諸如精密加工工具和計(jì)量儀器之類的精密工具的現(xiàn)代發(fā)展已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較高的精度水平。熱影響存在于所有系統(tǒng)中，并且傾向于例如通過引起熱膨脹來限制所獲得的精度。

    為了平衡這些影響，必須確定熱影響。當(dāng)前控制熱效應(yīng)的方法取決于多參數(shù)模型。這些模型是憑經(jīng)驗(yàn)獲得的，用于確定和預(yù)測(cè)熱影響。這些模型中的通用參數(shù)是系統(tǒng)中不同位置的溫度和狀況數(shù)據(jù)，例如電動(dòng)機(jī)的功耗。

    用這種方法可以達(dá)到一定程度的熱效應(yīng)補(bǔ)償。但是，在某些應(yīng)用中，需要更高的測(cè)量精度和針對(duì)外部因素（例如環(huán)境溫度變化）的強(qiáng)度才能獲得可接受的補(bǔ)償。

    實(shí)現(xiàn)高精度的挑戰(zhàn)
    由于以下原因，使用典型的多參數(shù)模型實(shí)現(xiàn)更高的精度水平是一個(gè)挑戰(zhàn)：

    非線性溫度曲線-需要幾個(gè)浮球液位計(jì)以足夠的精度重建溫度曲線

    熱流動(dòng)力學(xué)-傳入或傳出的熱流變化尚未確定，因?yàn)槟壳吧形赐ㄟ^實(shí)驗(yàn)確定。關(guān)于系統(tǒng)是在加熱還是在冷卻的精確陳述非常困難。

    溫度分辨率–基本浮球液位計(jì)的溫度分辨率有限，這會(huì)妨礙測(cè)量的準(zhǔn)確性。

    使用輔助浮球液位計(jì)擴(kuò)展系統(tǒng)僅是上述問題之一。此外，每個(gè)輔助浮球液位計(jì)的精度提高變小。
    本文建議使用“熱通量”作為附加參數(shù)，并針對(duì)這三個(gè)原因揭示其優(yōu)勢(shì)�？梢允褂酶∏蛞何挥�(jì)（HFS）直接測(cè)量熱通量（以W / m 2為單位）。

    下面列出了可能受益于浮球液位計(jì)的系統(tǒng)：
      計(jì)量系統(tǒng)
      定位系統(tǒng)
      加藥系統(tǒng)
      粘接系統(tǒng)
      平版印刷
    通過將單個(gè)浮球液位計(jì)添加到高精度計(jì)量儀器中而獲得的改進(jìn)示例說明了可能的好處（圖1）。

    測(cè)量和預(yù)測(cè)的機(jī)械變形取決于僅溫度模型和添加了一個(gè)浮球液位計(jì)的模型（圖1）。盡管僅使用浮球液位計(jì)的方法具有較大的模糊間隔，但在系統(tǒng)中增加了一個(gè)浮球液位計(jì)，將確定的變形值的精度提高了4倍。熱通量測(cè)量涵蓋了所有上述問題。

    盡管圖示基于簡化的機(jī)器元素，但是相同的建議也可以應(yīng)用于更復(fù)雜的幾何形狀和系統(tǒng)。此處測(cè)量的塊具有均勻的成分，W = 100毫米寬，L = 300毫米長，T = 100毫米厚。它在一端連接到熱源，例如可以表示銑床中的主軸。

    由于熱負(fù)荷，該塊相對(duì)于其初始溫度T = 20°C被加熱，并且引起熱膨脹，這引起工具中心點(diǎn)（TCP）的位移。通過在光束的受熱端放置一個(gè)浮球液位計(jì)，可以檢測(cè)通過該表面交換的熱量，并將其用于測(cè)試系統(tǒng)狀態(tài)。

    非線性溫度曲線的簡化模擬
    在達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)之前，沿任何結(jié)構(gòu)元件的溫度分布都被稱為處于非線性狀態(tài)。對(duì)于礦物鑄梁具有高熱阻的材料（圖2），這是事實(shí)。

    使用熱通量信息以及幾何形狀和材料屬性，可以通過影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真來更好地估計(jì)溫度曲線。因此，可以將依賴于僅溫度信息的復(fù)雜熱FEM仿真簡化為可管理的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。

     改善溫度分辨率
    為了建立一個(gè)特定的機(jī)械元件的熱膨脹，其平均溫度升高（ΔT 平均）高于室溫必須被檢測(cè)到。通過沿光束放置浮球液位計(jì)，可以直接測(cè)量溫度升高。

    PT100傳感器的典型分辨率為±0.1K。此溫度分辨率可能不足以進(jìn)行高精度補(bǔ)償。知道有多少熱量進(jìn)入光束，可以從材料屬性和工具的幾何形狀計(jì)算出ΔT 均值。

    基本的浮球液位計(jì)的分辨率為±1W / m 2。使用具有熱通量分辨率的銅塊來計(jì)算平均溫度（圖3）。通過僅將HFS分辨率視為誤差源，對(duì)于所計(jì)算的ΔT 均值，可獲得±10mK的分辨率。在此示例中考慮了輻射損失，這導(dǎo)致了熱量流出Qout。

    原因3-動(dòng)態(tài)測(cè)量
    通過測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部的熱通量，可立即顯示出測(cè)量位置處的熱量流動(dòng)和方向。圖4顯示了一個(gè)基于上面介紹的簡單波束的示例。

    在圖中，熱源是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)以不規(guī)則的間隔以變化的功率水平運(yùn)行。電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生熱量，該熱量被梁部分吸收，因此引起機(jī)械變形。

    有兩種技術(shù)可以測(cè)量這種效果。第一種技術(shù)是在梁表面安裝的浮球液位計(jì)來測(cè)量溫度變化ΔT 平均熱通量感應(yīng)。第二種技術(shù)是直接使用浮球液位計(jì)進(jìn)行測(cè)量。盡管這兩種技術(shù)都提供了基本數(shù)據(jù)，但熱通量技術(shù)可提供對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的額外了解。

    當(dāng)負(fù)熱流動(dòng)發(fā)生（即熱實(shí)際上流回馬達(dá)冷卻）時(shí)，測(cè)得的溫度值ΔT 平均有可能在加熱期間，以指示作為相同的值雖然光束正在冷卻。由于非線性溫度分布，因此會(huì)發(fā)生這種影響。因此，熱通量可以更好地了解動(dòng)態(tài)效果，因此可以進(jìn)行預(yù)期補(bǔ)償。

    結(jié)論
    該文章清楚地表明，將熱通量用作額外的測(cè)量參數(shù)可以在熱影響下增加有關(guān)系統(tǒng)的有價(jià)值的數(shù)據(jù)。在一些簡單的示例設(shè)置中使用浮球液位計(jì)即可證明這一點(diǎn)。與這些簡化情況相比，更復(fù)雜的系統(tǒng)將從熱通量的測(cè)量中受益更多。