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測(cè)量?jī)x器中基準(zhǔn)系統(tǒng)夏薇（安徽紡織職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽合肥，23）基準(zhǔn)量的精度。
一、前言測(cè)量就是把被測(cè)量與基準(zhǔn)量進(jìn)行比較的過程。測(cè)量必須有基準(zhǔn)。測(cè)量精度首先取決于基準(zhǔn)量的精度。
二、基準(zhǔn)部件的類型劃分從基準(zhǔn)部件與測(cè)量?jī)x器結(jié)構(gòu)關(guān)系看可分兩類：一類是緊密結(jié)合型，如萬(wàn)能工具顯微鏡中的標(biāo)尺；另一類是相對(duì)獨(dú)立型，如在電感測(cè)微儀上測(cè)量工件時(shí)所用的量塊。
根據(jù)基準(zhǔn)元件體現(xiàn)的基準(zhǔn)量值個(gè)數(shù)可分為單值基準(zhǔn)量與多元基準(zhǔn)量。量塊屬于單值基準(zhǔn)量，多刻線線紋尺，度盤等屬于多元基準(zhǔn)量。
根據(jù)計(jì)算量值的方法基準(zhǔn)量又可分為絕對(duì)碼與增量碼兩類。線紋尺、度盤、碼盤均屬于絕對(duì)碼基準(zhǔn)量，光柵、激光干涉標(biāo)尺等屬于增量碼基準(zhǔn)量。
按所體現(xiàn)的被測(cè)參數(shù)劃分，幾何量測(cè)量中，基準(zhǔn)量可分為長(zhǎng)度基準(zhǔn)量、角度基準(zhǔn)量和復(fù)合參數(shù)基準(zhǔn)量。復(fù)合參數(shù)基準(zhǔn)量又包括綜合參數(shù)基準(zhǔn)量與函數(shù)參數(shù)基準(zhǔn)量。
常用的長(zhǎng)度基準(zhǔn)量有光波波長(zhǎng)，平面平行量塊、光柵尺、長(zhǎng)感應(yīng)同步器、磁尺、絲桿等。
角度基準(zhǔn)量有度盤、角度量塊、光柵盤、圓感應(yīng)同步器、磁盤、多面棱體，多齒分度盤等。
復(fù)合參數(shù)基準(zhǔn)量包括綜合參數(shù)基準(zhǔn)量與函數(shù)參數(shù)基準(zhǔn)量?jī)深?。綜合參數(shù)基準(zhǔn)量通常用樣板，樣件體現(xiàn)。如表面粗植度樣板、圓度標(biāo)準(zhǔn)樣件等。函數(shù)參數(shù)基準(zhǔn)量如標(biāo)準(zhǔn)縲旋線，漸開線等。
根據(jù)基準(zhǔn)量部件的工作原理，基準(zhǔn)量又可分為端面式、線紋式、光柵式、編碼器式、感應(yīng)同步器式、光干涉標(biāo)尺式等。
三、常用傳感器的基準(zhǔn)置部件端面式基準(zhǔn)量部件利用實(shí)體兩個(gè)端面之間的距離或夾角作為長(zhǎng)度或角度基準(zhǔn)。常用的端面式基準(zhǔn)量有量塊、絲桿等；端面式角度基準(zhǔn)量部件有角度量塊，多面棱體和多齒分度盤等。一些復(fù)合參數(shù)基準(zhǔn)量樣板或樣件就實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)也屬于端面式基準(zhǔn)量。
量塊為常用的端面式基準(zhǔn)量，它與利用刻劃等方式取得的基準(zhǔn)量相比，有以下優(yōu)點(diǎn)：可以通過修正達(dá)到篼精度。
可以直接與光波波長(zhǎng)進(jìn)行比較。
因量塊材料的膨脹系數(shù)與被測(cè)件接近，溫度因素帶來(lái)的誤差較小。
量塊屬單值基準(zhǔn)量，為獲取不同的基準(zhǔn)量值，需若干量塊W合，比麻煩。
量塊體現(xiàn)量值不好細(xì)分。
端面在使用中容易損傷。
