指示百分表校準(zhǔn)中示值誤差及其改善策略

詹華挺

（寧德市計(jì)量所，寧德 352100）

百分表是利用齒條齒輪或杠桿齒輪傳動(dòng)，將測桿的直線位移變?yōu)橹羔樀慕俏灰频挠?jì)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(jī)械加工行業(yè)中的應(yīng)用極其廣泛，可以配合檢具、量桿使用，將其作為專用讀數(shù)裝置，可以提高準(zhǔn)確度。因百分表質(zhì)量輕、體積小等，所以在機(jī)械加工行業(yè)中有廣闊的應(yīng)用前景。從原理上看，百分表本身不存在誤差，其實(shí)際示值的誤差主要與零件磨損程度相關(guān)，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(dāng)被測尺寸產(chǎn)生直線方向時(shí)的細(xì)微變化時(shí)，可以借助該裝置的傳動(dòng)作用放大這種變化，在百分表上讀出示數(shù)[1]。指示百分表，能對制件的長度、尺寸進(jìn)行測量，質(zhì)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(zhuǎn)動(dòng)1周，測桿的位移量為1 mm，表盤和表圈是一體的，可任意轉(zhuǎn)動(dòng)。例如，測桿部位的測量物體高度上升時(shí)，軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)會(huì)帶動(dòng)中心齒輪，表盤中的指針開始轉(zhuǎn)動(dòng)[2]。

2 指示百分表校準(zhǔn)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(yīng)輸入量的真值之差，這是測量儀器的最主要的計(jì)量特性之一，其實(shí)質(zhì)就是反映了測量儀器準(zhǔn)確度的大小。如果示值誤差較大，則準(zhǔn)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(shí)際上使用的是約定真值或?qū)嶋H值[3]。為確定測量儀器的示值誤差，當(dāng)接受高等級(jí)的測量標(biāo)準(zhǔn)對其進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)時(shí)，該測量標(biāo)準(zhǔn)器復(fù)現(xiàn)的量值即為約定真值，通常稱為實(shí)際值、校準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值。所以，指示式測量儀器的示值誤差=示值-實(shí)際值，實(shí)物量具的示值誤差=標(biāo)稱值-實(shí)際值。

2.2 示值誤差的產(chǎn)生原因

2.2.1 指示百分表指針往返、復(fù)位時(shí)來回竄動(dòng)的原因

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

2.2.2 指示百分表指針回程時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)不勻、速度緩慢的原因

一是齒輪摩擦、游絲無預(yù)緊力及歪扭等。如果產(chǎn)生游絲預(yù)緊力不強(qiáng)的情況，則應(yīng)適當(dāng)增加五六圈預(yù)緊力；如果依舊無好轉(zhuǎn)，則應(yīng)查看固定銷是否已經(jīng)“脫落”，若脫落則應(yīng)予以加固。如果出現(xiàn)游絲歪扭、齒輪摩擦的情況，則應(yīng)用鑷子調(diào)整游絲，確保間隔大小適中，防止游絲和齒輪間產(chǎn)生摩擦情況。如果在檢查中發(fā)現(xiàn)游絲彈性不足，則要對其及時(shí)更換。二是測桿拉簧出現(xiàn)無力。如果測桿拉簧無力，則會(huì)出現(xiàn)移動(dòng)緩慢的情況，應(yīng)及時(shí)更換拉簧，從而提高彈簧的彈力[5]。三是表殼上下套筒走動(dòng)緩慢，導(dǎo)致其出現(xiàn)“不同軸”的現(xiàn)象。這時(shí)應(yīng)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(chǎn)生齒紋和齒條。四是受上下套筒、齒條或測桿處有油污時(shí)，則通過汽油清洗干凈。

