千分尺測量誤差因素分析及修正措施

邱江月

（天津市東麗區(qū)計量檢定所，天津 300300）

時下，測量技術(shù)是信息化工業(yè)技術(shù)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。作為測量儀器之一的千分尺，隨著它測量水平的提高，產(chǎn)品性能的增強，品種規(guī)格的豐富，成了工業(yè)發(fā)展測量中的重要一部分，成為當今首選測量儀器中的主流。

1.千分尺定義

千分尺，又叫螺旋測微器，它是一種比游標卡尺更精密的長度測量儀器，用它測長度可以準確到0.01mm，測量范圍為幾厘米。千分尺細分有外徑千分尺（最常見）、內(nèi)徑千分尺、內(nèi)測千分尺、壁厚千分尺、管壁千分尺等等，功能各異。但都是用來測量精度在0.01mm范圍內(nèi)的尺寸。它與卡尺相比具有測量精度高、測量結(jié)果易看等特點。

2.千分尺工作原理

螺旋測微器是依據(jù)螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉(zhuǎn)一周，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進或后退一個螺距的距離。因此，沿軸線方向移動的微小距離，就能用圓周上的讀數(shù)表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿可前進或后退0.5mm，因此旋轉(zhuǎn)每個小分度，相當于測微螺桿前進或后退這0.5/50=0.01mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋測微器可準確到0.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。測量時，當小砧和測微螺桿并攏時，可動刻度的零點若恰好與固定刻度的零點重合，旋出測微螺桿，并使小砧和測微螺桿的面正好接觸待測長度的兩端，那么測微螺桿向右移動的距離就是所測的長度。這個距離的整毫米數(shù)由固定刻度上讀出，小數(shù)部分則由可動刻度讀出。

3.千分尺零誤差判定

千分尺誤差判定校準好的千分尺，當測微螺桿與測砧接觸后，可動刻度上的零線與固定刻度上的水平橫線應(yīng)該是對齊的，如果沒有對齊，測量時就會產(chǎn)生系統(tǒng)誤差──零誤差。如無法消除零誤差，則應(yīng)考慮它們對讀數(shù)的影響。若可動刻度的零線在水平橫線上方，且第x條刻度線與橫線對齊，即說明測量時的讀數(shù)要比真實值小x.100毫米，這種零誤差叫做負零誤差。這種零誤差為－0.03毫米；若可動刻度的零線在水平橫線的下方，且第y條刻度線與橫線對齊，則說明測量時的讀數(shù)要比真實值大y.100毫米，這種零誤差叫正零誤差，它的零誤差為＋0.05毫米。

對于存在零誤差的千分尺，測量結(jié)果應(yīng)等于讀數(shù)減去零誤差，即物體長度＝固定刻度讀數(shù)＋可動刻度讀數(shù)－零誤差。

4.測量誤差因素分析

4.1 人員整體素質(zhì)的參差不齊。千分尺在測量工作中，要求操作人員應(yīng)具有高中及以上文化程度，并經(jīng)上級計量管理部門的考核合格，取得"千分尺量具"計量檢定員證書的計量檢定人員，這樣才能上崗工作。

4.2 系統(tǒng)誤差

系統(tǒng)誤差是指在相同測量條件下，對同一被測幾何量進行連續(xù)多次測量時，誤差的大小和符合均變，或按一定規(guī)律變化的測量誤差。前者稱為定值系統(tǒng)誤差，后者稱為變值系統(tǒng)誤差。例如，使用千分尺測量零件時，千分尺零位調(diào)整不正確，對各次測量結(jié)果的影響是相同的，因此所引起的測量誤差屬于定值系統(tǒng)誤差。又如，分度盤所引起的按正弦規(guī)律變化的測量誤差，屬于變值系統(tǒng)誤差。

根據(jù)系統(tǒng)誤差的性質(zhì)和變化規(guī)律，它可以用計算或?qū)嶒瀸Ρ鹊姆椒ù_定，用修正值從測量結(jié)果中消除。但是在某些情況下，系統(tǒng)誤差的規(guī)律難于判定，因而無法消除。

4.3 隨機誤差

隨機誤差是指在相同測量條件下，連續(xù)多次測量同一被測幾何量時，誤差的大小和符號以不可預(yù)定的方式變化的測量誤差。所謂不可預(yù)定是指單次測量中，誤差的大小和符號無法預(yù)先知道。但是連續(xù)多次進行測量，則誤差的總體服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。

由于隨機誤差是由測量過程中許多難以控制的偶然因素或不穩(wěn)定因素引起的，所以誤差值時大時小，符號可正可負。因而這類誤差不能消除，只能設(shè)法減小它對測量結(jié)果的影響，并運用概率論和數(shù)理統(tǒng)計方法，在一定的置信概率下估算它的分布范圍。

