用自准直仪检测角度块工作角

检定热电偶时参考端处理方法分析
赵全六
(重庆市庆铃汽车股份有限公司 ,重庆市 400052)
摘 要 在现行常用热电偶检定中 ,其参考端的处理都要求为恒定的 0 ℃,这给我们的检定工作带来极大的不 便 。本文通过分析提出了当检定点的温度远远大于参考端温度时 ,可供采用的两种简单 、快速的参考端处理方法 。
(2)
e ( t ,0) 被 = e ( t ,0) 被 + ( e ( t ,0) 标 - e ( t ,0) 标) ×st被/ st标
(3) 式中 : e ( t ,0) 被为被检热电偶在各检定点上的热 电动势值 ; e ( t ,0) 标为标准热电偶证书所给出的各检定点的 热电动势值 ;
e ( t ,0) 标 、e ( t ,0) 被分别为标准热电偶和被检热电 偶在检定点附近测得热电动势的算术平均值 ;
一 、检定 S 型热电偶的参考端处理 方法分析( 标准为 S 型)
我们知道 ,热电偶是利用其热电效应原理来测 温 ,如图 1 ,热电偶闭合回路中的总热电动势包括珀 尔帖电势和汤姆逊电势 ,其值为
e
(
t
,
t
)
0
= e( t)
-
et0
(1)
检定 S 型热电偶时 ,其热电动势误差Δe 的计
算公式为Δe = e ( t ,0) 被 - e ( t ,0) 分被
检定与规程
用自准直仪检测角度块工作角
喻 萍
(长沙市计量测试检定所 ,长沙 410002)
摘 要 本文提出利用计量室现有常规设备自准直仪 ,用比较法检测角度块工作角 ,可满足 1 级 、2 级角度块 的检定要求 。
关键词 角度块工作角 自准直仪 平面转台 检测
角度块是一种精密角度量具 ,其工作角的角值 , 除可用精密测角仪作绝对法检测外 ,尚可用比较法 检测 ,后者是在自准式测角比较仪上进行的 。本文 介绍另一种比较检测法 ,不需要上述专用设备 ,而是 利用常规设备来实现的 。现介绍如下 。
st标 、st被 分别为标准和被检热电偶在温度 t 时 的微分热电动势 (塞贝克系数) ;
e ( t ,0) 分被为被检热电偶分度表上查得的某检定 点温度的热电动势值 。
由各式整理可得 : Δe = ( e ( t) 被 - e (0) 被) + [ ( e ( t) 标) -
e (0) 标 - ( e ( t) 标 - e (0) 标) ] ×st被/ st标 -
(5)
从式 (5) 可以知道 , 当热电偶参考端为 0 ℃时 ,
被检热电偶热电动势误差是测量端温度的单值函数
Δe = f ( t) , 也就是说 , 被检热电偶热电动势误差只 随测量端温度的变化而变化 。
同样的道理 , 当热电偶参考端温度为 t0 时 ( t0
ν t) ,式 (4) 将变为
Δe = ( e ( t) 被 -
读数正负号的确定 :当自准直仪先对准被检角 度块 ,后对准标准角度块时 ,测微鼓轮往正 (增大) 方 向转动读数为正 ,反方向转动为负 ,在计算Δα时读 数 A 1 和 A 2 必须带正 、负号 。图 3 所示为自准直仪 的视野 ,M1 和 N1 为由标准角度块 M 和 N 两工作 面反射回来的十字线像 ; M2 和 N2 为被检角度块 M 和 N 两工作面反射回来的十字线像 。则图 3 (a) 的
Δ = e21 + e22 + e2310 + e2311 + e24 = 1155″
四 、验证
将本检测法测得的角值与用 C20型精密测角仪 绝对法测得的角值进行实测比对 ,其检测结果见表 。
由检测不确定度分析和实测比对结果可知 ,采 用 0 级角度块作为标准检测 1 级角度块 ,该检测法 足能保证 1 级角度块工作角值的检测要求 。
15°10′ 30°20′ 45°30′
50° 60°40′ 75°50′
∠1 ∠2 90° ∠3 ∠4
15°09′5213″ 30°19′5812″ 45°29′5517″ 49°59′5515″ 60°39′5513″ 75°50′0215″ 89°59′5810″ 89°59′5516″ 89°59′5810″ 90°00′0914″
e
(
t
)
0
被
)
+ [ ( e( t) 标 -
e (0) 标 -
e
(
t
)
0
标)
-
( e ( t) 标 -
e
(
t
)
0
标
)
]
×st被/
st标
-
( e ( t) 分被 -
e (0) 分被 -
e
(
t
)
0
分被
)
(6)
计量技术 2002 No 7
·39 ·
计量技术 2002 No 7
·37 ·
检定与规程
的两个十字线像的垂线尽量靠近 ,即读数 A 的数值 要小 ,以减小测微目镜读数鼓轮示值误差对测量结 果的影响 。转动转台 ,当在自准直仪视野中央部分 见到分别由两工作面反射回来的两个十字线像时 , 转动自准直仪测微鼓轮 ,使目镜双线分别对准十字 线的垂直线 ,并按测微器进行第 1 次读数得 A 1 。然 后再缓慢转动转台 ,当在自准直仪视野中央部分再 次见到分别由另一侧两工作面反射回来的两个十字 线像时 ,同样使目镜双线对准十字线的垂直线 ,按测 微器进行第 2 次读数得 A 2 ,两次读数值的差值即为 被检角度块与标准角度块工作角的差值Δα,然后按 式 (1) 求得被检角度块的实际角度值 α2 。为消除测 微鼓轮的空程对测量结果的影响 ,读数 A 的前后两 次瞄准读数 ,鼓轮均往一个方向转动 。