因此，對(duì)量塊的主要要求是：a：尺寸和形狀精度高，*b：穩(wěn)定性好；c：研磨性好；d：研合性好。
所以‘量塊材料選取要合適’熱處理工藝要合理，表面粗糖要求較篼，一般須在0.012mm以上。
因量塊'為單值基準(zhǔn)量，使用不方便，因此國(guó)外曾制作了一種步距規(guī)。絲桿可以看作一種變態(tài)的步距規(guī)。它不僅是多值基準(zhǔn)量，也種連續(xù)基準(zhǔn)量。轉(zhuǎn)動(dòng)不同角度‘可實(shí)現(xiàn)不同位移量，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)分。
絲桿誤差分為累積誤差與周期誤差。絲桿作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)量要求加工精度篼，變形與磨損小，因此材料選取上熱處理工藝尤為重要。
絲桿基準(zhǔn)量部件的位移檢出機(jī)構(gòu)常采用螺母，它與跟絲桿螺旋線上某一點(diǎn)上接觸的檢出機(jī)構(gòu)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：在嚙合范圍內(nèi)，對(duì)絲桿有平均作用。
可以采用修正機(jī)構(gòu)‘進(jìn)行誤差辛唯。
角度量塊就其優(yōu)點(diǎn)而言‘與平行平面量塊相似。但是，其缺點(diǎn)是：由于其使用不方便，應(yīng)用面較窄，主要用于相對(duì)測(cè)量。
多面棱體按其結(jié)構(gòu)分為兩類：一類是用玻璃整體制成的多面體，表面鍍膜增進(jìn)反射性能。另一類是用分高的光學(xué)反射鏡分別裝到鋼制的多面體各表面上，第二類應(yīng)用是目前發(fā)展趨勢(shì)。
多面棱體因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用一定的工藝方法，可以獲得較篼的精度。其特點(diǎn)是：使用得當(dāng)，不存在磨損和劃傷等問題。
由于自準(zhǔn)儀的要求，反射面積不能太小，因而棱鏡面數(shù)不能太多。
作為基準(zhǔn)部件的多面棱體有以下幾點(diǎn)要求：多面棱體本體及反射鏡材料穩(wěn)定性要好。
多齒分度盤是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的利用平均效應(yīng)實(shí)現(xiàn)精度圓分度的角度基準(zhǔn)量。
多齒分度盤的優(yōu)點(diǎn)如下：所有齒輪參加咕合，平均效應(yīng)顯著，分度精度篼。
多齒分度盤的缺點(diǎn)如下：測(cè)量過程比較麻煩，必須經(jīng)過脫開動(dòng)合三個(gè)步*.（二）線紋式基準(zhǔn)量部件線紋式基準(zhǔn)量部件是利用刻劃在實(shí)物上的兩條刻線之間的距離或夾角作為長(zhǎng)度或角度基準(zhǔn)。常用的主要有兩種：線紋尺和度盤。
線紋式基準(zhǔn)量所選用材料主要有金屬和玻璃兩類。金屬尺的優(yōu)點(diǎn)是：加工性能好；一般情況下，因被測(cè)件與基準(zhǔn)尺材料膨脹系數(shù)接近，溫度變化引起的誤差小。玻璃尺的優(yōu)點(diǎn)是：讀數(shù)裝置可采用透射照明、亮度、襯度比較好，而且標(biāo)尺易于復(fù)制。
（三）光柵式基準(zhǔn)量部件計(jì)量光柵可以看作是一種刻線很密的標(biāo)尺和度盤。幾何量測(cè)量中常用節(jié)距W=0.008~0.05mm的光柵尺，以及整圓上刻劃5400-64800線的光柵盤。與標(biāo)尺和度盤不同在于，計(jì)量光柵不是根據(jù)個(gè)別刻線的位置，而是利用它所形成的莫爾條紋來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量的。
