[科普中國(guó)]-因瓦基線尺

簡(jiǎn)介

因瓦基線尺(以下簡(jiǎn)稱基線尺)有線狀和帶狀兩種，屬于國(guó)家線紋檢定系統(tǒng)中的二等標(biāo)準(zhǔn)。因瓦基線尺作為傳統(tǒng)的野外環(huán)境下檢定基線的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)器，也廣泛用于大地控制網(wǎng)中的基線測(cè)量，精密工程，地震形變測(cè)量等測(cè)量中。

因瓦基線尺(工nvar baseline tape)即鐵鎳合金基線尺，是在進(jìn)行傳統(tǒng)的精密距離測(cè)量時(shí)使用，普遍采用溫度膨脹系數(shù)小于0. 5 X 10-6 0 C的鐵鎳合金制成的基線尺。主要有兩種線狀尺和帶狀尺。
因瓦基線尺主要使用場(chǎng)合在實(shí)驗(yàn)室、車(chē)間、野外等環(huán)境中。若使用普通鋼卷尺來(lái)測(cè)量大尺寸的長(zhǎng)度，在溫度多變的野外，由于鋼尺受溫度影響而使其長(zhǎng)度發(fā)生變化，同時(shí)測(cè)溫不準(zhǔn)會(huì)給大尺寸長(zhǎng)度測(cè)量結(jié)果帶來(lái)巨大的誤差。因此，在量距精度要求很高時(shí)，往往使用因瓦(工nvar)基線尺，它是用溫度膨脹系數(shù)很小的因瓦合金鋼制造的(特種超因瓦材料的長(zhǎng)度對(duì)溫度變化的惰性，會(huì)大大提高測(cè)量的準(zhǔn)確度)。

現(xiàn)場(chǎng)使用因瓦線尺時(shí)兩端加載lOkg重錘張力，采用懸測(cè)方式，線狀因瓦線尺只有兩段刻度，無(wú)中間刻度，無(wú)須托平支架，故只能整數(shù)倍距離測(cè)量;帶狀因瓦線尺從外觀上辨別:如普通鋼卷尺、截面為扁平矩形的稱為因瓦帶尺，需要托平支架，采用兩端加載lOkg重錘張力，因瓦帶尺中間0. 5m整數(shù)段有刻度，可測(cè)量量程范圍內(nèi)的任意長(zhǎng)度。前者一般長(zhǎng)24米;后者一般長(zhǎng)50米。尺身無(wú)分劃和數(shù)字注記。在尺兩端各連一個(gè)三棱形的分劃尺，長(zhǎng)8cm，其上最小分劃值為lmmo因瓦基線尺全套由4根主尺、一根8m或4m長(zhǎng)的輔尺組成。不用時(shí)安放在帶有卷鼓的尺箱內(nèi)。常用的線狀尺長(zhǎng)24m，鋼絲直徑1. 65mm，線尺兩端各連接一個(gè)有毫米刻劃的分劃尺，分劃尺刻度為80mm。量距時(shí)用lOkg重錘通過(guò)滑輪引張，使尺子成懸鏈線形狀，線尺兩端分劃尺上同名刻劃線間的直線距離，即懸鏈線的弦長(zhǎng)，是線尺的工作長(zhǎng)度。因瓦基線尺受溫度變化影響極小，量距精度高達(dá)lppm，主要用于作為野外環(huán)境檢定基線的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。

雖然目前有很多光干涉法和精密測(cè)距儀(電磁波測(cè)距儀)等測(cè)量方法，依靠測(cè)量快速使用便捷，在大地測(cè)量中得到了較廣泛應(yīng)用，但由于因瓦基線尺的穩(wěn)定和可靠，我們國(guó)家測(cè)繪及工程測(cè)量中仍然大量使用傳統(tǒng)的因瓦基線尺進(jìn)行大尺寸的測(cè)距，特別是野外大尺寸高精度基線、國(guó)家大地控制網(wǎng)中的基線、地震形變測(cè)量、精密工程測(cè)量等還是要依賴因瓦基線尺來(lái)丈量，并且電磁波測(cè)距儀的儀器常數(shù)和儀器測(cè)量的準(zhǔn)確度還是依賴野外高精度基線來(lái)檢定。

