数显测力计(浅谈带表类量具的检定方法)

目前市面上有多种测量长度的表类计量器具，仪器的多样化让测量更加方便，也提高了测量的准确度。对不同的计量设备，依据其特有的计量特性，应该用不同的方法对其进行检定/校准。这些计量仪器中，目前有代表性的有如下三种:带表千分尺、表式卡规、带表卡规。现就常用的这三类计量器具如何进行检定/校准作如下介绍。

一:带表千分尺

此带表千分尺类似于杠杆千分尺，是用于测量小尺寸、准确度高的仪器。它由机械式比较仪、尺架和测微头等部分组成，主要用于外尺寸的比较测量。

对于它的计量检定，主要从以下3个方面进行分析:测量面的平面度和平行度、带表千分尺的比较仪和整体的示值误差。

首先，应保证实验室的温湿度条件满足检定的要求，带表千分尺和检定用的工具要等温一段时间。检定测量面的平面度和平行度时，用平面平晶和平行平晶以技术光波干涉法进行检定。比较仪的检定依据JJG39-2004 《机械式比较仪检定规程》进行，用相应量块、工作台等计量器具，以比较测量的方法对各测量点展开检定。将装有球面测帽的表头夹持在臂架上，工作台上放置三珠工作台或玛瑙工作台，调整其中心处于测量轴线上，然后以相应准确度等级的量块每间隔10个分度进行一点检定。检定整体的示值误差时，在测微头25mm行程范围内均匀分布的5个位置上，用量块逐点进行测量。检定时，先用下限尺寸量块调整好零位，然后转动微分筒，使测微头上的示值分别处于各受检点上，锁紧测微螺杆后，将相应尺寸的量块放入两测量面间，在比较仪上读出各点的示值误差。

二:表式卡规

此类手持式高精度精密外径卡规，是用于测量轴类直径的精密量规，与指示表类测微仪配套使用，用相对测量的方法，得到待测件的外径尺寸。

目前还未出台相应的计量校准规范，一般是先将指示表拆下单独进行校准，待指示表检定合格后，再装上卡规架，用标准件对整体校准检验。首先，参照指示表的检定规程JJG34-2008《指示表(指针式、数显式) 检定规程》对单独的指示表进行检定，检定出的示值误差判断为合格之后，再将指示表装夹到卡规架上。在校准前，应先对配套的两组标准圆柱进行测量，得到大小两组数据后，以其为标准。将卡规夹紧小尺寸对零，之后再夹紧大尺寸，调节到最佳测量位置，指示表上两次读数的差值为a，标准件两尺寸的差值为b，从而得到带表卡规的示值误差Δ=a-b。判断示值误差是否满足要求，从而判定该卡规能否正常使用。

三:带表卡规

带表卡规是利用杠杆传动机构将量爪测头的相对位移转变为指示表示值的一种计量器具，可以测量内径、外径、内沟槽、外沟槽、板厚、壁厚和管厚尺寸。按其结构及用途分为带表外卡规和带表内卡规，前者用来测量外端长度尺寸，后者用来测量里端内径尺寸。

我们依据JJF1253-2010《带表卡规校准规范》来对它进行校准。首先，在满足温湿度要求的环境下，被校卡规和校准器具在室内平衡温度的时间不少于2h。检查外观和各部分相互作用确定符合要求后进行校准。用分度值不超过0.1N的测力计在测量范围下限和上限位置进行测量，取最大测量力与最小测量力之差即为测量力变化。示值误差的获得，用五等量块与量块内测量附件组成的内尺寸进行测量，至少应在测量范围内均匀分布的5个位置上进行。校准时，应在测量范围下限值调整好指示表的零位，然后依次校准其余的4个校准点。操作时，应注意寻找示值转折点，用该点的指示表示值与相应量块尺寸的差值，作为该带表卡规的示值误差。

四:简要进行带表卡规示值误差测量结果的不确定度评估

1.测量方法

用五等量块，对分度值为0.005mm、测量范围为(10～15)mm的带表卡规进行校准，其中量块尺寸均选用各测量范围的上限值进行分析评定。

2.建立数学模型

e=lk-ls，考虑校准时测量不确定度因素影响，则变换为e=lk-l+LΔtδα-Lαδt

式中:e——卡规示值误差；lk——卡规示值(20℃条件下) ；ls——量块的标称值(20℃条件下)。

3.各项标准不确定度

(1)带表卡规示值变动性(Δlk)引入的不确定度u1

示值变动性(Δlk)为均匀分布，对校准过程影响两次，引入的标准不确定度

(2)五等量块的长度偏差(Δls)引入的不确定度u2

Δls为两点分布，包含因子k=1，于是u(Δls)=Δls/1=Δls。

(3)卡规和量块的线膨胀系数差(δα)引入的不确定度u3

卡规和量块的线膨胀系数为(11.5±1)×10-6℃-1，故两者的膨胀系数差δα应在±2×10-6℃-1范围内，服从三角分布，于是

(4)卡规与量块间温度差δt引入的不确定度u4它们间存在的温度差以等概率落在±2℃范围内，服从均匀分布，于是u(δt)

4.合成标准不确定度和扩展不确定度当分度值为0.005mm、测量范围为(10～15)

U=kuc，取包含因子k=2，U=2×2.6≈5μm。

到此，带表卡规不确定度分析完毕。依据上述分析，不确定度所引入的误差很小，可以只关注工件的尺寸误差，而不用考虑卡规带来的误差。