Температурная погрешность

Температурная погрешность возникает вследствие температурных деформаций звеньев размерной цепи схемы измерения (рис. 2.17)

- при отклонениях температуры окружающего воздуха от нормальной;

- при разнице температур объекта измерения и измерительного прибора;

- при разных коэффициентах линейного расширения материалов прибора и объекта измерения.

Рис. 2.17. Размерная цепь схемы измерения

Размерная цепь схемы измерения может быть представлена равенством

C = L – X, (2.36)

где С – размер измерительного преобразователя, изменяющийся под действием измеряемого объекта измерения (замыкающее звено);

X – размер измеряемой величины объекта измерения (уменьшающее звено);

L – длина стойки (увеличивающее звено).

Пренебрегая тепловыми деформациями измерительного преобразователя (звена C – они учитываются инструментальной погрешностью), можно перейти к температурной погрешности измерения :

, (2.37)

где – тепловые деформации стойки, знак минус указывает на уменьшение показаний от этих деформаций при повышении температуры;

– тепловые деформации объекта измерения, знак плюс указывает на увеличение показаний от его деформаций при повышении температуры.

Разность знаков в формуле (2.37) указывает на взаимную компенсацию температурных деформаций. Действительно, в помещении, где температура стабилизирована, хотя и отличается от нормальной (20 °С), температурная погрешность может быть незначительной [8]. Однако практически колебания температуры всегда имеют место. При этом температурная погрешность будет зависеть прежде всего от динамики процессов теплообмена и скорости тепловых деформаций звеньев размерной цепи схемы измерения.

Несмотря на сложность процессов теплообмена, практически было установлено, что температурную погрешность можно определять по наибольшему из двух значений

; (2.38)

, (2.39)

где α – температурный коэффициент линейного расширения (см. табл. 2.7);

α₁ – для материала стойки;

α₂ – для материала объекта измерения;

– температурный режим.

Таблица 2.7

Коэффициенты линейного расширения материалов

Материал	α, 1/град	Материал	α, 1/град
Сталь	(10...13) ·10–6	Твердые сплавы	(10...17)·10–6
Чугун	(10...12) ·10–6	Стекло	(3...11)·10–6
Алюминиевые сплавы	(20...26) ·10–6	Кварцевое стекло	(0,4…0,6)·10–6
Бронзы	(17...19) ·10–6	Инвар	(1...2)·10–6
Латуни	(18...19) ·10–6	Пластмассы	(50...250)·10–6

По формуле (2.38) температурная погрешность определяется по температурным деформациям наиболее протяженного звена L размерной цепи схемы измерения для случая, когда материалы объекта измерения и прибора одинаковы.

Если же материалы различны, то температурная погрешность определяется по температурным деформациям звена с наибольшим коэффициентом линейного расширения (2.39) – обычно это измеряемый размер X объекта измерения.

Под температурным режимом следует понимать наибольший из трех перепадов температур:

1) отклонение от нормальной;

2) разница температур детали и прибора;

3) изменение температуры за время между поднастройками прибора.

Линейная зависимость температурных деформаций от температуры позволяет создавать измерительные приборы с термокомпенсацией. Температурные погрешности могут иметь большие значения и, начиная с размеров 150..200 мм, они становятся преобладающими среди составляющих погрешности измерительного прибора. Например, для интервала размеров 260..360 мм, температурная погрешность при = 5 °C составляет 15 мкм при допускаемой погрешности измерения 25 мкм для 8 квалитета точности.

При измерении отклонений формы и расположения температурная погрешность может отсутствовать, если измерение осуществляется разностным методом, без использования мер для настройки, или если температурные деформации объекта измерения не искажают измеряемое отклонение.