JJG341-1994光柵線位移測量裝置.pdf

UU櫥中華人民共和國國家計量檢定規(guī)程J J G 3 41 - 1 9 9 4光 柵 線 位 移 測 量 裝 置Gr a t i n g L i n e a r Di s p l a c e me n tMe a s u r i n g D e v i c e1 9 9 4 一0 5 一0 6發(fā)布1 9 9 4 一1 2 一0 1 實施國 家 技 術 監(jiān) 督 局發(fā) 布J J G 3 4 1 -1 9 9 4光柵線位移測量裝置 檢 定 規(guī) 程V e r i f i c a t i o n R e g u l a t io n o f G r a t i n g廣。 . 口. O. 0 . 。， 。 . 0. 0 . O. 0.0. 0 . 0. 口“弓己勺舀J J G 3 4 1 -1 9 9 4令己L i n e a r D i s p l a c e m e n t Me a s u r i n g(,、.o. o.0. o. 0 . 口. o.o. 0.o. o. o . o. o.夕De v i c e 本檢定規(guī)程經(jīng)國家技術監(jiān)督局于 1 9 9 4 年 0 5 月 0 6日 批準， 并自 1 9 9 4年 1 2 月 0 1日 起施行。歸 口單位: 中國測試技術研究院起草單位: 中國測試技術研究 院本規(guī)程技術條文由起草單位負責解釋J J G 3 4 1 - 1 9 9 4本規(guī)程主要起草人: 饒家崇 參加起草人: 郭健蓉 張恒( 中國測試技術研究院)( 中國測試技術研究院)( 中國計量科學研究院)J J G 3 4 1 - 1 9 9 4目錄一概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 )二檢定項 目和檢定條件 ， 一( 1 )三技術要求和檢定方法 一( 2)四用激光干涉測長儀檢定光柵裝置的準確度 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( q )五用長光柵 比較儀檢定光柵裝置的準確度 ， ， ， 一( 8)六檢定結果處理和檢定周期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 8 )附錄各種溫度的飽和蒸氣壓表 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 9 )J J G 3 41 -1 9 9 4光柵線位移測量裝置檢定規(guī)程本規(guī)程適用于新制造 、使用中和修理后的光柵線位移測量裝置的檢定。一概述1 光柵線位移測量裝置 ( 以下簡稱光柵裝置)是以光柵作為測量元件 ，用光柵線位移傳感器 ( 以下簡稱光柵傳感器)將線位移量通過光柵數(shù)顯表，以數(shù)字顯示的線位移測量裝置。2 光柵裝置主要由光柵傳感器 ( 包括專用電纜)和光柵數(shù)顯表兩部分配對組成。3 光柵傳感器按結構分為開啟式和封閉式;按型式分為帶參考零位和不帶參考零位的光柵傳感器。4 光柵數(shù)顯表按功能分為普通型和多功能型光柵數(shù)顯表。二檢定項 目和檢定條件光柵裝置的檢定項 目和主要檢定工具如表 1 所示。 表t序號檢定項目主要檢定工具檢定類別新制的修理后使用中1外 觀十2機 械性能+3功 能十十+4細分誤差激光干涉測長儀或長光柵比較儀+十十+5回程誤差+十+6重 復性十十+7穩(wěn) 定度+斗+8準 確度注:表中 “ +”表示應檢定，“ 一”表示可不檢定。光柵裝置檢定時的溫度以 2 0為標準。檢定溫度應滿足表 5的各項要求。光柵裝置在檢定前要放置在檢測室內(nèi)平衡溫度 ， 其時間不少于 1 2 h o光柵裝置在接通電源 1 0 mi n 后方可進行檢定。