如何计算测量不确定度的线性热膨胀伟德之道

简介

如果要进行尺寸和力学测试或校准，热线性膨胀是需要考虑的不确定性来源。伟德之道

通常，它会影响长度或位移的测量结果。然而，它也会影响以下类别的测量结果:

• 压力
• 转矩
• 流
• 体积
• 区域

在计算热膨胀时，大多数人都知道求热膨胀线性膨胀系数。然而，许多人在将它应用到他们的测量结果上有困难。

所以，我决定创建一个指南，教你所有你需要知道的关于热线性膨胀和它如何影响你的测量结果。

在本指南中，你将学到:

1. 什么是热线性膨胀
2. 为什么热线性膨胀很重要
3. 何时将热膨胀纳入预算
4. 如何减少热膨胀
5. 热线性膨胀公式
6. 如何计算热线性膨胀(循序渐进)
7. 热线性膨胀的例子

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什么是热线性膨胀

根据工程的工具箱在美国，当物体受热或受冷时，其长度的变化与原长度和温度的变化成正比。

根据梅里亚姆-韦伯斯特在美国，热膨胀是由于温度的变化而使固体的线性尺寸或流体的体积增加。

因此，它是一个物体在暴露于温度变化时的尺寸性质的变化。

如果你要进行尺寸和机械测试或校准，你可能要考虑热膨胀时评估测量不确定伟德之道．最有可能的是，它会影响您的测量结果，应该包括在您的不确定度预算中。伟德之道

为什么热膨胀很重要

热膨胀很重要，因为它会影响测量结果。此外，它还会影响客户测量结果的质量。

在一个要求更严格公差的世界里，热膨胀误差可能对满足规格有重大影响。

当您忽略了它的影响时，您为客户提供了可能影响其产品和服务质量的糟糕的度量结果。伟德国际注册送25此外，忽视这些错误会增加你在求职过程中遇到错误接受或错误拒绝的风险一致性声明．

根据客户的业务活动，糟糕的测量结果可能会增加他们出现问题、损坏和计划外停机的风险。更糟糕的是，它可能会影响人们的健康和安全。

根据一项万森·伯恩的最新研究，23%的计划外停机是人为错误造成的。

它会影响以下测量:

• 压力(体积和面积的变化)
• 扭矩(半径变化量)
• 流量(体积和面积的变化)
• 速度/速度(长度/距离的变化)
• 能量(长度/距离的变化)
• 体积(长度、宽度和高度的变化)
• 面积(长度和宽度的变化)

什么时候在不确定性预算中包括热膨胀伟德之道

你应该在你的伟德之道预算的不确定性当:

• 它的效果被认为是显著的，或者
• 测量结果没有为此进行校正。

通常，热线性膨胀的不确定性影响尺寸和机械测量系统。伟德之道然而，在不确定性预算中并不总是考虑它。伟德之道

如果热膨胀有助于5%(5%)或以上的总不确定性伟德之道，那么它被认为是重要的，应该包括在你的不确定性预算。伟德之道

如果效果估计低于5%，那么它可以从你的预算中省略。

如果在执行测试或校准时将扩展考虑在内，则可以从不确定度预算中忽略它。伟德之道如果您在测试或校准时没有纠正它，那么我建议您将它包含在不确定度分析中。伟德之道

然而，我总是建议包括普通的不确定性的来源伟德之道在你的预算中，即使你给它一个0值。只要确保包括注释解释为什么它被考虑或不被考虑在分析中。这将帮助您和评估人员了解您的不确定性预算。伟德之道

如何减少热膨胀

有几种方法可以减少热膨胀的影响。你可以尝试:

• 减少与热源的接触/暴露，
• 控制环境,
• 允许热稳定，和/或
• 热膨胀正确

与物品接触可以传递身体热量引起热膨胀的物体。此外，将物品放在热源、散热器或冷却源旁边会改变物品的温度，导致膨胀或收缩。

如果能减少与热源的接触或暴露，就能减少热膨胀的影响。

尽量避免:

• 身体的热量,
• 产生热量的设备，
• 窗户
• 阳光,
• 暖通空调通风口,
• 物体具有不同的温度

在下面的图片中，你可以看到两个不同温度的物体相互接触。热量从较热的物体流向较冷的物体(热力学第一定律)直到它们达到热平衡。温差越大，热流速率越大。

为减少热膨胀效应，应避免与不同温度的物体接触。

另一种减少热效应的方法是控制环境。良好的环境可以减少热量传递，帮助物品保持稳定的温度，从而减少热膨胀。

此外，您可以通过允许一个项目在它将被测试或校准的环境中热稳定来最小化热效应。如果你允许物品与环境达到热平衡，它将减少热膨胀的影响。

最后，您总是可以纠正热诱导误差，以最小化对测量结果的影响。确保你监控物品的温度，而不仅仅是环境的温度。空气的温度比物品的温度变化得更快。因此，监测物品的温度或考虑材料的热传导率，以估计由于空气温度的变化而产生的热效应。

