千分尺測量誤差因素分析及修正措施

邱江月

（天津市東麗區計量檢定所，天津 300300）

時下，測量技術是信息化工業技術的關鍵和基礎。作為測量儀器之一的千分尺，隨著它測量水平的提高，產品性能的增強，品種規格的豐富，成了工業發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）、內徑千分尺、內測千分尺、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。

2.千分尺工作原理

螺旋測微器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，就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0.5mm，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0.5mm，因此旋轉每個小分度，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由固定刻度上讀出，小數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該是對齊的，如果沒有對齊，測量時就會產生系統誤差──零誤差。如無法消除零誤差，則應考慮它們對讀數的影響。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，測量結果應等于讀數減去零誤差，即物體長度＝固定刻度讀數＋可動刻度讀數－零誤差。

4.測量誤差因素分析

4.1 人員整體素質的參差不齊。千分尺在測量工作中，要求操作人員應具有高中及以上文化程度，并經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 系統誤差

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

根據系統誤差的性質和變化規律，它可以用計算或實驗對比的方法確定，用修正值從測量結果中消除。但是在某些情況下，系統誤差的規律難于判定，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，連續多次測量同一被測幾何量時，誤差的大小和符號以不可預定的方式變化的測量誤差。所謂不可預定是指單次測量中，誤差的大小和符號無法預先知道。但是連續多次進行測量，則誤差的總體服從一定的統計規律。

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，只能設法減小它對測量結果的影響，并運用概率論和數理統計方法，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劣。要提高測量精度，必須采用科學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。

5.2 各部分相互作用的修理 。轉動微分筒,在整個測量范圍內微分筒和測微螺桿的移動應平穩無卡住現象。若轉動不平穩或有卡住現象,可先拆下微分筒,轉動測微螺桿,若仍有此現象,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時微分筒的數字位置,拆下微分筒,在接頭內圓錐上相應該數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在5-10N范圍內。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,就要對固定套管在軸向位置上進行調整。壓線時把固定套管往左移,必要時可在砂輪機上根據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。經過上述調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。即當檢定結果為正超差時,在該部位轉動研磨時施加軸向的拉力;當檢定結果為負超差時,在該部位轉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。

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，一般應反復測量幾次，取其平均值作為測量結果。

[1]蔣和平.常用測量不確定度評定方法及應用[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修技巧[J].工業計量,2007,(S1).

[3]奚彩玲.千分尺示值誤差的修理[J].質量天地,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.