千分尺测量误差因素分析及修正措施

邱江月

（天津市东丽区计量检定所，天津 300300）

时下，测量技术是信息化工业技术的关键和基础。作为测量仪器之一的千分尺，随着它测量水平的提高，产品性能的增强，品种规格的丰富，成了工业发展测量中的重要一部分，成为当今首选测量仪器中的主流。

1.千分尺定义

千分尺，又叫螺旋测微器，它是一种比游标卡尺更精密的长度测量仪器，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几厘米。千分尺细分有外径千分尺（最常见）、内径千分尺、内测千分尺、壁厚千分尺、管壁千分尺等等，功能各异。但都是用来测量精度在0.01mm范围内的尺寸。它与卡尺相比具有测量精度高、测量结果易看等特点。

2.千分尺工作原理

螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来。螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退这0.5/50=0.01mm。可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺。测量时，当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点若恰好与固定刻度的零点重合，旋出测微螺杆，并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端，那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。这个距离的整毫米数由固定刻度上读出，小数部分则由可动刻度读出。

3.千分尺零误差判定

千分尺误差判定校准好的千分尺，当测微螺杆与测砧接触后，可动刻度上的零线与固定刻度上的水平横线应该是对齐的，如果没有对齐，测量时就会产生系统误差──零误差。如无法消除零误差，则应考虑它们对读数的影响。若可动刻度的零线在水平横线上方，且第x条刻度线与横线对齐，即说明测量时的读数要比真实值小x.100毫米，这种零误差叫做负零误差。这种零误差为－0.03毫米；若可动刻度的零线在水平横线的下方，且第y条刻度线与横线对齐，则说明测量时的读数要比真实值大y.100毫米，这种零误差叫正零误差，它的零误差为＋0.05毫米。

对于存在零误差的千分尺，测量结果应等于读数减去零误差，即物体长度＝固定刻度读数＋可动刻度读数－零误差。

4.测量误差因素分析

4.1 人员整体素质的参差不齐。千分尺在测量工作中，要求操作人员应具有高中及以上文化程度，并经上级计量管理部门的考核合格，取得"千分尺量具"计量检定员证书的计量检定人员，这样才能上岗工作。

4.2 系统误差

系统误差是指在相同测量条件下，对同一被测几何量进行连续多次测量时，误差的大小和符合均变，或按一定规律变化的测量误差。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误差。例如，使用千分尺测量零件时，千分尺零位调整不正确，对各次测量结果的影响是相同的，因此所引起的测量误差属于定值系统误差。又如，分度盘所引起的按正弦规律变化的测量误差，属于变值系统误差。

根据系统误差的性质和变化规律，它可以用计算或实验对比的方法确定，用修正值从测量结果中消除。但是在某些情况下，系统误差的规律难于判定，因而无法消除。

4.3 随机误差

随机误差是指在相同测量条件下，连续多次测量同一被测几何量时，误差的大小和符号以不可预定的方式变化的测量误差。所谓不可预定是指单次测量中，误差的大小和符号无法预先知道。但是连续多次进行测量，则误差的总体服从一定的统计规律。

由于随机误差是由测量过程中许多难以控制的偶然因素或不稳定因素引起的，所以误差值时大时小，符号可正可负。因而这类误差不能消除，只能设法减小它对测量结果的影响，并运用概率论和数理统计方法，在一定的置信概率下估算它的分布范围。

从某种意义上说，测量精度的高低，并不取决于对测量误差的估计，而是取决于测量方法和测量条件的优劣。要提高测量精度，必须采用科学的测量方法和良好的测量条件。

5.千分尺修正措施

5.1 外观修正。首先选用航空汽油对外径千分尺清洗,清洗时要将测力装置向上,避免污物随汽油流入测微螺杆。清洗干净后观察其外观情况,千分尺及其校对用量杆不应有碰伤、锈蚀、带磁或其他缺陷,刻线清晰、均匀。如是果非工作面有锈蚀,可用金相砂纸去除。如果带磁可用量具退磁器退磁。固定套管与微分筒的刻线模糊可用黑漆进行修复。

5.2 各部分相互作用的修理 。转动微分筒,在整个测量范围内微分筒和测微螺杆的移动应平稳无卡住现象。若转动不平稳或有卡住现象,可先拆下微分筒,转动测微螺杆,若仍有此现象,说明测微螺杆有异物、毛刺或锈蚀,需要拆下来用干净的汽油对其进行清洗,晾干后加少量机油润滑即可。一种简便快捷的方法是:观察微分筒与固定套管碰擦时微分筒的数字位置,拆下微分筒,在接头内圆锥上相应该数字位置处垫上一小条薄纸片后重新装上即可。

5.3 测力的修理。外径千分尺的测力应在5-10N范围内。修理测力装置时,一般是把测力弹簧及棘轮拆下来,先用汽油清洗棘轮,晾干后用机油润滑。测力过大可压缩或剪短测力弹簧,测力过小可适当拉长弹簧。

5.4 示值误差超差的修理。外径千分尺在检定示值误差前要先把测量下限调整正确,此时微分筒上的零刻线与因定套管纵刻线对准,微分筒的端面与固定套管测量下限毫米刻线右边缘应相切。若不相切,压线不大于0.05mm,离线不大于0.01mm。如果压、离线超出上述要求,为了防止读错数,就要对固定套管在轴向位置上进行调整。压线时把固定套管往左移,必要时可在砂轮机上根据压线大小把固定套管的左端面磨掉一部分;离线时把固定套管往右移。经过上述调整后就要以对外径千分尺的示值误差进行检定了。检定时用 A+5.12、A+10.24、A+15.36、A+21.5、A+25mm尺寸的4等或5等量块进行检定,A为外径千分尺的测量下限。如果外径千分尺的示值超差,一般在测微螺杆上涂上氧化烙用“正拉负推”的方法进行研磨。即当检定结果为正超差时,在该部位转动研磨时施加轴向的拉力;当检定结果为负超差时,在该部位转动研磨时施加轴向的推力。通过轴向的拉、推力,来加快磨削磨损牙面的对称牙面。

6 千分尺使用时注意事项

千分尺是一种精密量具，使用时应小心谨慎，动作轻缓，不要让它受到打击和碰撞。千分尺内的螺纹非常精密，使用时要注意：①旋钮和测力装置在转动时都不能过分用力；②当转动旋钮使测微螺杆靠近待测物时，一定要改旋测力装置，不能转动旋钮使螺杆压在待测物上；③当测微螺杆与测砧已将待测物卡住或旋紧锁紧装置的情况下，决不能强行转动旋钮。

还有些千分尺为了防止手温使尺架膨胀引起微小的误差，在尺架上装有隔热装置。实验时应手握隔热装置，而尽量少接触尺架的金属部分。使用千分尺测同一长度时，一般应反复测量几次，取其平均值作为测量结果。

[1]蒋和平.常用测量不确定度评定方法及应用[期刊论文]-北京:中国计量出版社，2004.

[2]李彪,王广成,戚勇达.千分尺示值误差的调修技巧[J].工业计量,2007,(S1).

[3]奚彩玲.千分尺示值误差的修理[J].质量天地,2003,(12).

[4]宣湘.测量不确定度的评定与表示 [期刊论文]-北京:中国计量出版社，2001.