襯bl了8.I d G 3 4 1 - 1 9 9 4三技術要求和檢定方法9 外觀9 . 1 要求 光柵傳感器和光柵數(shù)顯表外表面不應有明顯的缺陷和機械損傷，各表面應色澤均勻。各電源線、信號線接口位置在外殼上應明確標示。各標牌和面板上的數(shù)字 、文字、標志、符號必須端正清晰。光柵傳感器和光柵數(shù)顯表上必須標有制造廠名稱或廠標、型號及出廠編號。 對修理后和使用中的光柵裝置允許有不影響計量性能的缺陷。42 檢定方法 目測及手感。1 0 機械性能1 0 . 1 要求1 0 . 1 . 1 光柵裝置各緊固螺釘應牢固無松動現(xiàn)象。各插頭、插座應接觸可靠無松動。1 0 . 1 . 2 各操作鍵和按鈕應靈活，接觸 良 好可靠。1 0 . 1 . 3 封閉式光柵傳感器的光柵讀數(shù)頭在尺體全長上的運動要靈活 自 如。1 0 . 2 檢定方法 目測及手感。1 1 功能1 1 . 1 要求 光柵裝置的基本功能是在有效長度范圍內(nèi)均能正確顯示長度位移量值。光柵數(shù)顯表上的清零、置數(shù)、置 “ +”或 “ 一” 、計數(shù)等功能正常。其附加功能按產(chǎn)品技術文件要求。 具有參考零位功能的光柵裝置，參考零位功能應正確。1 1 . 2 檢定方法 開啟光柵裝置電源，在有效長度范圍內(nèi)和參考零位附近相對往復移動光柵讀數(shù)頭或光柵尺 ，觀察光柵數(shù)顯表正確計數(shù)的顯示;運動方向相反時，累加數(shù)值應為負號。在相對靜止時，分別按動光柵數(shù)顯表面板上各功能按鈕以檢查其清零、置數(shù)、置 “ +”或“ 一”等功能。1 2 細分誤差1 2 . 1 要求:見表 2 01 2 . 2 檢定方法 在光柵傳感器的有效長度范圍的起始、中間和末尾 3 處各選擇 1 個測量點，在 1 個柵距內(nèi)，以每 1 個細分當量為 1 測量點，按準確度檢定的方式進行檢定。光柵數(shù)顯表顯示值的變化量即為細分誤差。1 3 回程誤差 2J J G 3 4 1 - 1 9 9 41 3 . 1 要求 :見表 2 0表2分辨率/ p m細分誤差回程誤差重復性穩(wěn)定度脈沖當量數(shù)/ 個 0. 222221 3 . 2 檢定方法 在光柵傳感器的有效長度范圍的起始 、中間和末尾 3 處各選擇 1 個測量點，使光柵讀數(shù)頭從此點移動最少 5 0 m m后正、返程移動經(jīng)過此點 ，重復 6 次測量，光柵數(shù)顯表顯示值的變化量即為回程誤差。1 4 重復性1 4 . 1 光柵裝置重復性1 4 . 1 . 1 要求:見表 2 01 4 . 1 . 2 檢定方法 在光柵傳感器有效長度范圍內(nèi)選擇 1個測量點，使光柵讀數(shù)頭同向移動經(jīng)過此點，重復 6 次測量，光柵數(shù)顯表顯示值的變化量即為重復性。1 4 . 2 對帶參考零位的光柵裝置，還應檢定參考零位處的重復性。1 4 . 2 . 1 要求 不大于 1 個最小分辨率。1 4 . 2 . 2 檢定方法 在光柵傳感器的參考零位處對光柵數(shù)顯表置零或置一任意數(shù)，使光柵讀數(shù)頭正、返程移動經(jīng)過此點 ，重復 6次測量，讀取參考零位的值，其變化量即為參考零位的重復性 。1 5穩(wěn)定度1 5 . 1 要求:見表 2 0巧. 2 檢定方法 在檢定條件下 ，將安裝調(diào)整好的光柵裝置開機 1 0 m i n 后，讀取 4 h內(nèi)每隔 0 . 5 h 光柵數(shù)顯表的示值，其變化量即為穩(wěn)定度。1 6 準確度1 6 . 1 要求 在有效長度范圍內(nèi)，光柵裝置的準確度分為 6 個級 ( 見表 3 ) 。