我國(guó)的一、二等基線全是用24m線狀因瓦基線尺丈量的，部分一、二等起始邊是用電磁波a}n,」距儀測(cè)量的。由于新中國(guó)成立前沒(méi)有留下可用的大地測(cè)量數(shù)據(jù)。全國(guó)基線測(cè)量是20世紀(jì)50年代開(kāi)始的，所用的24m線狀因瓦基線尺是從德國(guó)、法國(guó)及蘇聯(lián)進(jìn)口的，也進(jìn)口了少量的24m及30m的帶狀尺?；€丈量工作是分段分節(jié)進(jìn)行的，按照一定的公式計(jì)算基線的全長(zhǎng)。通常所說(shuō)的基線尺長(zhǎng)度是指在200 C時(shí)，尺子兩端以特定拉力(98kN)水平引張于滑輪上且呈懸鏈狀情況下，基線尺兩端同名分劃線之間的水平弦長(zhǎng)，因而還要知道其溫度線膨脹系數(shù)，才能確知在工作時(shí)的長(zhǎng)度。

國(guó)內(nèi)外因瓦基線尺檢定校準(zhǔn)裝置現(xiàn)狀 國(guó)外的基線測(cè)量比長(zhǎng)儀首推國(guó)際計(jì)量局的比長(zhǎng)儀，其標(biāo)準(zhǔn)尺是4米因瓦桿尺，檢定24米基線尺的誤差為士6μm。另外，英國(guó)國(guó)家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的大地測(cè)量比長(zhǎng)儀是50米壁式比長(zhǎng)器，其標(biāo)準(zhǔn)尺是4米因瓦標(biāo)準(zhǔn)尺編號(hào):No. 3060,檢定24米基線尺的誤差為士12μm。而美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)的大地測(cè)量的比長(zhǎng)儀用的是5米鋼制標(biāo)準(zhǔn)尺，標(biāo)準(zhǔn)尺裝在盛滿融解冰的尺盒中，以保持其穩(wěn)定的溫度00 C，采用鋼桿尺是考慮到鋼的長(zhǎng)度穩(wěn)定性優(yōu)于因瓦尺。德國(guó)的大地測(cè)量比長(zhǎng)儀建在德國(guó)聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)內(nèi)，比其他國(guó)家更為考究，它的4米標(biāo)準(zhǔn)尺定期與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)尺編號(hào):No. 23進(jìn)行比對(duì)，在PTB的50米比長(zhǎng)儀上檢定24米因瓦基線尺的極限誤差為士15μm。前蘇聯(lián)的大地測(cè)量比長(zhǎng)儀建在莫斯科測(cè)繪學(xué)院的半地下室，使用3米因瓦桿尺編號(hào):No. 541，每年送列寧格勒全蘇計(jì)量科學(xué)院與代用鉑金的大地測(cè)量長(zhǎng)度工作基準(zhǔn)尺H15進(jìn)行比較，比較工作是在4米萬(wàn)能比較儀的水槽內(nèi)進(jìn)行的。而H15與前蘇聯(lián)國(guó)家基準(zhǔn)米尺編號(hào):No. 28或副基準(zhǔn)米尺編號(hào):No. 11進(jìn)行比較。由基準(zhǔn)米尺經(jīng)過(guò)工作基準(zhǔn)尺傳遞到3m因瓦桿尺編號(hào):No. 541的誤差為士0. 5 μm，前蘇計(jì)量科學(xué)研究院用士1. 0μm表示其極限誤差。我國(guó)的國(guó)家計(jì)量院因瓦基線尺在1961年以前一直在莫斯科測(cè)繪學(xué)院的比長(zhǎng)儀上檢定，其檢定誤差不超過(guò)士15μm。我國(guó)的24米光學(xué)機(jī)械比長(zhǎng)儀在1958年始建于武漢測(cè)繪學(xué)院。由于武漢地區(qū)常年濕度太大，條件不適，由國(guó)家測(cè)繪總局與國(guó)家計(jì)量局協(xié)議于1960年遷至北京國(guó)家計(jì)量院，在國(guó)家計(jì)量局整體規(guī)劃內(nèi)新建。24米光學(xué)機(jī)械比長(zhǎng)儀上的核心是3米標(biāo)準(zhǔn)尺，通稱為3米桿尺，該尺是瑞士“日瓦”CGeneva)廠1900年制造的，材料是鐵鎳合金，其橫斷面為H型，其綜合極限誤差為士1Nm，通過(guò)分段測(cè)量傳遞給由8段組成的過(guò)渡標(biāo)準(zhǔn)檢定器，再由檢定器傳遞給被測(cè)量因瓦基線尺。3米標(biāo)準(zhǔn)尺是1906年在國(guó)際計(jì)量局第一次測(cè)定溫度線膨脹系數(shù)，1908年測(cè)定尺長(zhǎng)，1958年冬運(yùn)來(lái)我國(guó)，其多次在列寧格勒全蘇計(jì)量科學(xué)研究院與3米工作基準(zhǔn)H15比較，檢定結(jié)果的極限誤差為士1μm。自1961年始，3米桿尺由我國(guó)自行檢定。1961-1964年，在6米測(cè)長(zhǎng)機(jī)上用國(guó)家線紋標(biāo)準(zhǔn)尺8161和N563兩支H型因瓦尺作比對(duì)。1965年與1966年，則僅與8161進(jìn)行比對(duì)。從1967年開(kāi)始，3米桿尺尺長(zhǎng)檢定在24m光學(xué)機(jī)械比較儀上附設(shè)的3米比長(zhǎng)裝置上進(jìn)行。經(jīng)綜合分析，檢定的極限誤差為士1. 5μm。 1973年，國(guó)家基準(zhǔn)線紋米尺開(kāi)始用激光干涉比長(zhǎng)儀檢定以后，準(zhǔn)確度有了提高，3米桿尺的綜合極限誤差為士0. 8μm。在24米光學(xué)機(jī)械比較儀上檢定基線尺，其綜合誤差為士10μm。在上世紀(jì)八十年代之后，隨著技術(shù)的進(jìn)步，用塞曼分裂成兩種頻率的He-Ne激光，利用多普勒原理測(cè)量距離的方法應(yīng)用到24米因瓦基線尺，其特點(diǎn)可以對(duì)任意尺寸進(jìn)行測(cè)量，用自然標(biāo)準(zhǔn)取代了實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)，其綜合極限誤差為0. 3μm。

