諸如精密加工工具和計量儀器之類的精密工具的現(xiàn)代發(fā)展已經(jīng)實現(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。當前控制熱效應的方法取決于多參數(shù)模型。這些模型是憑經(jīng)驗獲得的，用于確定和預測熱影響。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)，例如電動機的功耗。

    用這種方法可以達到一定程度的熱效應補償。但是，在某些應用中，需要更高的測量精度和針對外部因素（例如環(huán)境溫度變化）的強度才能獲得可接受的補償。

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

    非線性溫度曲線-需要幾個浮球液位計以足夠的精度重建溫度曲線

    熱流動力學-傳入或傳出的熱流變化尚未確定，因為目前尚未通過實驗確定。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–基本浮球液位計的溫度分辨率有限，這會妨礙測量的準確性。

    使用輔助浮球液位計擴展系統(tǒng)僅是上述問題之一。此外，每個輔助浮球液位計的精度提高變小。
    本文建議使用“熱通量”作為附加參數(shù)，并針對這三個原因揭示其優(yōu)勢�？梢允褂酶∏蛞何挥嫞℉FS）直接測量熱通量（以W / m 2為單位）。

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

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

    盡管圖示基于簡化的機器元素，但是相同的建議也可以應用于更復雜的幾何形狀和系統(tǒng)。此處測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。

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

    非線性溫度曲線的簡化模擬
    在達到穩(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)。對于礦物鑄梁具有高熱阻的材料（圖2），這是事實。

    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)絡仿真來更好地估計溫度曲線。因此，可以將依賴于僅溫度信息的復雜熱FEM仿真簡化為可管理的神經(jīng)網(wǎng)絡模型。

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

    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行高精度補償。知道有多少熱量進入光束，可以從材料屬性和工具的幾何形狀計算出ΔT 均值。

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

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

    在圖中，熱源是一臺電動機，該電動機以不規(guī)則的間隔以變化的功率水平運行。電動機產(chǎn)生熱量，該熱量被梁部分吸收，因此引起機械變形。

    有兩種技術(shù)可以測量這種效果。第一種技術(shù)是在梁表面安裝的浮球液位計來測量溫度變化ΔT 平均熱通量感應。第二種技術(shù)是直接使用浮球液位計進行測量。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)可提供對系統(tǒng)狀態(tài)的額外了解。

    當負熱流動發(fā)生（即熱實際上流回馬達冷卻）時，測得的溫度值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，因此會發(fā)生這種影響。因此，熱通量可以更好地了解動態(tài)效果，因此可以進行預期補償。

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