使用千分尺精確測量小微導線外徑

朱軍軍，　李桂新，　張雪峰，　吳世升，　黎　成

（清遠市合意氟塑電線有限公司，廣東清遠511533）

使用千分尺精確測量小微導線外徑

朱軍軍，李桂新，張雪峰，吳世升，黎成

（清遠市合意氟塑電線有限公司，廣東清遠511533）

通過對千分尺原理結構以及測試誤差的分析，可知精確測量外徑除了需要正確使用千分尺外，還應盡量避免被測樣品本身帶來的誤差。外徑的準確測量可直接影響到導線的強度和電阻的測量精度，對于小微導線顯得更為重要。分析測試過程產生的主要誤差，并闡述了改進措施和測量精度為1μm的測量要求與方法。

千分尺；誤差；改進措施；精度；小微導線

0　引　言

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0.01 mm，測量范圍為幾厘米。千分尺細分有外徑千分尺（最常見）、內徑千分尺、內測千分尺、壁厚千分尺、管壁千分尺等等，雖功能各異，但都是用來測量精度在0.01 mm范圍內的尺寸。它與卡尺相比具有測量精度高、測量結果易看等特點[1]。本文以外徑千分尺為研究對象，文中外徑千分尺簡稱為千分尺[2]。

常用千分尺讀數值為0.01mm和0.001 mm兩種[3]。圖1中a和b分別為精度0.01 mm和0.001 mm的千分尺實物圖，這也是線纜行業常用的兩種不同精度的千分尺。導線外徑的準確測量是線纜行業最基本的檢測項目之一，還直接影響到導線的強度和電阻的測量精度，對于微細線顯得更為重要。筆者通過使用千分尺和0.201 mm的標準測量針（圖2）進行實測試驗，以分析誤差產生的原因，并提了出改進措施，從而總結出精確測量出1μm的使用要求與方法。

圖1　常用千分尺

1　千分尺工作原理

外徑千分尺是依據螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉一周，螺桿便沿著旋轉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，都能用圓周上的讀數表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5 mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉一周，測微螺桿可前進或后退0.5 mm，旋轉每個小分度相當于測微螺桿前進或后退0.5/50＝0.01 mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01 mm，所以螺旋測微器可準確到0.01 mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺[3]。常用千分尺的基本結構如圖3所示。

圖2　0.201mm標準測量針

圖3　常用千分尺結構圖

從圖3可知，常用千分尺由測微頭、測力裝置、尺架、鎖緊裝置和固定測砧等構成。

（2）測力裝置的作用是確定測量面與被測面的接觸測量力。測量時，轉動測力裝置，帶動測微螺桿轉動，實現測量面的軸向位移。當測量面接觸被測面達到規定的測量力時（標準為5～12 N），測力裝置中兩個棘輪之間打滑，并發出“卡”、“卡”的聲音，再繼續轉動測力裝置，也不能帶動測微螺桿的轉動，測量面沒有位移，這樣能保持每次測量力相同（標準力變為2 N）。

（3）尺架是千分尺的基礎件，大部分件都安裝在它的上面。在尺架的測量軸線上，左側有固定測砧，右側裝著測微頭。尺架對測量精度有重大影響了，如尺架變形，就會造成兩測量面平行度超差，溫度的變化也會影響測量的不確定性。所以，尺架雖不直接參與測量，但也應重點保護。

（4）鎖緊裝置的作用是將測微螺桿固定在當前位置，保持測量值不變——便于讀數。需要時，順時針制動手柄即可，用力要適當，不可太大[4]。

（5）固定測砧的作用是和測微螺桿一起夾住固定被測樣品，固定測砧被固定在尺架上而不能移動。

2　誤差分析及改進措施

2.1樣品本身誤差

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（1）不圓整。拉絲模具加工精度不夠或者不均勻磨損會造成模孔成橢圓形導致導線外徑不圓整；特別軟的導線在收線時受到較大不均勻的壓力也會造成導線外徑不圓整。在同一測量位置，以互成90°測量導線的2次外徑取平均值，可以極大地減小測量誤差。

（2）折痕。導線由于受到較大外力而發生變形，應避免在有明顯折痕的位置進行測量。

（3）外徑波動。由于張力波動較大或者導線成分和性能的較大波動造成外徑波動，加大測量次數和間隔距離取平均值可降低誤差。

（4）彎曲。導線拉絲時在鼓輪和收線盤上都需帶張力盤繞在上面，導線必然產生內應力，取下的一段被測樣品呈自由狀態后往往還有一定的彎曲，強度較大的線更明顯，在彎曲部位測量易導致外徑偏大。應盡量讓導線呈直線狀態進行測量或者避免在彎曲部位測量。

（5）溫度。溫度會造成導線熱脹冷縮而產生外徑變化，不同材料膨脹系數不同造成的誤差也不同。導線應盡量在其冷卻到室溫后進行測量，且室溫應符合測試溫度條件。本文所選測量工具要求的測試溫度為5～40℃，如果超出該溫度，會給儀器本身帶來測量誤差。

（6）臟污。樣品表面容易粘有油污、灰塵和金屬粉末等臟污，造成測量外徑偏大，測量時應保持被測位置清潔干凈。

2.2儀器誤差

儀器的誤差主要是零誤差，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度上的水平橫線應該是對齊的。若沒有對齊，測量時就會產生系統誤差，即零誤差。零誤差若無法消除，應考慮讀數是否會受影響[3]。零誤差一般不大，千分尺零位沒調到位和不當使用產生的磨損或松動等都會造成零誤差，尤其是零誤差只有1～2μm時是比較難發現的。使用數顯千分尺非常容易產生零誤差，若測砧上面粘有臟污或灰塵，此時若清零必然產生負零誤差而造成測量外徑偏小，而且很多員工喜歡按清零鍵，有時候出現-5μm甚至更大的零誤差。數顯千分尺的零誤差如圖4所示。

