等温量热仪用于研究光栅尺发热特性

【预览】本文利用等温量热仪对光栅尺的发热特性进行了研究，测定得到了光栅尺读数头在正常工况下的实时发热功率。

前言

光栅尺，也被称为光栅尺位移传感器，是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置，用于直线位移或者角位移的高精度检测，具有检测范围大、检测精度高、响应速度快等特点。光栅尺常被应用于精密设备的伺服系统中，如光刻机工作台、超高精度机床（数控机床）和先进科学仪器等。

实验部分

1. 样品准备

样品：海德汉光栅尺×2

2. 实验条件

实验仪器：仰仪科技BIC-400A等温量热仪、恒流源

工作模式：热流法

实验温度：22℃

采样频率：1Hz

光栅尺供电电压：12V

图1 (a)光栅尺读数头及(b) BIC-400A等温量热仪示意图

3.测试过程

(1)将两个同样的读数头分别按照图2所示的方式进行组装，并放置于等温量热腔内，其中一个样品作为参比；

(2)设置实验参数，等待仪器自动控温至预设实验温度；

(3)将实验侧样品连接电源进行工作。仪器测定样品与参比之间的温差变化，并根据换算得到样品实时发热功率。

图2 等温量热仪量热腔体及装样示意图

实验结果

测量结果如图3与表1所示，该读数头的产热功率约为67mW，3次测试重复性优于1%。另外，绿色阴影区域为量热仪实测得到的产热功率变化，蓝色区域为推测的读数头真实产热功率。由于样品自身的热容以及读数头至冷板的导热路径上存在热阻，实测数据存在一定的热滞后现象。根据被测系统的传热特性，可以利用一阶校准公式对热滞后进行修正。

图3 读数头实时产热功率测量结果

表1 读数头量热结果汇总

结论

BIC-400A 等温量热仪能够准确测定光栅尺读数头的产热功率，帮助研究人员进行热管理设计，保证光栅尺的测量精度。上述测量方法同样适用于其他精密电子器件的热测量。