Δα= A 1 - A 2 由此可得 α2 =α1 +Δα 式中 ,Δα为两角度块工作角的差值 ;α1 为标准 角度块工作角的实际角值 ;α2 为被检角度块工作角 的实际角值 。
二 、检测步骤
该检测装置 ,一般计量室可在大型工具显微镜 或万能工具显微镜 (简称万工显下同) 上实现 。前者 需将其和自准直仪置于一块平板上 ,后者是将其平 面转台和自准直仪均置于纵向滑板上 。现介绍用自 准直仪和万工显转台的检测步骤 。
( e ( t) 分被 - e (0) 分被)
(4)
在某一特定检定点上 , 用标准 S 型热电偶检定
工作用 S 型热电偶时 ,我们可以认为
st被 = st标 , e (0) 被 = e (0) 标 , e (0) 标 = e (0) 分被
因为 t µ 0 ,于是式 (4) 可简化为
Δe = ( e ( t) 被 - e ( t) 标) + ( e ( t) 标 - e ( t) 分被)
现以 0 级角度块作标准来检定 1 级角度块为 例 。影响检定不确定度的主要因素有 :
11 标准角度块工作角值检定不确定度 ,0 级角 度块工作角值检定不确定度
e1 = 1″。 21 自准直仪刻线对准的重复性误差 ,1″分度值 的自准直仪 e2 = 015″。 表
名义角值 本检测法
绝对法
差值 (″)
一 、检测原理
检测原理见图 1 。在光学的或机械的平面转台 上叠放着的相同的标准角度块和被检角度块 ,当自 准直仪瞄准两角度块工作面 M 时 ,在自准直仪内读 得由该工作面反射回来的两个十字线像的垂直线距 离 A 1 ,然后连同角度块转动转台 ,使两角度块另一 工作面 N 对准自准直仪 ,同样在自准直仪内读得垂 直线之间距离 A 2 ,则两角度块的角值之差
化为角值的换算系数 ,ρ″= 2Байду номын сангаас×105 ; h 为角度块工作
面的平面度 ,0 级角度块要求 h Φ0115μm ,1 级角度
块要求 h Φ0130μm 。
将以上各值代入式 (2) 得
·38 ·
计量技术 2002 No 7
检定与规程
e310 (0 级) = 012″, e311 (1 级) = 014″。 41 自准直仪测微目镜读数鼓轮示值误差 , 对 1″ 分度值的该仪器在 l′的范围内不大于 1″,即 e4 = 1″。 综合上述各项误差 ,被检角度块工作角的总不 确定度 :
11 角度块的安放位置 对于三角形的角度块 ,两工作面的中垂线的交 点应处于转台回转中心上 ;对于四边形的角度块 ,其 对角线的交点应处于转台中心上 。为此 ,可在角度 块与转台之间放一画有不同名义角值的角度块外形 尺寸图 ,事先找出其中垂线的交点 ,用万工显的中央 显微镜瞄准 ,调整此交点与转台十字线相重合后予 以固定 ,将角度块叠放于相应的外形尺寸图上即可 。 21 调整自准直仪位置 其高度是使其光轴处于两个角度块相接触的非 工作面处 ; 用 90°角度块的一个工作面调整其光轴 与转台轴线相垂直 ,并使十字线像大致位于目镜视 野上下方的中央部位 ;左右位置是使其光轴与两角 度块工作面对角线交点 O 相重合 。以上各项调整 的目的是尽量减少角度块工作面的平面度所引起的 角值检测误差 。为达到正确调整 ,可用下述方法 :将 图 2 所示的纸片立于平面转台并贴靠二个工作角度 块工作面 ,调整自准直仪后使其光斑轮廓正好与纸 上的圆弧线相重合 。图中 R 为自准直仪通光口径 的半径 ; L 为角度块的工作面长度 ; H 为两角度块 的厚度 。 31 读数与计算 将叠放在转台上的两块同名义角值的角度块两 工作面尽量重叠对齐 ,使由两同侧工作面反射回来
关键词 热电偶 参考端 热电动势 分度号
要使参考端为恒定的 0 ℃,必须使用零度恒温 器或冰水混合物 ,而目前国内生产的零度恒温器插 孔太小 、太少 ,使用极不方便 ;而自制冰水混合物需 要时间太长 、太麻烦 。下面通过理论分析 ,结合工作 实际 ,提出两种简易的参考端处理方法 ,可在保证检 定准确度的前提下大大提高工作效率 。
A 1 为正 , A 2 为负 ;图 3 (b) 的 A 1 为负 , A 2 为正 。 十字线像 M 和 N 的辨认 :用一纸片挡住被检角
度块工作面时 ,视野内出现的十字线像即为标准角度 块工作面反射回来的十字线像 M1 和 N1 ,反之为被检 角度块工作面反射回来的十字线像 M2 和 N2 。
三 、检定不确定度分析
31 由角度块工作面的平面度引起的测角误差 ,
考虑到对一块角度块的两个工作面分别进行瞄准 ,
其误差按下式计算
e3
=
2
×8
l
h·Δl
2
·ρ″
(2)
式中 , l 为角度块工作面的长度 , l = 70mm ;Δl
为自准直仪光轴偏离角度块工作面长度方向中央的
距离 ,按上述方法调整后 ,可使Δl Φ2mm ;ρ″为弧度
15°09′5117″ 30°19′5817″ 45°29′5416″ 49°59′5518″ 60°39′5317″ 75°50′0312″ 89°59′5710″ 89°59′5613″ 89°59′5817″ 90°00′0914″
+ 016 - 015 + 111 - 013 + 116 - 017 + 110 - 017 - 017 010