圖4　負零誤差

用干凈的紗布將用于測量兩個面徹底清理干凈后檢查千分尺是否歸零或兩零線是否對齊，對于0.001 mm精度的千分尺應用測量針進行校準和檢驗（見圖5），因為1～2μm的臟污比較難清除，1～2μm的零誤差也難于發現。用測量針檢查外徑是否符合標準外徑，否則應繼續清理；符合標準外徑后，此時的零位就可作為標準的零位，數顯千分尺的零位設置完后不能輕易再改變或按清零鍵。機械千分尺調整零位時，可用扳手松動固定套管小螺絲，采用扳手對套筒位置進行調節，保證兩零線的對齊，再擰緊小螺絲。

圖5　用標準針校準

2.3操作誤差

（1）讀數誤差

讀數誤差主要是測量人員視覺位置所造成的，如圖6所示。數顯千分尺不存在該誤差，機械千分尺讀數不當一般會造成約2μm的誤差。對于機械千分尺，正確的視覺應位于讀取刻度的正上方。

圖6中a和b分別是因讀數視線的角度偏差造成測試結果偏小和偏大，0.01 mm精度千分尺的讀取應在固定套筒零線（基準線）正上方（視線應垂直零線）。0.001 mm精度千分尺先按上述方法讀取，第三位通過固定套筒上面的副尺刻度讀取，副尺刻度有10條，如第1條線與微分筒刻度對齊，則讀數為1μm，此時的正確視線應與第1條副尺刻度線垂直，圖6c為正確的讀數。

（2）測量壓力誤差

測量壓力誤差是被測樣品受到壓力的不同而產生的誤差，也稱為測力誤差。因此，測力應合適，過大過小都會造成誤差。標準GB/T 4909.2《裸電線試驗方法第2部分尺寸測量》中規定，0.1 mm以下的試件，測力應為0.1～1.0 N；0.1 mm及以上的試件，測力應為1～3 N。尤其是對于微細線或軟線，受壓容易變形造成測量外徑偏小。實際測量時不知具體測力大小，小心操作可以避免較大的測力誤差。測量時應小心輕緩轉動旋鈕，待將要或剛接觸樣品后輕緩轉動測力裝置，一般響動2～4聲后開始讀數，通常可取響動3聲。視被測物的大小和軟硬適當調整響動次數，容易受壓變形的取下值。對于同種被測樣品應保持相同的響動次數以保證每次測力相同。

圖6　視線對讀數結果的影響

3　使用千分尺的注意事項

千分尺是一種精密的量具，使用時應小心謹慎，動作輕緩，不要讓它受到打擊和碰撞。千分尺內的螺紋非常精密，使用時要注意：

（1）旋鈕和測力裝置在轉動時都不能過分用力；

（2）當轉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，決不能強行轉動旋鈕；

（4）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。實驗時應手握隔熱裝置，盡量少接觸尺架的金屬部分；

（5）使用千分尺測同一長度時，一般應反復測量幾次，取其平均值作為測量結果；

（6）千分尺用畢后，應用紗布擦干凈，在測砧與螺桿之間留出一點空隙，放入盒中。如長期不用可抹上黃油或機油，放置在干燥的地方。注意不要讓它接觸腐蝕性的氣體[5]。

4　結　論

（1）應選擇精度合適的千分尺，對于小線和微細線應選用精度為0.001 mm的千分尺。

（2）應正確地處理被測樣品和選擇合適的測量位置，避免樣品本身因溫度、折痕、彎曲和臟污等而帶來較大的測量誤差。

（3）千分尺應合理保養和維護，并定期進行校準，防止零誤差的發生。

（4）應按測量要求和方法嚴格操作，避免因讀數和測力不當而產生過大的人為誤差。

[1]邱江月.千分尺測量誤差因素分析及修正措施[J].中國新技術新產品，2011（12）：132.

[2]張順良.如何正確使用千分尺[J].工業計量，2015，25（1）：68-67.

[3]宋長濱.外徑千分尺的結構設計[J].機械工程師.2012（2）：148-149.

[4]高希銀，李運升.外徑千分尺的使用和注意事項[J].機械工程師，2012（6）：153-154.

[5]馬玉永，李磊.解決千分尺零位校準問題的簡單有效辦法分析[J].河南科技，2013（1）：77.

M easuring Precisely the Diameter of Fine W ire w ith M icrometer

ZHU Jun-jun，LIGui-xin，ZHANG Xue-feng，WU Shi-seng，LICheng
（Qingyuan Heyi Fluoroplastic＆Electric Wire Co.，Ltd.，Qingyuan 511533，China）

Measuring precisely the diameter needs careful and proper usage ofmicrometer and avoid the error of sample itself by analysis about principle structure of micrometer and testing error.The accurate measurement of outer diameter directly influence the accuracy of strength and resistance for conductor，especially fine wire.By analysis and research to themain testing errors，this paper shows the improvementmeasure and introduces the requirement about measuring precisely accuracy of 1μm.

micrometer；error；improvementmeasure；accuracy；fine wire

TM206

A

1672-6901（2016）01-0041-04

2015-06-15

朱軍軍（1983-），男，碩士，工程師.

作者地址：廣東清遠市清城區源潭鎮金沙工業區[511533].