基于尺寸精度的通用計量器具選用方法

徐 君 ，陳 康 ，鄔振華

（1.臺州技師學院，浙江 臺州 318000；2.臺州市計量技術研究院，浙江 臺州 318000）

0 引言

長度類通用計量器具（以下簡稱計量器具）主要指游標卡尺、千分尺及車間使用的比較儀、投影儀等量具量儀。生產中選用這類計量器具具有較大主觀隨意性，往往是就近選用而不是依據待測尺寸公差選用，無形中埋下一定的產品質量隱患。針對這種現狀，依據相應國家標準和檢定校準規程，制定了一套基于尺寸精度的通用計量器具選用方法。

1 分辨力、示值誤差與最大允許測量誤差

生產中計量器具的選用，實質上是依據給定測量任務（如測量生產末端某一零件的某一尺寸，判斷其是否符合圖紙要求）來選用合適的計量器具來測量。選用時常出現的問題是只考慮計量器具的分辨力，而忽視另外兩個重要指標——示值誤差和最大允許測量誤差。究其原因是分辨力是直觀、易獲得的指標，而后兩者就需要通過其他途徑獲得。因此制定選用方法前，先區分生產人員選用計量器具時易混淆的這三個概念——分辨力、示值誤差和最大允許測量誤差。

（1）分辨力d是指能有效辨別的顯示示值間的最小差值，也稱為分度值[1]。分辨力在計量器具制造時就已設定，同規格計量器具的分辨力是相同的。給定測量任務而未選定計量器具時，可依據待測尺寸精度設定分辨力，限定可選計量器具范圍，也可在現有待選計量器具中選定。

（2）示值誤差Δ是指測量儀器示值與對應輸入量的參考量值之差[1]。不同計量器具（即便同批次計量器具）間或同一計量器具不同狀態（如環境、磨損、壽命）下都存在示值誤差差異。要獲得某一計量器具某一狀態下的示值誤差，就要送有資質的計量機構進行校準。

（3）最大允許測量誤差MPE是指對給定的測量、測量儀器或測量系統，由規范或規程所允許的，相對于已知參考量值的測量誤差的極限值，簡稱最大允許誤差[1]。最大允許誤差有兩層含義：1）標準規定某一規格計量器具示值誤差的極限（記為MPEs），用來判斷計量器具計量性能是否滿足標準要求；2）某一給定測量任務要求待選計量器具示值誤差的極限（記為MPEm），用來判斷計量器具計量性能是否滿足給定測量任務要求。以量程0～150 mm游標卡尺為例，若單純判斷當前卡尺是否符合器具標準要求，用當前卡尺示值誤差與MPEs作比較即可，但若測量任務已給定MPEm，就用當前卡尺示值誤差與MPEs作比較。因此計量器具計量性能可能出現四種情況：a）同時滿足 MPEs和 MPEm；b）滿足 MPEs，不滿足MPEm；c）不滿足 MPEs，滿足 MPEm；d）同時不滿足MPEs和MPEm.

2 待選計量器具最大允許誤差計算

檢驗標準[2]規定按照計量器具允許測量不確定度u選擇計量器具，而器具標準和檢定/校準證書給出的是計量器具分辨力、示值誤差和最大允許誤差。為便于計量器具選用，就須建立檢驗標準與器具標準和檢定/校準證書間的聯系。

計量器具允許測量不確定度u與待測尺寸公差T的關系，可用公式表示為：

式中a為比例系數。IT6～IT18、公稱尺寸至500 mm的光滑工件尺寸測量時，系數a取值見表1.a優先選用Ⅰ檔，其次選用Ⅱ檔、Ⅲ檔。測量范圍不滿足表1要求或測量結果有爭議時，a也可按事先雙方商定的方法選用。

表1 IT6～IT18、公稱尺寸至500mm時系數a的取值

計量器具允許測量不確定度分量來源有分辨力d和最大允許誤差MPEm，采用B類評定[3]。

分辨力d引入的不確定度分量u1為：

u1≈0.3×d

最大允許誤差MPEm引入的不確定度分量u2為：

u2=MPEm×b

式中b不同分布類型對應的系數，高斯分布為0.5，矩形分布為0.6，U形分布為0.7.常采用矩形分布，即b=0.6.