莫爾條紋主要是由光的干涉和衍射現(xiàn)象麗成的。莫爾條紋有以下主要特征：平均效應(yīng)：莫爾條紋是由光柵的大量刻線共同形成的，它反映了兩組刻線的平均位置，對(duì)刻線誤差有平均作用‘因而能在很大程度上減少單個(gè)和積累刻劃誤差的影響’提篼精確程度。
對(duì)應(yīng)關(guān)系：光柵移動(dòng)，刻線交點(diǎn)位置移動(dòng)，亮帶、暗帶同時(shí)移動(dòng)；光柵移動(dòng)一個(gè)柵矩，莫爾條紋變化一個(gè)周期。
放大作用：莫爾條紋的間距遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于光柵間距。
與線紋式基準(zhǔn)量相比‘光柵式基準(zhǔn)量有以下優(yōu)缺點(diǎn)。
利用莫爾條紋發(fā)出讀數(shù)，當(dāng)量小，便于細(xì)分，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。
利用莫爾條紋的平均效應(yīng)可以減少光柵刻劃單個(gè)和積累誤差造成影響。
莫爾條紋在視場(chǎng)范圍內(nèi)沿刻線方向能提供一條照度E近似按正弦規(guī)律變化的曲線，為細(xì)分創(chuàng)造了方便條件。
莫爾條紋讀數(shù)主要根據(jù)光通量變化進(jìn)行測(cè)量，不需精確成像，光學(xué)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
加工困難，精度較差；*需要加一套電器，成本提高。
與感應(yīng)同步器、磁柵相比較，光柵有下列優(yōu)缺點(diǎn)。
莫爾條紋的光電輸出信號(hào)較大。
便于取出多路有一定相差的信號(hào)。
光柵與它自身形成的莫爾條紋，可以完全排除氣隙變化對(duì)信號(hào)的影響。
1）對(duì)外界環(huán)境要求較嚴(yán)。
溫度變化產(chǎn)生誤差較大。
莫爾條紋信號(hào)為直流信號(hào)，放大時(shí)容易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。
編碼器包括碼尺與碼盤，碼尺用于測(cè)長(zhǎng)，碼盤用于測(cè)角。二者均屬于絕對(duì)碼基準(zhǔn)量。
編碼器一般為二進(jìn)制。碼盤每一個(gè)角度對(duì)應(yīng)不同的編碼。在測(cè)量時(shí)，只要根據(jù)碼盤的起始和終止位置，就可以確定轉(zhuǎn)角，與中間過程無(wú)關(guān)。碼尺從結(jié)構(gòu)上看好象是一些不同柵距的光柵尺平行地排列在一起；碼盤好象是一些不同柵距的光盤同心地套在一起，從讀數(shù)原理而言，與光柵完全不同。它不是通過莫爾條紋來(lái)讀數(shù)，而是利用狹縫，根據(jù)各個(gè)碼道透光與不透光來(lái)讀取它對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼，通過譯碼顯示電路直接顯示線位置或角度位置。
由于微小的制作誤差存在，很可能造成讀數(shù)的粗誤差，為避免粗誤差，通常采用雙讀數(shù)頭法和用循環(huán)碼代替二進(jìn)制碼。
C五）感應(yīng)同步器式基準(zhǔn)量部件感應(yīng)同步器是利用電磁感應(yīng)原理將位移量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并以數(shù)字脈沖形式輸出的傳感器。
感應(yīng)同步器有長(zhǎng)感應(yīng)同步器和圓感應(yīng)同步器。長(zhǎng)感應(yīng)同步器由定尺、滑尺組成。定尺為連續(xù)繞組固定在儀器基座上?；咄ǔＥ溆姓一蛴嘞依@組安裝在儀器工作臺(tái)下，繞組做成W型或U型。圓感應(yīng)同步器由定子、轉(zhuǎn)于兩部分組成。