每個級的準確度以誤差峰一 峰值 A ( 即最大間距誤差)表示 ， 按表 3的公式計算，或以實際誤差曲線表示;也可用數(shù)值 A 的 1 / 2 冠以 “ 士”號表示。 光柵尺的線膨脹系數(shù)應在儀器出廠證書上注明。 3d 7 G 3 4 1 - 1 9 9 41 6 . 2 檢定方法 用激光干涉測長儀或長光柵 比較儀檢定。 表級別123456準確 度A / p m0. 2 + L/ 10 0 0 0 . 5+2 L/ 1(X 舊 1 + 4 L/ 1 冰3+7 L/ 1 0 0 05 + 1 5 L / 1 0 0 0 1 0 + 3 0 L / 1 0 0 0注;表中 L為光柵裝置的有效長度，單位為mm.四用激光干涉測長儀檢定光柵裝置的準確度1 7 激光干涉測長儀應檢定合格，其總不確定度應為被檢定的光柵裝置總不確定度的1 / 3或高一個數(shù)量級。1 8 光柵傳感器的安裝1 8 . 1 要求 應符合產(chǎn)品安裝技術要求。1 8 . 2 檢定方法 將光柵傳感器安裝在儀器的工作臺上，使其符合阿貝原則。用電感測微儀、千分表或百分表測量光柵尺刻線面或光柵傳感器安裝調(diào)整面和側面，移動工作臺，調(diào)整光柵尺，使其符合產(chǎn)品安裝的技術要求。1 9 光柵信號質量的檢查1 9 . 1 要求 對光柵傳感器輸 出的兩路正交 的電信號的質量要求見表 4 ，并符合細分誤差的要求。 表4信號參數(shù)全 行 程 中 的 變 化1 一2級3 一6級信 號失真度G 1 0 %簇2 0%正交性9 0 。 士1 0 09 0 0 士 3 0 0幅值變 化率鎮(zhèn) 1 0 %(2 0%直流電平變化率鎮(zhèn)1 0%-2 0%注 : 幅 值( ， ) 變 化 率 稱萬 I . . 畏 蘭 里 票 不， 為 光 柵 信 號 交 流 幅 值 的 變 化 率 。 、 ， x寧 I m i. I / L1 9 . 2 檢定方法 光柵傳感器調(diào)整好后 ，用雙蹤示波器觀察光柵傳感器輸出或光柵數(shù)顯表輸人的兩路J J G 3 4 1 - 1 9 9 4信號， 在有效長度行程中， 信號的 質量應符合表4 的 要求。 對1 - - - 2 級光柵裝置用失真度測量儀、 相位計或其它符合檢定要求的儀器和方法( 如諧波分析法)檢查，信號的質量應符合表 4的要求。2 0 溫度測量2 0 . 1 要求:見表 5 0 表5級別光柵尺對 2 0 允許偏差一次測量中尺溫波動一次測量 中氣溫波動1士 0. 50 . 0 5簇0. 0 62士 0 . 50. 0 80 . 13 一 4士 1簇0. 10 . 25 一 6士3蕊O. 5鎮(zhèn)0 . 82 0 . 2 檢定方法 光柵傳感器調(diào)整好后 ，在工作臺上至少等溫 1h ，待達到表 5 要求后方能檢定。 光柵尺及保溫罩內(nèi)空氣的溫度可采用銅一 康銅溫差熱電偶測量。測量時，將熱電偶工作端貼附在光柵尺上和置于光路附近，熱電偶標準端置于保溫瓶內(nèi)，標準端處溫度由不確定度為 0 . 0 1的水銀溫度計進行測量。測量熱電偶電動勢的檢流計的靈敏度應不低于 1 0 一 9 A. 按公式 ( 1 )計算光柵尺的溫度: t G= t n , +A t , ( 1 )式中: t G 光柵尺的溫度測得值; t L 熱電偶標準端處水銀溫度計讀數(shù)值; A t m 熱電 偶標準端處水銀溫度計在 t m 值時檢定證書給出的修正值。 按公式 ( 2 )對長度進行修正 : A L L =a ( 2 0 一t G ) L ( 2 )式中:a 光柵尺的線膨脹系數(shù) ; t G 光柵尺的溫度; L 被測長度。 三級以下光柵尺也可用分辨率不低于0 . 1 的水銀溫度計測量。水銀溫度計應經(jīng)過檢定并給出修正值，其檢定不確定度應小于0 . 1。