指示百分表校準中示值誤差及其改善策略

詹華挺

（寧德市計量所，寧德 352100）

百分表是利用齒條齒輪或杠桿齒輪傳動，將測桿的直線位移變為指針的角位移的計量器具，主要用于測量制件的尺寸和形狀、位置誤差等。百分表在機械加工行業中的應用極其廣泛，可以配合檢具、量桿使用，將其作為專用讀數裝置，可以提高準確度。因百分表質量輕、體積小等，所以在機械加工行業中有廣闊的應用前景。從原理上看，百分表本身不存在誤差，其實際示值的誤差主要與零件磨損程度相關，如齒形誤差、刻度盤偏心誤差等。

1 指示百分表的工作原理

指示百分表是一種長度測量工具，主要由精度較高的齒輪和齒條制作而成，在物體測量中，當被測尺寸產生直線方向時的細微變化時，可以借助該裝置的傳動作用放大這種變化，在百分表上讀出示數[1]。指示百分表，能對制件的長度、尺寸進行測量，質量輕、使用方便。百分表的刻度盤圓周刻成100等分，其中分度值為0.01 mm。大指針轉動1周，測桿的位移量為1 mm，表盤和表圈是一體的，可任意轉動。例如，測桿部位的測量物體高度上升時，軸齒輪轉動的同時會帶動中心齒輪，表盤中的指針開始轉動[2]。

2 指示百分表校準中示值誤差及原因分析

2.1 示值誤差

測量儀器的示值誤差是指測量儀器示值與對應輸入量的真值之差，這是測量儀器的最主要的計量特性之一，其實質就是反映了測量儀器準確度的大小。如果示值誤差較大，則準確率較低；若示值誤差較小，則精確度比較高。示值誤差是相對真值而言的，由于真值不能確定，實際上使用的是約定真值或實際值[3]。為確定測量儀器的示值誤差，當接受高等級的測量標準對其進行檢定或校準時，該測量標準器復現的量值即為約定真值，通常稱為實際值、校準值或標準值。所以，指示式測量儀器的示值誤差=示值-實際值，實物量具的示值誤差=標稱值-實際值。

2.2 示值誤差的產生原因

2.2.1 指示百分表指針往返、復位時來回竄動的原因

一是指針的針表面與軸松動；二是測桿上端限位螺絲松動；三是指針套安裝松動；四是表體下套筒管徑間隙過大，則測桿在擺動時幅度較大，造成指針來回竄動[4]。

2.2.2 指示百分表指針回程時轉動不勻、速度緩慢的原因

一是齒輪摩擦、游絲無預緊力及歪扭等。如果產生游絲預緊力不強的情況，則應適當增加五六圈預緊力；如果依舊無好轉，則應查看固定銷是否已經“脫落”，若脫落則應予以加固。如果出現游絲歪扭、齒輪摩擦的情況，則應用鑷子調整游絲，確保間隔大小適中，防止游絲和齒輪間產生摩擦情況。如果在檢查中發現游絲彈性不足，則要對其及時更換。二是測桿拉簧出現無力。如果測桿拉簧無力，則會出現移動緩慢的情況，應及時更換拉簧，從而提高彈簧的彈力[5]。三是表殼上下套筒走動緩慢，導致其出現“不同軸”的現象。這時應借助木榔頭予以敲擊，保證上下套筒同軸，拆除表體中的圓座板，防止產生齒紋和齒條。四是受上下套筒、齒條或測桿處有油污時，則通過汽油清洗干凈。