從某種意義上說，測量精度的高低，并不取決于對測量誤差的估計，而是取決于測量方法和測量條件的優(yōu)劣。要提高測量精度，必須采用科學(xué)的測量方法和良好的測量條件。

5.千分尺修正措施

5.1 外觀修正。首先選用航空汽油對外徑千分尺清洗,清洗時要將測力裝置向上,避免污物隨汽油流入測微螺桿。清洗干凈后觀察其外觀情況,千分尺及其校對用量桿不應(yīng)有碰傷、銹蝕、帶磁或其他缺陷,刻線清晰、均勻。如是果非工作面有銹蝕,可用金相砂紙去除。如果帶磁可用量具退磁器退磁。固定套管與微分筒的刻線模糊可用黑漆進行修復(fù)。

5.2 各部分相互作用的修理 。轉(zhuǎn)動微分筒,在整個測量范圍內(nèi)微分筒和測微螺桿的移動應(yīng)平穩(wěn)無卡住現(xiàn)象。若轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)或有卡住現(xiàn)象,可先拆下微分筒,轉(zhuǎn)動測微螺桿,若仍有此現(xiàn)象,說明測微螺桿有異物、毛刺或銹蝕,需要拆下來用干凈的汽油對其進行清洗,晾干后加少量機油潤滑即可。一種簡便快捷的方法是:觀察微分筒與固定套管碰擦?xí)r微分筒的數(shù)字位置,拆下微分筒,在接頭內(nèi)圓錐上相應(yīng)該數(shù)字位置處墊上一小條薄紙片后重新裝上即可。

5.3 測力的修理。外徑千分尺的測力應(yīng)在5-10N范圍內(nèi)。修理測力裝置時,一般是把測力彈簧及棘輪拆下來,先用汽油清洗棘輪,晾干后用機油潤滑。測力過大可壓縮或剪短測力彈簧,測力過小可適當拉長彈簧。

5.4 示值誤差超差的修理。外徑千分尺在檢定示值誤差前要先把測量下限調(diào)整正確,此時微分筒上的零刻線與因定套管縱刻線對準,微分筒的端面與固定套管測量下限毫米刻線右邊緣應(yīng)相切。若不相切,壓線不大于0.05mm,離線不大于0.01mm。如果壓、離線超出上述要求,為了防止讀錯數(shù),就要對固定套管在軸向位置上進行調(diào)整。壓線時把固定套管往左移,必要時可在砂輪機上根據(jù)壓線大小把固定套管的左端面磨掉一部分;離線時把固定套管往右移。經(jīng)過上述調(diào)整后就要以對外徑千分尺的示值誤差進行檢定了。檢定時用 A+5.12、A+10.24、A+15.36、A+21.5、A+25mm尺寸的4等或5等量塊進行檢定,A為外徑千分尺的測量下限。如果外徑千分尺的示值超差,一般在測微螺桿上涂上氧化烙用“正拉負推”的方法進行研磨。即當檢定結(jié)果為正超差時,在該部位轉(zhuǎn)動研磨時施加軸向的拉力;當檢定結(jié)果為負超差時,在該部位轉(zhuǎn)動研磨時施加軸向的推力。通過軸向的拉、推力,來加快磨削磨損牙面的對稱牙面。

6 千分尺使用時注意事項

千分尺是一種精密量具，使用時應(yīng)小心謹慎，動作輕緩，不要讓它受到打擊和碰撞。千分尺內(nèi)的螺紋非常精密，使用時要注意：①旋鈕和測力裝置在轉(zhuǎn)動時都不能過分用力；②當轉(zhuǎn)動旋鈕使測微螺桿靠近待測物時，一定要改旋測力裝置，不能轉(zhuǎn)動旋鈕使螺桿壓在待測物上；③當測微螺桿與測砧已將待測物卡住或旋緊鎖緊裝置的情況下，決不能強行轉(zhuǎn)動旋鈕。

還有些千分尺為了防止手溫使尺架膨脹引起微小的誤差，在尺架上裝有隔熱裝置。實驗時應(yīng)手握隔熱裝置，而盡量少接觸尺架的金屬部分。使用千分尺測同一長度時，一般應(yīng)反復(fù)測量幾次，取其平均值作為測量結(jié)果。

[1]蔣和平.常用測量不確定度評定方法及應(yīng)用[期刊論文]-北京:中國計量出版社，2004.

[2]李彪,王廣成,戚勇達.千分尺示值誤差的調(diào)修技巧[J].工業(yè)計量,2007,(S1).

[3]奚彩玲.千分尺示值誤差的修理[J].質(zhì)量天地,2003,(12).

[4]宣湘.測量不確定度的評定與表示 [期刊論文]-北京:中國計量出版社，2001.