算三个位置的重复性，回程误差也是在示值范围的始、中、末三个位置测量，取同一点正反之差，作为回程误差。由此看出工作量比较繁杂、耗时。

用3等量块检测机械式比较仪的示值误差和回程误差及重复性需1小时以上，不仅有人为造成读数误差及其它原因造成的误差，而且人工计算示值误差和回程误差及重复性易出差错，既慢又费时间。标准器量块需要维护保养，每次检测完后，需清洗和擦干，放在干燥缸里，使用相当麻烦，检测工作效率极低，给检测人员带来了不便。

扭簧表类量具检定仪采用计算机控制电机精确驱动光栅位移原理，用扭簧表类量具检定仪检测机械式比较仪的示值误差和回程误差及重复性只需15分钟，该仪器操作方便、稳定度好、精度高，大大减小人为造成的读数误差，不仅数据检测精确可靠，又提高了工作效率，而且维护保养比较简单。

5　结束语

原来的传统观念用量块作为主要标准器，人为操作、计算，而如今检测理念发生重大转变，用高精度测量仪器代替了量块操作，测量数据能自动计算并能自动生成原始记录，极大的提高了工作效率。目前国内外许多高精度测量仪器代替了量块作为了主要标准器，在长度计量检测领域中起着举足轻重的地位。所以在今后制定国家计量检定规程和国家计量校准技术规范时必须考虑到相同精度等级的仪器代替量块作为主要标准器。

[1]国家质量监督检验检疫总局.国家计量检定规程JJG 39—2004《机械式比较仪》[S].中国计量出版社,2004

[2]国家质量监督检验检疫总局.国家计量检定规程JJG 118—2010《扭簧比较仪》[S].中国计量出版社,2010

[3]国家质量监督检验检疫总局.国家计量检定规程JJG 201—2008《指示类量具检定仪》[S].中国计量出版社,2008

[4]中国计量科学研究院.JJF 1059.1—2012《测量不确定度的评定与表示》[S].中国计量出版社,2012

[5]中国计量科学研究院.JJF 1011—2011《通用计量术语及定义》[S].中国计量出版社,2011

[6]黄伟城.轮胎花纹深度尺检测方法及测量不确定度评定.计量技术，2013(12)