JJG 341-1994 光栅线位移测量装置检定规程.pdf

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1、ZTZTG 中华人民共和国国家计量检定规程JJG 341-1994 光栅线位移测量装置Grating Linear Displacement Measuring Device 1994一05-06发布1994一12-01实施国家技术监督局发布JJG 341- 1994 光栅线位移测量装置检定规程Verification Regulation of Grating Linear Displacement Measuring Device (/.:*0*0*0*.0*.0_0.0*0*0*.0*0*0_飞;JJG341-1994: 本检定规程经国家技术监督局于1994年05月06日批准，并自199

2、4年12月01日起施行。归口单位:中国测试技术研究院起草单位:中国测试技术研究院本规程技术条文由起草单位负责解释本规程主要起草人:饶家崇参加起草人:郭健蓉张恒JJG 341-1994 (中国测试技术研究院)(中国测试技术研究院)(中国计量科学研究院)JJG 341-1994 目录概述(1 ) 一检定项目和检定条件(1 ) 一技术要求和检定方法(2 ) 四用激光干涉测长仪检定光栅装置的准确度(4 ) 五用长光栅比较仪检定光栅装置的准确度(8 ) 六检定结果处理和检定周期(8 ) 附录各种温度的饱和蒸气压表(9 ) JJG 341 1994 光栅线位移测量装置检定规程本规程适用于新制造、使用中和修

3、理后的光栅线位移测量装置的检定。一概述1 光栅线位移测量装置(以下简称光栅装置)是以光栅作为测量元件，用光栅线位移传感器(以下简称光栅传感器)将线位移量通过光栅数显表，以数字显示的线位移测量装置。2 光栅装置主要由光栅传感器(包括专用电缆)和光栅数显表两部分配对组成。3 光栅传感器按结构分为开启式和封闭式;按型式分为带参考零位和不带参考零位的光栅传感器。4 光栅数显表按功能分为普通型和多功能型光栅数显表。二检定项目和检定条件5 光栅装置的检定项目和主要检定工具如表1所示。表1检定类序号检定项目主要检定工具新制的修理后1 外观+ 2 机械性能+ + 3 功能+ + 4 细分误差激光干涉测长仪或长

4、光栅+ + 5 回程误差比较仪+ + 6 重复性+ 十7 稳定度+ + 8 准确度+ + 注:表中u+表示应检定，-表示可不检定。6 光栅装置检定时的温度以20c为标准。检定温度应满足表5的各项要求。7 光栅装置在检定前要放置在检测室内平衡温度，其时间不少于12h。8 光栅装置在接通电源10min后方可进行检定。别使用中+ + + + + + + 1 JJG 341-1994 -技术要求和检定方法9 外观9.1 要求光栅传感器和光栅数显表外表面不应有明显的缺陷和机械损伤，各表面应色泽均匀。各电源线、信号线接口位置在外壳上应明确标示。各标牌和面板上的数字、文字、标志、符号必须端正清晰。光栅传感器

5、和光栅数显表上必须标有制造厂名称或厂标、型号及出厂编号。对修理后和使用中的光栅装置允许有不影响计量性能的缺陷。9.2 检定方法目测及手感。10 机械性能10.1 要求10.1.1 光栅装置各紧固螺钉应牢固无松动现象。各插头、插座应接触可靠无松动。10. 1. 2 各操作键和按钮应灵活，接触良好可靠。10. 1. 3 封闭式光栅传感器的光栅读数头在尺体全长上的运动要灵活自如。10.2 检定方法目测及手感。11 功能11. 1 要求光栅装置的基本功能是在有效长度范围内均能正确显示长度位移量值。光栅数显表上的清零、置数、置+或一、计数等功能正常。其附加功能按产品技术文件要求。具有参考零位功能的光栅装