感應(yīng)同步器誤差包括零位誤差和細(xì)分誤差兩種：零位誤差：零位誤差是指只有一組激磁繞組情況下，定子輸出零電壓的點(diǎn)偏高nw/2的誤差（其中w為定尺節(jié)距，n為整數(shù)）。零位誤差產(chǎn)生的主要原因有刻線誤差，安裝誤差，變形誤差及附加電勢(shì)等。
細(xì)分誤差：細(xì)分誤差的產(chǎn)生，除電路原因之外，主要是由于感應(yīng)同步器定尺輸出信號(hào)不符合感應(yīng)電勢(shì)與位移、節(jié)距的關(guān)系所引起的。由于制作和細(xì)分誤差等原因，感應(yīng)同步器必須合理選取參數(shù)。
通常感應(yīng)同步器定尺節(jié)距W=2mm，圓感應(yīng)同步器角節(jié)距有4（T，1*，1*2（T，2*等。
?。┐艝攀交鶞?zhǔn)量部件由磁柵與讀取磁頭兩部分組成。
磁盤用來(lái)測(cè)量角位移，磁尺用來(lái)測(cè)量線位移。
磁尺主要分為帶狀磁尺、線型磁尺和尺型磁柵。尺型磁柵是在一根絕磁材料制成的尺基上鍍一層Ni-Co或Ni*Co-P磁性薄膜，然后錄制而成，磁頭與磁柵不接觸使用。磁尺通過片簧結(jié)構(gòu)固定在磁頭架上，工作中磁頭架沿磁尺的基準(zhǔn)面運(yùn)動(dòng)。線型磁尺是在2mm的青銅線材上電鍵鎳1合金，然后錄磁得到，磁頭套在線型磁尺上，二者之間有很小間隙。帶狀磁尺是在一條寬約20mm，厚0.2mm的銅帶上鍍一層鎳-鈷合金磁膜，然后錄制而成。磁頭在接觸狀態(tài)下讀取信號(hào)。
磁盤與尺型磁柵一樣也是由基體、磁膜等部分組成。
錄制方便、時(shí)間短、成本低，可刪除重新錄制。
可方便錄制任意節(jié)距的磁棚。
帶狀可做得很長(zhǎng)，線型可做得很小。
錄制時(shí)，可避免安裝誤差，修正累積誤差。
磁柵是利用漏磁通變化來(lái)產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)的，磁柵節(jié)距減小，其輸出靈敏度相應(yīng)下降。通常磁柵選為2mm，磁盤節(jié)距為幾分至幾十分。
?。ㄆ撸┕飧缮媸交鶞?zhǔn)量部件利用光的干涉原理，將光波波長(zhǎng)作為測(cè)長(zhǎng)的基準(zhǔn)量。其原理是，利用光程差，產(chǎn)生干涉條紋，干涉條紋周期變化，光電輸出信號(hào)也同期變化；根據(jù)變化的周期數(shù)，確定所測(cè)長(zhǎng)度位移量。（下轉(zhuǎn)第84頁(yè)）應(yīng)有便捷的聯(lián)系，與起居廳共同組成室內(nèi)的公共活動(dòng)區(qū)。衛(wèi)生間應(yīng)盡可能靠近臥室區(qū)，廁所的門應(yīng)避免開向起居廳。當(dāng)設(shè)兩個(gè)衛(wèi)生間時(shí)，其中一個(gè)應(yīng)設(shè)在公共使用方便的部位。廚房、衛(wèi)生間應(yīng)便于與集中管道聯(lián)系，減少管線的安裝長(zhǎng)度。
廚房類型分操作型與餐室型，面積相應(yīng)為大于6平方米和8平方米。廚房設(shè)施布置以“一空間，一個(gè)封閉設(shè)便器和洗浴設(shè)施，浴室宜能放置1.5米長(zhǎng)浴室或預(yù)留位，另一個(gè)開敞空間設(shè)盥洗設(shè)備，并留放置洗衣機(jī)的位置。
廚房應(yīng)按洗、切、燒、C的基本功能要求，配置相應(yīng)設(shè)施，并根據(jù)不同套型配置不同檔次的廚具。