2.2.3 指示百分表指針回轉中卡滯的原因

第一，相互作用比較差。這主要是因為齒條和齒輪的位置不當，即表體與圓座板之間存在間隙。鑒于這種情況，可將固定圓座板的3只螺釘松動，游絲先預緊五六圈，調整齒條和齒輪間的間隙，認真觀察大指針的回轉情況，使大指針的起始位置能平穩回落至指頭兩側，測桿無卡滯情況后固緊圓座板上的3個螺釘。二是指示百分表的上、下套筒有毛刺或油污的情況。可將表的上套管和下套管用酒精棉球擦拭干凈，查看測桿能否自由滑動。如果不能，則將表體和裝夾套拆開，將整個表體侵入清潔的航空汽油或無水乙醇中，用毛刷反復刷洗，或在套管測桿上加上一定的研磨膏，上下左右來回晃動測桿，將測桿上的毛刺進行打磨后，再進行清洗。三是表體的下套筒出現松動。表體的下套管松動會引起上下套管不同軸，或因套管鋼性不足、裝夾過緊，使下套管變形。用木柄進行輕微敲擊，使上套管與下套管同軸，注意敲擊時應將圓座板從表體上拆離，不能損壞齒條和齒輪上的齒紋。四是指示百分表指針安裝間距。在指示百分表大表針的安裝過程中，指針末端與表體的間距應在合理范圍內，間距過大會使指針與表蒙摩擦，間距過小則造成大指針與表盤或小指針摩擦。在安裝過程中，要借助鑷子調整指針的末端高度，最大限度減少表蒙間的摩擦現象[6]。五是指示百分表測桿導向桿變形。如果導向桿彎曲變形，用銅錘在平板式V形鐵上校直，導向桿松動時則將螺釘固緊，沒有螺紋的導向桿則將表體和圓座板拆開，對表體上的導向桿進行敲擊固緊。

3 指示百分表校準中示值誤差的改善策略

3.1 誤差的分級應予以精細化

隨著科學技術的發展，對百分表的使用范圍提出了更高的要求，原有的《指示表（百分表和千分表）》（JJG 34—1996）（下稱舊規程）已不能滿足現代化技術發展的要求。為了確保指示表的測量精度，國家質量監督檢驗檢疫總局頒布了《指示表（指針式、數顯式)》（JJG 34—2008）（下稱新規程）。在舊規程中，誤差的分級處理只包括百分表的示值誤差，主要分為0級和1級。但在現行規程中，將千分表納入進來，而且適當拓展了分級處理的項目，如指示表的示值誤差、測桿受徑向力對示值的影響，合理控制指示表的使用誤差，實現測量精度最大化。

3.2 適當放寬示值變動性和測桿徑向受力對示值的影響量

在現行規程中，0級表的誤差要求與舊規程的要求基本一致，適當放寬1級表誤差的允許范圍，確保測量結果的精確性[7]。

3.3 示值誤差允許范圍的變化

對于指示百分表來講，示值誤差涵蓋任意0.1mm、任意1mm與整個工作行程的示值誤差；對于千分表來講，主要指的是任意0.2mm與整個工作行程上的示值誤差。在新規程中，不同量程的0級百分表說明示值誤差允許范圍變化較小，1級說明示值誤差范圍被縮小，千分表的變化則很大，轉變了之前只應用0～1mm量程范圍，其允許的示值誤差范圍也會得到拓展。根據0級和1級合理劃分不同的示值誤差區域，把原來最大示值誤差允許范圍拓展2倍。

3.4 示值誤差計算方法的改進

在舊規程的計算中，示值誤差主要是按照正反行程方向中的最大正誤差和最小負誤差的絕對值和來決定的。而在新規程的改進中，主要是借助正行程方向得出的各點誤差決定的，關于負行程造成的誤差，主要體現在回程誤差中，而并不體現在示值差計算過程。這種改進方法與指示表的工作原理相契合，由于在指示表工作行程內正反方向的受力情況不同，造成傳動件的位置改變，導致同一個受檢點上讀數的誤差，但這個誤差已控制在回程誤差范圍。從以上處理方法的改進可以得出：關于同一個量程的指示表，盡管縮小了示值誤差的允許范圍，加之示值誤差計算方法的改進，導致指示表的檢定結果出現了變化。但值得注意的是，在檢定修理過程中，應把對指示表的影響降至最低，從而降低示值誤差。與此同時，在不同的場合，應選擇不同級別的指示表，最大限度地滿足實際工作需要，同時避免資源浪費，確保測量精度。

4 結語

指示百分表主要是為了校正零件的安裝位置，對零件形狀、精度和內徑等進行檢驗，常用來測量機器零件的各種幾何形狀偏差和表面相互位置偏差。百分表在機械加工中得到了廣泛應用，因此不可避免地會產生故障。所以，在日常的計量檢定工作中，要充分了解其工作原理，科學檢定校準，仔細觀察指針往返回轉、表盤配合的情況，找出示值誤差背后的原因，并采取相關的改進策略，最大限度地發揮其優勢，降低示值誤差，從而提高測量精度。