基于尺寸精度的通用计量器具选用方法

徐 君 ，陈 康 ，邬振华

（1.台州技师学院，浙江 台州 318000；2.台州市计量技术研究院，浙江 台州 318000）

0 引言

长度类通用计量器具（以下简称计量器具）主要指游标卡尺、千分尺及车间使用的比较仪、投影仪等量具量仪。生产中选用这类计量器具具有较大主观随意性，往往是就近选用而不是依据待测尺寸公差选用，无形中埋下一定的产品质量隐患。针对这种现状，依据相应国家标准和检定校准规程，制定了一套基于尺寸精度的通用计量器具选用方法。

1 分辨力、示值误差与最大允许测量误差

生产中计量器具的选用，实质上是依据给定测量任务（如测量生产末端某一零件的某一尺寸，判断其是否符合图纸要求）来选用合适的计量器具来测量。选用时常出现的问题是只考虑计量器具的分辨力，而忽视另外两个重要指标——示值误差和最大允许测量误差。究其原因是分辨力是直观、易获得的指标，而后两者就需要通过其他途径获得。因此制定选用方法前，先区分生产人员选用计量器具时易混淆的这三个概念——分辨力、示值误差和最大允许测量误差。

（1）分辨力d是指能有效辨别的显示示值间的最小差值，也称为分度值[1]。分辨力在计量器具制造时就已设定，同规格计量器具的分辨力是相同的。给定测量任务而未选定计量器具时，可依据待测尺寸精度设定分辨力，限定可选计量器具范围，也可在现有待选计量器具中选定。

（2）示值误差Δ是指测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差[1]。不同计量器具（即便同批次计量器具）间或同一计量器具不同状态（如环境、磨损、寿命）下都存在示值误差差异。要获得某一计量器具某一状态下的示值误差，就要送有资质的计量机构进行校准。

（3）最大允许测量误差MPE是指对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于已知参考量值的测量误差的极限值，简称最大允许误差[1]。最大允许误差有两层含义：1）标准规定某一规格计量器具示值误差的极限（记为MPEs），用来判断计量器具计量性能是否满足标准要求；2）某一给定测量任务要求待选计量器具示值误差的极限（记为MPEm），用来判断计量器具计量性能是否满足给定测量任务要求。以量程0～150 mm游标卡尺为例，若单纯判断当前卡尺是否符合器具标准要求，用当前卡尺示值误差与MPEs作比较即可，但若测量任务已给定MPEm，就用当前卡尺示值误差与MPEs作比较。因此计量器具计量性能可能出现四种情况：a）同时满足 MPEs和 MPEm；b）满足 MPEs，不满足MPEm；c）不满足 MPEs，满足 MPEm；d）同时不满足MPEs和MPEm.

2 待选计量器具最大允许误差计算

检验标准[2]规定按照计量器具允许测量不确定度u选择计量器具，而器具标准和检定/校准证书给出的是计量器具分辨力、示值误差和最大允许误差。为便于计量器具选用，就须建立检验标准与器具标准和检定/校准证书间的联系。

计量器具允许测量不确定度u与待测尺寸公差T的关系，可用公式表示为：

式中a为比例系数。IT6～IT18、公称尺寸至500 mm的光滑工件尺寸测量时，系数a取值见表1.a优先选用Ⅰ档，其次选用Ⅱ档、Ⅲ档。测量范围不满足表1要求或测量结果有争议时，a也可按事先双方商定的方法选用。

表1 IT6～IT18、公称尺寸至500mm时系数a的取值

计量器具允许测量不确定度分量来源有分辨力d和最大允许误差MPEm，采用B类评定[3]。

分辨力d引入的不确定度分量u1为：

u1≈0.3×d

最大允许误差MPEm引入的不确定度分量u2为：

u2=MPEm×b

式中b不同分布类型对应的系数，高斯分布为0.5，矩形分布为0.6，U形分布为0.7.常采用矩形分布，即b=0.6.

待选计量器具允许测量不确定度u为：

由式（1）和（2）可得，

若（aT）2-0.09d2＜ 0，在选定系数 a时，则分辨力d不满足要求，应选较高分辨力的计量器具；在选定分辨力d时，则系数a不满足要求，应选较低档位的a值。

3 计量器具选用规则

按未检定或未校准、已检定和已校准三种状态将计量器具分为三类。在计量器具特性评定要求[4，5]的基础上，依据最大允许误差MPEm制定计量器具选用规则，如表2所示。

表2 给定测量任务计量器具选用规则

待选计量器具未检定或未校准，其真实的计量性能无法确定，若|MPEs|≤|MPEm|，可认为其满足要求。但此处制定的选用规则只适用一般测量，存在测量精度误判的风险。