热线性膨胀公式

计算热线性膨胀的影响并不难。执行计算只需要知道几个变量。这些因素是:

• 原来的长度,
• 线性热膨胀系数，
• 初始温度,
• 最终温度

要找到与你所评估的材料相关的准确的热膨胀系数并不总是容易的。我能给你的最好的建议是联系你正在评估的项目的制造商，找到实际的材料组成和膨胀系数。

否则，您可能必须查找参考表来查找最接近的值。

使用下面提供的公式来计算热线性膨胀。结果可用于估计热效应对测量不确定度的影响。伟德之道

如何计算热线性膨胀

按照下面的说明，使用上一节中的公式计算热线性膨胀。

步骤1。求物体的原始长度

对于这个过程，让我们估计一个1英寸量块的热线性膨胀。

如果下载与本指南相关的计算器，请输入对象的原始长度。使用下面的图片作为指导。

步骤2。求热线性膨胀系数

参考制造商公布的规范，找出热线膨胀系数。如果您找不到它，请尝试使用参考表来获得一个近似值。

然后，在计算器中输入热线性膨胀系数。使用下面的图片作为指导。

步骤3。求初始温度

现在，在开始测试或校准之前，监视和记录物体的温度。这是初始温度。

然后，在计算器中输入初始温度。使用下面的图片作为指导。

步骤4。求出最终温度

完成测试或校准后，记录最终温度。然后，在计算器中输入最终温度。使用下面的图片作为指导。

第5步。计算长度的变化

接下来，用上一节的公式计算热线性膨胀。为了使任务更容易，我按照数学运算的顺序将过程进行了分解。

5。计算温度的变化

要计算温度的变化量，用初始温度减去最终温度。

5 b。乘以热膨胀系数

接下来，将步骤5a的结果乘以热膨胀系数。

5 c。乘以原始长度

现在，将第5b步的结果乘以原长度。结果应该是由于温度的变化而引起的物体长度的变化。

步骤6。验证结果

最后，再次检查您的工作并验证结果是正确的。

步骤7。计算灵敏度系数(可选)

如果你喜欢用灵敏度系数在你的不确定性预伟德之道算中，用物体长度的变化(Uy)除以温度的变化(Ux)。这就得到了敏感度系数。

现在你可以把敏感系数和温度变化加到你的伟德之道预算的不确定性．

如果你需要更新你的不确定性预算，使用敏感性系数可以派上用场。伟德之道您可以简单地更新温度的变化(Ux)。

热线性膨胀的常见例子

例1。测试/校准过程中的温度变化

热线性膨胀最常见的不确定性来源之一是测试或校准过程中的温度变化。伟德之道

想象一下，您正在用1英寸的不锈钢量块校准卡尺。开始校准时，温度为20°C。当你完成校准时，温度变为20.2°C。

利用热线性膨胀方程，你会发现量块的实际长度改变了2.2微英寸。

如果你们在测试或校准时没有对此进行纠正，那么你们应该考虑在不确定度预算中添加这个不确定度来源。伟德之道

例2。使用和最后一次校准之间的温度差异

热线性膨胀的另一个常见的不确定性来源是校准项目的环伟德之道境与使用环境之间的温差。

想象一下，您正在用1英寸的不锈钢量块校准卡尺。进行校准时，温度为21℃。然而，量块被校准在20°C。

利用热线性膨胀方程，你会发现量块的实际长度变化了10.8微英寸。

如果你们在测试或校准时没有对此进行纠正，那么你们应该考虑在不确定度预算中添加这个不确定度来源。伟德之道

结论

热膨胀会影响测量结果。如果发生以下情况，您应该将不确定性来伟德之道源包括在不确定性预算中:

• 你进行尺寸或机械测试或校准，
• 它的效果是显著的，和/或
• 它的效果没有被修正。

当要求更严格的公差时，更好的质量测量是重要的。因此，测量不确定度的来源，如热膨胀，需要在测量结果中考虑，并在实际情伟德之道况下最小化。

在本指南中，您应该已经学习了热线性膨胀公式，如何计算线性膨胀，以及如何将它包含在您的不确定性预算中。伟德之道

下次试着把它添加到您的不确定性预算中，并让我伟德之道知道它如何影响您的测量结果。

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