2 l 空氣折射率測量 5 J J G 3 41 -1 9 9 42 1 . 1 用埃德倫 ( E d l e n )公式方法間接測量空氣折射率 用氣壓計、 濕度計和溫度測量裝置測量出檢定環(huán)境的 氣壓p 、 絕對濕度f 、 空氣溫度: ， 代人埃德倫公式， 求出與 正常狀態(tài) ( p = 1 0 1 . 3 2 5 k P a , . f = 1 . 3 3 3 k P a , t = 2 0 t )時折射率的 差值對測量長度的 影響量 1 o A l=( 0 . 9 2 9 x ( t 一 2 0 ) 一2 . 6 8 5 x ( p一1 0 1 . 3 2 5 ) + 0 . 4 2 x ( f 一1 . 3 3 3 ) ) L x 1 0 - 6 ( 3 )式中:L 被測長度; t 空氣溫度 ， ; p 氣壓， k P a ; f - -濕度，k P a o 如果某地區(qū)的氣壓與正常狀態(tài)相差很大時 ，應按埃德倫微分公式換算相應于式 ( 3 )的各項常數(shù)值。2 1 . 1 . 1 空氣溫度測量 空氣溫度測量見第 2 0 條。激光干涉儀保溫罩 內(nèi)的空氣溫度在一次測量過程中的波動應符合表 5的要求。2 1 . 1 . 2 氣壓測量 從氣壓計上讀出示值，按檢定證書上給出的修正值及使用說明書上給出的各項修正公式修正到正常狀態(tài) ( 溫度為 2 0，緯度為 4 5 的海平面)的氣壓值。 氣壓計應經(jīng)過檢定并給出修正值 ，其檢定不確定度應小于 2 6 . 6 P a 在一次測量過程中氣壓的波動應符合表 6的要求。 表6 P a級別一次測量過程中氣壓 的波動1一 2(2 63 一 6毛 1 0 62 1 . 1 . 3 濕度測量 本公式中的濕度為絕對濕度，可采用通風式濕度計測量 ，按公式計算: 。一0 . 1 3 3 3。( t 一t ) )( 4 )式中:1 一 一絕對濕度，k P a ;當空氣溫度為 t 時的飽和蒸氣壓，k P a ，查附錄的表;系數(shù)，標準狀態(tài)下為 0 . 5 。 也可用毛發(fā)濕度計測量相對濕度，再將相對濕度換算成絕對濕度;或將公式 ( 3 )中的絕對濕度換算成相對濕度進行計算。2 1 . 2 用折射率干涉儀測量空氣折射率 6.1 J G 3 4 1 - 1 9 9 42 1 . 2 . 1 折射率干涉儀的不確定度應小于 2 x1 0 - o2 1 . 2 . 2 每一次測量過程中折射率的變化應符合表 7的要求。 表7級別一次測量過程中折射率的變化1 一 2小于 1 x1 0 一 73 一 6小于 2 x 1 0- 72 2 計算測量狀態(tài)下的脈沖當量 Q 將測得的 l與 2 ， 的代數(shù)和 值換算到對每一個脈沖當量的修正值 Q。 O Q =( A l +A l e ) Q/ L式中:L 被測長度; Q n 標準 狀態(tài)下的 脈沖當量。 計算脈沖當量:( 5 )式中:幾 n 標準狀態(tài)下的激光波長值; N對計數(shù)干涉條紋的倍頻數(shù)。2 3 將 Q值輸人計算機或將測得的氣壓、機計算 Q值，然后開始測量。二 幾 . I N 濕 度 、尺溫 和空氣 溫度輸人 計算 機 ，( 6 )由計 算 計算機要有自校功能。檢定前應進行 自校，確保無誤后方能進行檢定。2 4 測量方式 光柵裝置安裝調(diào)整好后 ，用光柵數(shù)顯表的細分脈沖采樣，測量兩次，每次測量分別測量空氣折射率，取兩次有效測量值的平均值為測量結果。2 5 鋇 量間隔 可采用整毫米間隔或非整毫米間隔。2 5 . 1 整毫米間隔按光柵系統(tǒng)的準確度級別選取，見表 8 0 表8mm級別測量間隔1 一 2(53一 6(5 0 將整毫米間隔測量結果與細分誤差合成即為光柵裝置的準確度。2 5 . 