待選計量器具允許測量不確定度u為：

由式（1）和（2）可得，

若（aT）2-0.09d2＜ 0，在選定系數 a時，則分辨力d不滿足要求，應選較高分辨力的計量器具；在選定分辨力d時，則系數a不滿足要求，應選較低檔位的a值。

3 計量器具選用規則

按未檢定或未校準、已檢定和已校準三種狀態將計量器具分為三類。在計量器具特性評定要求[4，5]的基礎上，依據最大允許誤差MPEm制定計量器具選用規則，如表2所示。

表2 給定測量任務計量器具選用規則

待選計量器具未檢定或未校準，其真實的計量性能無法確定，若|MPEs|≤|MPEm|，可認為其滿足要求。但此處制定的選用規則只適用一般測量，存在測量精度誤判的風險。

根據檢定結果，計量器具計量性能可分為合格、符合降級使用要求和不合格三種。待選計量器具檢定合格，若|MPEs|≤|MPEm|，可認為其滿足要求。待選計量器具檢定結果符合降級使用要求，則使用所降級別對應的最大允許誤差|MPEs|′，若|MPEs|′≤|MPEm|，可認為其滿足要求。待選計量器具檢定不合格，一般情況下該計量器具不能使用，應作報廢處理。

當計量機構給出的是校準證書，應根據證書中給出的 U95（或 U，k=2）與給定測量任務要求的|MPEm|之比來劃分，一般情況下兩者比值取1∶3，特定場合時可取1∶5.示值誤差Δ由校準證書給出。若待選計量器具處在不能做出符合性判定（即待定）時，可送上級計量機構校準，采用準確度更高的檢驗標準、改善環境條件、增加測量次數和改變測量方法等措施以降低U95，使其滿足與|MPEm|之比小于或等于1∶3的要求，然后再評價該計量器具是否滿足給定測量任務要求。

由表2可選出符合給定測量任務要求的計量器具，但這并不意味著所選計量器具在使用過程中都能滿足使用要求。在日常生產中還應對部分計量器具實施期間核查[6]，保持其校準狀態的可信度。需要期間核查的設備僅限于，設備性能不太穩定，容易產生漂移，或使用頻度高，新購的、經常帶到現場的，或使用環境惡劣，或因出現過載可能導致設備損壞或缺陷，或顯示結果可疑。常用核查方法有以下三種[7]：a）采用高一級精度等級的計量標準或有證標準物質進行核查；b）采用同等精度的計量標準、測量設備進行比對；c）采用核查標準和統計技術對計量標準或測量設備實施過程控制等。

4 示例說明

某車間生產了一批軸類零件，其中一個外徑尺寸為 φ55h7（0-0.03）mm，現有 0 ～ 150 mm 游標卡尺、0～150 mm數顯卡尺、50～75 mm外徑千分尺和50～75 mm數顯外徑千分尺。不考慮檢定或校準的情況下，選出滿足外徑尺寸測量要求的計量器具。

由表1可知測量公差等級IT7的外徑尺寸，a有三檔可供選擇，即1/10、1/6和1/4.由器具標準可知，上述四種計量器具[8，9，10]的分辨力 d 依次是 0.02 mm、0.01 mm、0.01 mm和0.001 mm；由于公稱直徑φ55 mm在0～70 mm范圍內，最大允許誤差MPEs依次是±0.02 mm、±0.02 mm、±0.005 mm 和±0.003 mm，并取b為0.6.

由式（3）可得不同a和d對應的MPEm值，見表3.

表3 不同a和d對應的MPEm值（公差等級IT7）（單位：mm）

選用表2中計量器具處于未檢定或未校準狀態加以評定。由表2和表3可知，游標卡尺和數顯卡尺不滿足，外徑千分尺滿足Ⅱ檔和Ⅲ檔，數顯外徑千分尺滿足Ⅰ檔、Ⅱ檔和Ⅲ檔。

若考慮計量器具檢定校準狀態，則只需依據表2相應條款做出判斷即可。

5 結束語

通過上述計量器具選用方法的制定，在給定測量任務、器具標準、檢驗標準及檢定/校準證書之間建立起了聯系，便于一線生產和檢測人員從眾多計量器具中選出符合給定測量任務要求的計量器具，為提升產品質量提供保障。

參考文獻：

[1]全國法制計量管理計量技術委員會.JJF1001-2011通用計量術語及定義技術規范[S].北京：中國質檢出版社，2012.

[2]全國產品尺寸和幾何技術規范標準化技術委員會.GB/T3177-2009產品幾何技術規范（GPS）光滑工件尺寸的檢驗[S].北京：中國標準出版社，2009.

[3]全國產品尺寸和幾何技術規范標準化技術委員會.GB/T18779.2-2004產品幾何量技術規范（GPS）工件與測量設備的測量檢驗第2部分：測量設備校準和產品檢驗中GPS測量的不確定度評定指南[S].北京：中國標準出版社，2005.

[4]全國法制計量技術委員會.JJF1094-2002，測量儀器特性評定[S].北京：中國計量出版社，2003.

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[6]陳成仁，王永泉，施昌彥，等.對實驗室設備期間核查的理解和應用[J].中國計量，2009（6）：41-43.

[7]陳少潔.幾種期間核查方法的實例分析[J].計量與測試技術，2009，36（8）：63-66.

[8]中國機械工業聯合會.GB/T21389-2008游標、帶表和數顯卡尺[S].北京：中國標準出版社，2008.

[9]中國機械工業聯合會.GB/T1216-2004外徑千分尺[S].北京：中國標準出版社，2004.

[10]中國機械工業聯合會.GB/T20919-2007電子數顯外徑千

分尺[S].北京：中國標準出版社，2007.