6、置，参考零位功能应正确。11.2 检定方法开启光栅装置电源，在有效长度范围内和参考零位附近相对往复移动光栅读数头或光栅尺，观察光栅数显表正确计数的显示;运动方向相反时，累加数值应为负号。在相对静止时，分别按动光栅数显表面板上各功能按钮以检查其清零、置数、置+ 或一等功能。12 细分误差12.1 要求:见表2012.2 检定方法在光栅传感器的有效长度范围的起始、中间和末尾3处各选择1个测量点，在1个栅距内，以每1个细分当量为1测量点，按准确度检定的方式进行检定。光栅数显表显示值的变化量即为细分误差。13 回程误差2 JJG 341-1994 13.1 要求:见表2。表2细分误差回程误差重复性稳定

7、度分辨率/m脉冲当量数/个三三0.23 4 3 2 0.2 2 2 2 2 13.2 检定方法在光栅传感器的有效长度范围的起始、中间和末尾3处各选择1个测量点，使光栅读数头从此点移动最少50mm后正、返程移动经过此点，重复6次测量，光栅数显表显示值的变化量即为回程误差。14 重复性14.1 光栅装置重复性14.1.1 要求:见表2014. 1. 2 检定方法在光栅传感器有效长度范围内选择1个测量点，使光栅读数头同向移动经过此点，重复6次测量，光栅数显表显示值的变化量即为重复性。14.2 对带参考零位的光栅装置，还应检定参考零位处的重复性。14.2.1 要求不大于1个最小分辨率。14.2.2 检

8、定方法在光栅传感器的参考零位处对光栅数显表置零或置一任意数，使光栅读数头正、返程移动经过此点，重复6次测量，读取参考零位的值，其变化量即为参考零位的重复性。15 稳定度15.1 要求:见表2。15.2 检定方法在检定条件下，将安装调整好的光栅装置开机10min后，读取4h内每隔0.5h光栅数显表的示值，其变化量即为稳定度。16 准确度16.1 要求在有效长度范围内，光栅装置的准确度分为6个级(见表3)。每个级的准确度以误差峰峰值A(即最大间距误差)表示，按表3的公式计算，或以实际误差曲线表示;也可用数值A的1/2冠以:1:号表示。光栅尺的线膨胀系数应在仪器出厂证书上注明。3 JJG 341-1

9、994 16.2 检定方法用激光干涉测长仪或长光栅比较仪检定。表3级别1 2 3 4 5 6 准确度A/m0.2十L/1o0.5+2L/ 1 0 1 +4L/ 1)() 3+7L/1000 5 + 15L/1)() 10 + 30L/l 000 注:表中L为光栅装置的有效长度，单位为mm。四用激光干涉泯.长仪检定光栅装置的准确度17 激光干涉测长仪应检定合格，其总不确定度应为被检定的光栅装置总不确定度的1/3或高一个数量级。18 光栅传感器的安装18.1 要求应符合产品安装技术要求。18.2 检定方法将光栅传感器安装在仪器的工作台上，使其符合阿贝原则。用电感测微仪、千分表或百分表测量光栅尺刻线

10、面或光栅传感器安装调整面和侧面，移动工作台，调整光栅尺，使其符合产品安装的技术要求。19 光栅信号质量的检查19.1 要求对光栅传感器输出的两路正交的电信号的质量要求见表4，并符合细分误差的要求。表4全行程中的变化信号参数1-2级3-6级信号失真度三三10%20% 正交性90. :t 10. 90. :t 30. 幅值变化率三三10%主20%直流电平变化率运10%三二20%注:幅值(I门)变化率=(ImmIa皿nmx1咀ax+-ImmI儿in)盯mmn3Nmt)/2 , 19.2 检定方法光栅传感器调整好后，用双踪示波器观察光栅传感器输出或光栅数显表输入的两路4 JJG 341-1994 信号