2 非整毫米間隔按包含最小分辨力的質數(shù)選取測量間隔 ( 例如:分辨力為0 . 0 1 mmJ J G 3 4 1 - 1 9 9 4取 5 . 2 3 m m) ，測量點數(shù)應不小于 2 0 ，其測量結果即為光柵裝置的準確度。2 6 數(shù)據(jù)結果按 G B 8 1 7 0 -1 9 8 7 數(shù)據(jù)修約規(guī)則進行處理。五用長光柵 比較儀檢定光柵裝置的準確度2 7 標準光柵裝置與被檢光柵裝置可在長光柵比較儀上，采用并聯(lián)縱動或串聯(lián)縱動的方式進行比較測量。作為標準器的光柵裝置必須檢定合格。標準光柵裝置總不確定度應為被檢光柵裝置總不確定度的 1 / 3 或高一個數(shù)量級。2 8 在長光柵 比較儀上用串聯(lián)縱動法檢定光柵裝置2 8 . 1 光柵傳感器安裝與 1 8條相同。2 8 . 2 光柵信號質量的檢查與 1 9 條相同。2 8 . 3 溫度測量與 2 0 條相同。 光柵裝置安裝調(diào)整好后，至少平衡溫度 2h ，待溫度各項指標符合表 5要求，而且標準光柵尺和被檢光柵尺的溫差必須小于 0 . 1才能進行測量。若兩者線膨脹系數(shù)之差大于 1 X1 0 - “ 時，需分別用被測出的溫度按公式 ( 2 )對測量值進行修正，修正到正常狀態(tài) 2 0溫度狀態(tài)下。2 8 . 4 測量方式:測量兩次。在各測量點上分別讀取標準光柵裝置和被檢光柵裝置的顯示值，被檢光柵裝置的值與標準光柵裝置的值之差為偏差值。取兩次測量結果的平均值作為檢定結果。2 8 . 5 測量間隔與2 5條相同。2 9 在長光柵比較儀上用并聯(lián)縱動法檢定光柵裝置的準確度，要求兩光柵傳感器盡量靠近并平行于導軌，以減少阿貝誤差的影響，或對其阿貝誤差進行修正，應達到要求的檢定總不確定度。 這種檢定方法的測量步驟及數(shù)據(jù)處理方法均與用串聯(lián)縱動法檢定一樣。六檢定結果處理和檢定周期3 0 光柵裝置按本檢定規(guī)程檢定合格的，出具檢定證書;不符合本規(guī)程要求的發(fā)給檢定結果通知書，并指出不合格項 目。3 1 光柵裝置的檢定周期為 2年。d T G 3 4 1 - 1 9 9 4附錄各種溫度的飽和蒸氣壓表0 . 00. 10. 20 . 30. 40. 50. 60. 70. 80. 988 . 08 . 18. 28 . 28. 38. 38 . 48. 48. 58 . 698. 68 . 78. 78 . 88 . 88. 99 . 09 . 09. 19 . 11 09. 29 . 39. 39 . 49 . 59. 59. 69. 69. 79 . 81 19. 89 . 91 0 . 01 0. 01 0. 11 0 . 21 0. 21 0. 31 0 . 41 0 . 41 21 0. 51 0. 61 0 . 71 0. 71 0. 81 0 . 91 0. 91 1 . 01 1 . 11 1 . 21 31 1 . 21 1 . 31 1 . 41 1 . 51 1 . 51 1 . 61 1 . 71 1 . 81 1 . 81 1 . 91 41 2 . 01 2. 11 2. 11 2. 21 2. 31 2 . 41 2. 51 2. 51 2. 61 2. 71 51 2 . 81 2. 91 3. 01 3 . 01 3. 11 3 . 21 3 . 31 3. 41 3 . 51 3. 51 61 3 . 61 3. 71 3. 81 3 . 91 4. 01 4. 11 4 . 21 4. 31 4. 41 4. 41 71 4. 51 4 . 61 4. 71 4. 81 4. 91 5. 01 5 . 11 5. 21 5. 31 5 . 41 81 5 . 51 5 . 61 5. 71 5 . 8