数显式角度仪校准装置

邢敏剑 / 上海市计量测试技术研究院

数显式角度仪校准装置

邢敏剑 / 上海市计量测试技术研究院

分析传统角度校准装置的特点，设计出一种新型的数显式角度仪校准装置，介绍了校准装置的测量原理和测量方法，与传统角度块的校准方式进行比较，验证了新型角度仪校准装置的有效性。

角度块；角度仪；校准装置

0 引言

随着电子技术的不断发展，数显式角度测量仪器不断涌现。数显式角度测量仪器具有体积小巧、携带方便、测量快速、准确度高、读数方便等诸多优点，因此在建筑、工业质量检测等领域得到了越来越广泛的应用。由于数显式角度测量仪器属于电子类产品，随着使用时间的增加，其内部元件可能出现老化，其外部结构也可能出现损坏、磨损，从而使仪器所测值失准。为了确保数显式角度测量仪器的准确性，需定期对其进行校准。目前对数显类角度测量仪器的校准没有相关校准规范，一般参照JJG 33-2002《万能角度尺》检定规程进行校准。该方法具有测量角度值单一，效率低下，且校准结果易受人为因素的影响，因此，亟需设计出一种操作方便、校准准确度高的数显式角度仪校准装置。

1 数显式角度仪校准装置的测量原理

1.1 传统校准方法的测量原理

传统校准方法采用7块标准角度块组，分别对数显角度仪器在15°10′、30°20′、45°30′、50°、60°40′、75°50′、90°七个角度进行校准。校准时，将标准角度块放置于大理石平板上，被测数显角度仪器放置在标准角度块上，读取被测仪器的读数。将读数结果和标准角度块的值进行对比，从而得出数显式角度仪的角度偏差（图1）。

采用角度块进行校准，测量值受角度块的数量限制，测量的角度值有限，不能比较在非标准值处角度仪的准确性；此外，角度块需要一直切换，校准效率偏低；且受人员操作方式影响大，误差不容易控制；时间长了标准角度块容易磨损。

图1 传统校准方法测量原理

1.2 新型角度仪校准装置的测量原理

数显式角度仪校准装置结构如图2所示。由于齿轮传动系统具有传动效率高、传动比稳定、寿命长、工作可靠性高、可以实现平行轴、任意角相交轴和任意角交错轴之间传动等优点，因此该装置采用齿轮结构，分别连接粗调旋钮、微调旋钮和角度编码器及被校仪器。粗调旋钮用于对校准角度值进行初步调整，粗调完毕后即可进行微调，以达到所需校准角度的标准值。同时选用高准确度角度编码器，它可将被测角位移直接转化成数字信号送入控制器处理，示值误差可控制在±2′之内。在本装置中，将角度编码器安装于被校仪器同一轴上，以保证测量准确度的一致性，减小测量误差。

校准时，通过粗调和微调旋钮带动齿轮传动系统转动，从而带动编码器计数，并将角度编码器旋转产生的信号送至人机交互设备。人机交互设备显示出校准装置旋转角度的当前数值，根据其显示的示值不断调整粗调和微调旋钮，直至达到校准所需标准角度。同时固定于夹具上的被校数显式角度仪器也随齿轮传动系统转动，当人机交互设备显示的角度值与校准所需的标准角度一致时，即可读取被校仪器的当前示值，该示值即为被校仪器在所需校准的标准角度时的示值。通过两者数据的对比，可以准确测量出数显式角度仪器的示值误差。

图2 新型数显式角度仪校准装置测量原理

1.3 实验数据比较

下面以实例进行验证。校准时，先将被校数显式角度仪通过夹具固定在该套校准设备上，对数显式角度仪和校准装置进行调零。为了与采用标准角度块校准的结果进行比较，利用粗调和微调旋钮也将其调整至15°10′，30°20′，45°30′，50°，60° 40′，75°50′，90°七个角度上，并记录所测结果。将两种方法得到的校准结果进行对比，结果如表1。

通过数据对比可知，不管是采用角度块进行校准还是采用角度仪校准装置进行校准，其校准结果具有高度一致性，说明该数显式角度仪校准装置稳定可靠，测量准确度高，可以替代标准角度块用于数显式角度类仪器的校准。

表1 采用角度块和角度仪校准装置时角度仪的不同显示值

3 结语

角度仪的准确性关系到设备的准确性，对角度仪的检定也就最终决定了产品的质量，因此检定装置的效率和质量也最终会影响相关产品的生产率和质量。该装置能显著提高检测效率，能够为企业提供更好的支撑。该装置将进一步完善，以期实现更好的性能。

图3 实验一数据误差

图4 实验二数据误差

[1]《计量测试技术手册》编辑委员会．计量测试技术手册第二卷几何量[M].北京：中国计量出版社，1996.

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[4]全国几何量长度计量技术委员会．JJF 1345-2012[S].北京：中国计量出版社，2012.

A calibration device for digital goniometers

Xing Minjian

（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology）

This paper analyzed the characteristics of calibration devices for conventional angular gage blocks,and designed a new calibration device for digital goniometers introduced its measuring principle and measuring methods.By comparing the calibration result with conventional angle gage block,it verified the effectiveness of the new calibration device.

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