廚房?jī)?nèi)應(yīng)設(shè)排油煙機(jī)及風(fēng)道。風(fēng)道應(yīng)滿足順暢、不串氣、不傳聲的要求，當(dāng)采用直排風(fēng)道時(shí)應(yīng)注意解決二次污染的問題。熱水器安裝在廚房時(shí)，應(yīng)留有安裝位置，要便于通風(fēng)換氣和管道、煙道的安裝。廚房照明除頂部照明外，在主要操作而應(yīng)配置局部照明。電氣插座位置應(yīng)方便排油煙機(jī)及電炊具等的安裝與使用。衛(wèi)生間應(yīng)滿足浴、便、洗面、洗滌器功能的要求，合理布置相應(yīng)設(shè)施，并可適當(dāng)分間。標(biāo)準(zhǔn)高的套型，可設(shè)2~3個(gè)衛(wèi)生間。衛(wèi)生間應(yīng)考慮洗衣機(jī)的位置，有關(guān)電器、給排水管道應(yīng)安裝到位。衛(wèi)生間除頂部照明外，化妝、洗面應(yīng)配置局部照明。
應(yīng)設(shè)集中管井和水平管道區(qū)。廚房?jī)?nèi)較長(zhǎng)的水平管道宜設(shè)在廚柜后面或下方墻角處的空間中。衛(wèi)生間的水平管道設(shè)在用具的下面。遠(yuǎn)離集中管道的便器，廚房廢水應(yīng)單獨(dú)設(shè)置排水主管，注意隱蔽和暗藏。電路敷設(shè)應(yīng)分為照明和家電，氣裝置兩個(gè)回路，電表容量充足，并裝漏電保護(hù)器。
廚房、衛(wèi)生間墻面裝修以便于清潔、衛(wèi)生的瓷磚或不擦洗的涂料為主，其地面應(yīng)以防滑材料為主。
宜采用淺顯明快的色彩，廚具、潔具、墻面、地面的各種色彩應(yīng)協(xié)調(diào)、統(tǒng)一、和諧。宜使用優(yōu)質(zhì)的推拉門、折疊門；油漆及飾面材料應(yīng)便于清洗。文稿責(zé)編丁翔Q上接第97頁(yè)）以光波波長(zhǎng)作為基準(zhǔn)量進(jìn)行測(cè)量，因此對(duì)光波波長(zhǎng)要求很高：即單色性能好。穩(wěn)定性高，再現(xiàn)性好。波長(zhǎng)變化，頻率變化都會(huì)影響測(cè)量精度；單色性影響量程。超過量程，就看不清干涉條紋了。
激光是一種基于受激發(fā)射，通過在諧振腔內(nèi)形成振蕩而發(fā)出的新型光，它具有單色性好，亮度篼，方向性好等許多優(yōu)點(diǎn)‘所以，激光在工程測(cè)量中應(yīng)用很廣泛。
激光干涉基準(zhǔn)量就是充分利用激光的優(yōu)點(diǎn)，與光柵、感應(yīng)同步器等相比較，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：因單色性好，波長(zhǎng)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因而精度高。
可以作大位移測(cè)量，不須做很長(zhǎng)的基準(zhǔn)尺，因而測(cè)量簡(jiǎn)單。
基準(zhǔn)量自身脈沖當(dāng)量很小，所需細(xì)分?jǐn)?shù)小。
產(chǎn)生光電信號(hào)強(qiáng)，信噪比篼。
缺點(diǎn)：1、對(duì)環(huán)境要求較嚴(yán)。2、測(cè)量數(shù)據(jù)必須經(jīng)過脈沖當(dāng)量轉(zhuǎn)換。3、在角度測(cè)量中應(yīng)用不廣泛。
計(jì)量水平是衡量一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展水平高低的主要指標(biāo)之一。計(jì)量離不開基準(zhǔn)，只有充分了解掌握好基準(zhǔn)量，才能夠更好地應(yīng)用基準(zhǔn)，提篼基準(zhǔn)精度，發(fā)展計(jì)量事業(yè)。文稿責(zé)編袁龍軎
來(lái)源：中國(guó)刀具網(wǎng)