11、，在有效长度行程中，信号的质量应符合表4的要求。对1-2级光栅装置用失真度测量仪、相位计或其它符合检定要求的仪器和方法(如谐波分析法)检查，信号的质量应符合表4的要求。20 温度测量20.1 要求:见表50表5 级IJ 光栅尺对20t 一次测量中一次测量中允许偏差尺温波动气温波动土0.5三二0.05运0.062 土0.5三二0.08运0.13 - 4 士10.1 0.2 5 - 6 13 三二0.50.8 20 . 2 检定方法光栅传感器调整好后，在工作台上至少等温1h，待达到表5要求后方能检定。光栅尺及保温罩内空气的温度可采用铜-康铜温差热电偶测量。测量时，将热电偶工作端贴附在光栅尺上和置于

12、光路附近，热电偶标准端置于保温瓶内，标准端处温度由不确定度为0.01c的水银温度计进行测量。测量热电偶电动势的检流计的灵敏度应不低于1O-9A。按公式(1)计算光栅尺的温度:t c; = tm + 6. t m 、，r唱EAr，、式中:tG一一光栅尺的温度测得值;tm一一热电偶标准端处水银温度计读数值;6.tm一一热电偶标准端处水银温度计在tm值时检定证书给出的修正值。按公式(2)对长度进行修正:6. Lt =(20 - tG) L (2) 式中:一一光栅尺的线膨胀系数;tG一一光栅尺的温度;L一一被测长度。三级以下光栅尺也可用分辨率不低于0.1c的水银温度计测量。水银温度计应经过检定并给出修

13、正值，其检定不确定度应小于0.1c。21 空气折射率测量5 JJG 341- 1994 21.1 用埃德伦(Edlen)公式方法间接测量空气折射率用气压计、湿度计和温度测量装置测量出检定环境的气压、绝对湿度f、空气温度t，代人埃德伦公式，求出与正常状态(=101.325 kPa, f= 1.333 kPa , t = 20 C) 时折射率的差值对测量长度的影响量6.lno6. ln = (0.929 X (t - 20) - 2.685 x (-101. 325) 式中:L一一被测长度;t一一空气温度，C; 一一气压，kPa; f一一湿度，kPa。+ 0.42 x (f - 1. 333)L

14、X 10-6 (3) 如果某地区的气压与正常状态相差很大时，应按埃德伦微分公式换算相应于式(3)的各项常数值。21.1.1 空气温度测量空气温度测量见第20条。激光干涉仪保温罩内的空气温度在一次测量过程中的波动应符合表5的要求。21.1. 2 气压测量从气压计上读出示值，按检定证书上给出的修正值及使用说明书上给出的各项修正公式修正到正常状态(温度为20C，纬度为450的海平面)的气压值。气压计应经过检定并给出修正值，其检定不确定度应小于26.6Pa。在一次测量过程中气压的波动应符合表6的要求。表6级别一次测量过程中气压的波动1- 2 运26.63 - 6 106.4 21.1. 3 湿度测量本

15、公式中的湿度为绝对湿度，可采用通风式湿度计测量，按公式计算:f = (e一0.1333c (t - t) 式中:f一一绝对湿度，kpa;e一一当空气温度为t时的饱和蒸气压，kPa，查附录的表;C一一系数，标准状态下为0.5。Pa (4) 也可用毛发湿度计测量相对湿度，再将相对湿度换算成绝对湿度;或将公式(3)中的绝对湿度换算成相对湿度进行计算。21.2 用折射率干涉仪测量空气折射率6 JJG 341-1994 21.2.1 折射率干涉仪的不确定度应小于2X 10-7。21.2.2 每一次测量过程中折射率的变化应符合表7的要求。表7级别一次测量过程中折射率的变化12 小于1X 10-7 36 小

16、于2X 10 -7 22 计算测量状态下的脉冲当量Q将测得的t:.ln与t:.1t的代数和值换算到对每一个脉冲当量的修正值t:.Q。t:. Q = (t:. ln + t:.lt )QnIL 式中:L一一被测长度;Qn-一一标准状态下的脉冲当量。计算脉冲当量:Q = nlN 式中:n-标准状态下的激光波长值;N一一对计数干涉条纹的倍频数。5) (6) 23 将Q值输入计算机或将测得的气压、湿度、尺温和空气温度输人计算机，由计算机计算Q值，然后开始测量。计算机要有自校功能。检定前应进行自校，确保无误后方能进行检定。24 测量方式光栅装置安装调整好后，用光栅数显表的细分脉冲采样，测量两次，每次测量