對(duì)于21米以上的因瓦基線尺，2010年以前國(guó)內(nèi)能夠提供一次裝夾完成檢定校準(zhǔn)的部門(mén)，只有中國(guó)計(jì)量科學(xué)院和航空航天部304所。目前國(guó)內(nèi)因瓦尺檢定單位中國(guó)計(jì)量科學(xué)院目前的機(jī)械滾珠導(dǎo)軌長(zhǎng)度為24m，航空航天部304所的花崗巖氣浮導(dǎo)軌的量程為36m0 2004年6月，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布了.J.JG306-2004 ((24m因瓦基線尺》，同年12月檢定規(guī)程開(kāi)始實(shí)施。

上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院是上海市政府計(jì)量行政部門(mén)依法設(shè)置的國(guó)家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)，也是國(guó)務(wù)院計(jì)量行政部門(mén)批準(zhǔn)建立的華東地區(qū)法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)一一華東國(guó)家計(jì)量測(cè)試中心，是全國(guó)七個(gè)大區(qū)級(jí)國(guó)家法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)之一，2010年以前也尚未對(duì)因瓦基線尺建標(biāo)，必須將因瓦基線尺送中國(guó)計(jì)量科學(xué)院檢定。

注意事項(xiàng)實(shí)際使用中因瓦基線尺關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確度有很多注意事項(xiàng):
1、因瓦基線尺應(yīng)妥善保護(hù)，避免相互碰撞、觸地;
2、至少在量線前30MIN引張基線尺;
3、量距時(shí)，滑輪應(yīng)位于基線視準(zhǔn)面上，尺架應(yīng)固定不動(dòng)，重錘不應(yīng)觸地、搖擺;
4、量距由往測(cè)轉(zhuǎn)為返測(cè)時(shí)，作業(yè)人員及附屬設(shè)備應(yīng)互換位置;
5、當(dāng)遇到三級(jí)以上橫向風(fēng)、雨、雪天或氣溫變化較大時(shí)應(yīng)停止作業(yè)。1