根据检定结果，计量器具计量性能可分为合格、符合降级使用要求和不合格三种。待选计量器具检定合格，若|MPEs|≤|MPEm|，可认为其满足要求。待选计量器具检定结果符合降级使用要求，则使用所降级别对应的最大允许误差|MPEs|′，若|MPEs|′≤|MPEm|，可认为其满足要求。待选计量器具检定不合格，一般情况下该计量器具不能使用，应作报废处理。

当计量机构给出的是校准证书，应根据证书中给出的 U95（或 U，k=2）与给定测量任务要求的|MPEm|之比来划分，一般情况下两者比值取1∶3，特定场合时可取1∶5.示值误差Δ由校准证书给出。若待选计量器具处在不能做出符合性判定（即待定）时，可送上级计量机构校准，采用准确度更高的检验标准、改善环境条件、增加测量次数和改变测量方法等措施以降低U95，使其满足与|MPEm|之比小于或等于1∶3的要求，然后再评价该计量器具是否满足给定测量任务要求。

由表2可选出符合给定测量任务要求的计量器具，但这并不意味着所选计量器具在使用过程中都能满足使用要求。在日常生产中还应对部分计量器具实施期间核查[6]，保持其校准状态的可信度。需要期间核查的设备仅限于，设备性能不太稳定，容易产生漂移，或使用频度高，新购的、经常带到现场的，或使用环境恶劣，或因出现过载可能导致设备损坏或缺陷，或显示结果可疑。常用核查方法有以下三种[7]：a）采用高一级精度等级的计量标准或有证标准物质进行核查；b）采用同等精度的计量标准、测量设备进行比对；c）采用核查标准和统计技术对计量标准或测量设备实施过程控制等。

4 示例说明

某车间生产了一批轴类零件，其中一个外径尺寸为 φ55h7（0-0.03）mm，现有 0 ～ 150 mm 游标卡尺、0～150 mm数显卡尺、50～75 mm外径千分尺和50～75 mm数显外径千分尺。不考虑检定或校准的情况下，选出满足外径尺寸测量要求的计量器具。

由表1可知测量公差等级IT7的外径尺寸，a有三档可供选择，即1/10、1/6和1/4.由器具标准可知，上述四种计量器具[8，9，10]的分辨力 d 依次是 0.02 mm、0.01 mm、0.01 mm和0.001 mm；由于公称直径φ55 mm在0～70 mm范围内，最大允许误差MPEs依次是±0.02 mm、±0.02 mm、±0.005 mm 和±0.003 mm，并取b为0.6.

由式（3）可得不同a和d对应的MPEm值，见表3.

表3 不同a和d对应的MPEm值（公差等级IT7）（单位：mm）

选用表2中计量器具处于未检定或未校准状态加以评定。由表2和表3可知，游标卡尺和数显卡尺不满足，外径千分尺满足Ⅱ档和Ⅲ档，数显外径千分尺满足Ⅰ档、Ⅱ档和Ⅲ档。

若考虑计量器具检定校准状态，则只需依据表2相应条款做出判断即可。

5 结束语

通过上述计量器具选用方法的制定，在给定测量任务、器具标准、检验标准及检定/校准证书之间建立起了联系，便于一线生产和检测人员从众多计量器具中选出符合给定测量任务要求的计量器具，为提升产品质量提供保障。

参考文献：

[1]全国法制计量管理计量技术委员会.JJF1001-2011通用计量术语及定义技术规范[S].北京：中国质检出版社，2012.

[2]全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会.GB/T3177-2009产品几何技术规范（GPS）光滑工件尺寸的检验[S].北京：中国标准出版社，2009.

[3]全国产品尺寸和几何技术规范标准化技术委员会.GB/T18779.2-2004产品几何量技术规范（GPS）工件与测量设备的测量检验第2部分：测量设备校准和产品检验中GPS测量的不确定度评定指南[S].北京：中国标准出版社，2005.

[4]全国法制计量技术委员会.JJF1094-2002，测量仪器特性评定[S].北京：中国计量出版社，2003.

[5]林景星.《检定证书》、《校准证书》结果的符合性评定[J].现代测量与实验室管理，2006（1）：50-51.

[6]陈成仁，王永泉，施昌彦，等.对实验室设备期间核查的理解和应用[J].中国计量，2009（6）：41-43.

[7]陈少洁.几种期间核查方法的实例分析[J].计量与测试技术，2009，36（8）：63-66.

[8]中国机械工业联合会.GB/T21389-2008游标、带表和数显卡尺[S].北京：中国标准出版社，2008.

[9]中国机械工业联合会.GB/T1216-2004外径千分尺[S].北京：中国标准出版社，2004.

[10]中国机械工业联合会.GB/T20919-2007电子数显外径千

分尺[S].北京：中国标准出版社，2007.