17、分别测量空气折射率，取两次有效测量值的平均值为测量结果。25 测量间隔可采用整毫米间隔或非整毫米间隔。25.1 整毫米间隔按光栅系统的准确度级别选取，见表8。表8口1m级别测量!可隔12 运536 主三50将整毫米间隔测量结果与细分误差合成即为光栅装置的准确度。25.2 非整毫米间隔按包含最小分辨力的质数选取测量间隔(例如:分辨力为0.01mm 7 JJG 341-1994 取5.23mm)，测量点数应不小于20，其测量结果即为光栅装置的准确度。26 数据结果按GB8170-1987数据修约规则进行处理。五用长光栅比较仪检定光栅装置的准确度27 标准光栅装置与被检光栅装置可在长光栅比较仪上，采

18、用并联纵动或串联纵动的方式进行比较测量。作为标准器的光栅装置必须检定合格。标准光栅装置总不确定度应为被检光栅装置总不确定度的1/3或高一个数量级。28 在长光栅比较仪上用串联纵动法检定光栅装置28.1 光栅传感器安装与18条相同。28.2 光栅信号质量的检查与19条相同。28 ,3 温度测量与20条相同。光栅装置安装调整好后，至少平衡温度2h，待温度各项指标符合表5要求，而且标准光栅尺和被检光栅尺的温差必须小于0.1c才能进行测量。若两者线膨胀系数之差大于1x 10 -6时，需分别用被测出的温度按公式(2)对测量值进行修正，修正到正常状态20c温度状态下。28.4 测茧方式:测量两次。在各测量

19、点上分别读取标准光栅装置和被检光栅装置的显示值，被检光栅装置的值与标准光栅装置的值之差为偏差值。取两次测量结果的平均值作为检定结果。28.5 测量间隔与25条相同。29 在长光栅比较仪上用并联纵动法检定光栅装置的准确度，要求两光栅传感器尽量靠近并平行于导轨，以减少阿贝误差的影响，或对其阿贝误差进行修正，应达到要求的检定总不确定度。这种检定方法的测量步骤及数据处理方法均与用串联纵动法检定一样。六检定结果处理和检定周期30 光栅装置按本检定规程检定合格的，出具检定证书;不符合本规程要求的发给检定结果通知书，并指出不合格项目。31 光栅装置的检定周期为2年。8 .JJG 341- 1994 附录各种

20、温度的饱和蒸气压表斗。0.5 0.6 0.9 ) 00-A-r八-: 8-9-N EAU 句J-H QJ l 8.3 8.9 8.4 8.6 9.1 HXH-ZJ一句Jn-1i一?llt呻Ill-l牛III叮气U-勺o-l-2 7-A叶1au一卜223.2 23.3 I 24.6 24.8 : 24.9 I 25 . 1 26.1 26.3 26.4 26.6 27 26.7 26.9 27 . 2 I 27.4 I 27.5 I 27.7 27.9 28.0 28.2 28 28.3 28.5 29.5 29.7 29.9 31.6 31.1 31.3 31.5 32.6 32三一L32.9 33.1 33.3 33.5 注:使用时，用133.3Pa乘以表中所查得数值。9 中华人民共和国国家计量检定规程光栅线位移测量装置JJG 341- 1994 国家技术监督局发布* 中国计量出版社出版北京和平里面街甲2号邮政编码100013 电话(010)64275360北京市迪鑫印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版极所有不得翻印美880 mm X 1230 mm 16开本印张1字数13千字1994年10月第1版2001年10月第2次印刷印数1201-2700统一书号155026- 1458 定价;14.00元