2.2.3 指示百分表指針回轉(zhuǎn)中卡滯的原因

第一，相互作用比較差。這主要是因?yàn)辇X條和齒輪的位置不當(dāng)，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(dòng)，游絲先預(yù)緊五六圈，調(diào)整齒條和齒輪間的間隙，認(rèn)真觀察大指針的回轉(zhuǎn)情況，使大指針的起始位置能平穩(wěn)回落至指頭兩側(cè)，測桿無卡滯情況后固緊圓座板上的3個(gè)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(dòng)。如果不能，則將表體和裝夾套拆開，將整個(gè)表體侵入清潔的航空汽油或無水乙醇中，用毛刷反復(fù)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(dòng)測桿，將測桿上的毛刺進(jìn)行打磨后，再進(jìn)行清洗。三是表體的下套筒出現(xiàn)松動(dòng)。表體的下套管松動(dòng)會(huì)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(jìn)行輕微敲擊，使上套管與下套管同軸，注意敲擊時(shí)應(yīng)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(yīng)在合理范圍內(nèi)，間距過大會(huì)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(diào)整指針的末端高度，最大限度減少表蒙間的摩擦現(xiàn)象[6]。五是指示百分表測桿導(dǎo)向桿變形。如果導(dǎo)向桿彎曲變形，用銅錘在平板式V形鐵上校直，導(dǎo)向桿松動(dòng)時(shí)則將螺釘固緊，沒有螺紋的導(dǎo)向桿則將表體和圓座板拆開，對表體上的導(dǎo)向桿進(jìn)行敲擊固緊。

3 指示百分表校準(zhǔn)中示值誤差的改善策略

3.1 誤差的分級(jí)應(yīng)予以精細(xì)化

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(guī)程）已不能滿足現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展的要求。為了確保指示表的測量精度，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局頒布了《指示表（指針式、數(shù)顯式)》（JJG 34—2008）（下稱新規(guī)程）。在舊規(guī)程中，誤差的分級(jí)處理只包括百分表的示值誤差，主要分為0級(jí)和1級(jí)。但在現(xiàn)行規(guī)程中，將千分表納入進(jìn)來，而且適當(dāng)拓展了分級(jí)處理的項(xiàng)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(shí)現(xiàn)測量精度最大化。

3.2 適當(dāng)放寬示值變動(dòng)性和測桿徑向受力對示值的影響量

在現(xiàn)行規(guī)程中，0級(jí)表的誤差要求與舊規(guī)程的要求基本一致，適當(dāng)放寬1級(jí)表誤差的允許范圍，確保測量結(jié)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(gè)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(gè)工作行程上的示值誤差。在新規(guī)程中，不同量程的0級(jí)百分表說明示值誤差允許范圍變化較小，1級(jí)說明示值誤差范圍被縮小，千分表的變化則很大，轉(zhuǎn)變了之前只應(yīng)用0～1mm量程范圍，其允許的示值誤差范圍也會(huì)得到拓展。根據(jù)0級(jí)和1級(jí)合理劃分不同的示值誤差區(qū)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(jì)算方法的改進(jìn)

在舊規(guī)程的計(jì)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(fù)誤差的絕對值和來決定的。而在新規(guī)程的改進(jìn)中，主要是借助正行程方向得出的各點(diǎn)誤差決定的，關(guān)于負(fù)行程造成的誤差，主要體現(xiàn)在回程誤差中，而并不體現(xiàn)在示值差計(jì)算過程。這種改進(jìn)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(nèi)正反方向的受力情況不同，造成傳動(dòng)件的位置改變，導(dǎo)致同一個(gè)受檢點(diǎn)上讀數(shù)的誤差，但這個(gè)誤差已控制在回程誤差范圍。從以上處理方法的改進(jìn)可以得出：關(guān)于同一個(gè)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(jì)算方法的改進(jìn)，導(dǎo)致指示表的檢定結(jié)果出現(xiàn)了變化。但值得注意的是，在檢定修理過程中，應(yīng)把對指示表的影響降至最低，從而降低示值誤差。與此同時(shí)，在不同的場合，應(yīng)選擇不同級(jí)別的指示表，最大限度地滿足實(shí)際工作需要，同時(shí)避免資源浪費(fèi)，確保測量精度。

4 結(jié)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(nèi)徑等進(jìn)行檢驗(yàn)，常用來測量機(jī)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(jī)械加工中得到了廣泛應(yīng)用，因此不可避免地會(huì)產(chǎn)生故障。所以，在日常的計(jì)量檢定工作中，要充分了解其工作原理，科學(xué)檢定校準(zhǔn)，仔細(xì)觀察指針往返回轉(zhuǎn)、表盤配合的情況，找出示值誤差背后的原因，并采取相關(guān)的改進(jìn)策略，最大限度地發(fā)揮其優(yōu)勢，降低示值誤差，從而提高測量精度。