探析千分尺精确测量小微导线外径的改进措施

陈萍

广西壮族自治区计量检测研究院 广西南宁 530007

工业领域在不断发展过程中对于各个部件的精密程度有了更高的需求，也使得千分尺的应用程度越来越为广泛，千分尺是属于测量仪器，在使用的中很多因素都会导致千分尺的测量结果与真实数据有所误差，降低了测量的精确度，对此问题必须要给与高度的重视。

1 外径千分尺主要结构和特点

（0-25）mm外径千分尺，由测微头、尺架、同定测砧、测力装置和锁紧装置等组成。

（1）测微头主要包括一对螺旋副传动装置和标尺。测微头由螺纹轴套、调节螺帽、测微螺杆、固定套管和微分筒等组成。螺纹轴套左端与尺架过盈连接，右端有螺距O.5mm内螺纹和外螺纹及圆锥面，内螺纹与测微螺杆的外螺纹组成了一对螺旋副传动装置。测微螺杆的轴线与千分尺的测量线重合。测微螺杆左端面是两测量面之一，中部是一段螺距o.5mm高精度外螺纹.螺纹的精度几乎就是整把千分尺的精度。测微螺杆右端有M4内螺纹和外圆锥面，M4内螺纹用于连接测力装置和紧固微分筒与测微螺杆的连接，外圆锥面通过弹簧套与微分筒相连。固定套管和微分筒上都有刻度线，两者共同组成了分度装置。固定套管通过弹簧力浮动在螺纹轴套上（两者同轴），固定套管上有一条平行于轴线的纵刻线，在纵刻线的上下两侧各有一列均匀分度横刻线，刻线间距都是1mm。但上下两列横刻线相互错位0.5mm；下侧横刻线标有数字，表示毫米整数值，左端横刻线称下限刻线，右端横刻线称上限刻线，上、下限刻线距离25mm，也就是每把千分尺的量程（测砧固定式）；上侧横刻线未标数字，表示半毫米数值。微分筒左端锥面上，有50条均匀刻线（平行母线）并标出数字。微分筒每转一周。测微螺杆轴向位移O.5mm；每转动一个刻线间距，测微螺杆移动距离O.5／50=O.01，这就是千分尺的分度值。

（2）尺架是千分尺的基础件，大部分件都安装在它的上面。在尺架的测量轴线上，左侧有固定测砧，右侧装着测微头。尺架对测量精度有重大影响：如尺架变形时，就会造成两测量面平行度偏位，温度的变化也影响测量不确定性。所以，尺架虽然不直接参与测量，也应重点保护。

（3）锁紧装置的作用是将测微螺杆固定在当前位置一保持测最值不变——便于读数。需要时，顺时针制动手柄即可，用力要适当，不可太大。

2 误差分析及改进措施

2.1 样品本身误差

（1）不圆整。拉丝模具加工精度不够或者不均匀磨损会造成模孔成椭圆形导致导线外径不圆整；特别软的导线在收线时受到较大不均匀的压力也会造成导线外径不圆整。在同一测量位置，以互成900测量导线的2次外径取平均值，可以极大地减小测量误差。（2）折痕。导线由于受到较大外力而发生变形，应避免在有明显折痕的位置进行测量。（3）外径波动。由于张力波动较大或者导线成分和性能的较大波动造成外径波动，加大测量次数和间隔距离取平均值可降低误差。（4）弯曲。导线拉丝时在鼓轮和收线盘上都需带张力盘绕在上面，导线必然产生内应力，取下的一段被测样品呈自由状态后往往还有一定的弯曲，强度较大的线更明显，在弯曲部位测量易导致外径偏大。应尽量让导线呈直线状态进行测量或者避免在弯曲部位测量。（5）温度。温度会造成导线热胀冷缩而产生外径变化，不同材料膨胀系数不同造成的误差也不同。导线应尽量在其冷却到室温后进行测量，且室温应符合测试温度条件[1]。

2.2 仪器误差

仪器的误差主要是零误差，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度上的水平横线应该是对齐的。若没有对齐，测量时就会产生系统误差，即零误差。零误差若无法消除，应考虑读数是否会受影响。零误差一般不大，千分尺零位没调到位和不当使用产生的磨损或松动等都会造成零误差，尤其是零误差只有l-2μm时是比较难发现的。使用数显千分尺非常容易产生零误差，若测砧上面粘有脏污或灰尘，此时若清零必然产生负零误差而造成测量外径偏小，而且很多员工喜欢按清零键。用干净的纱布将用于测量两个面彻底清理干净后检查千分尺是否归零或两零线是否对齐，对于0.001mm精度的千分尺应用测量针进行校准和检验，因为l-2μm的脏污比较难清除，1-2μm的零误差也难于发现。用测量针检查外径是否符合标准外径，否则应继续清理；符合标准外径后，此时的零位就可作为标准的零位，数显干分尺的零位设置完后不能轻易再改变或按清零键。机械千分尺调整零位时，可用扳手松动固定套管小螺丝，采用扳手对套筒位置进行调节，保证两零线的对齐，再拧紧小螺丝。

2.3 操作误差

（1）读数误差。读数误差主要是测量人员视觉位置所造成的。数显千分尺不存在该误差，机械千分尺读数不当一般会造成约2μm的误差。对于机械千分尺，正确的视觉应位于读取刻度的正上方。因读数视线的角度偏差造成测试结果偏小和偏大，0.01mm精度千分尺的读取应在固定套筒零线（基准线）正上方（视线应垂直零线）。0.001mm精度千分尺先按上述方法读取，第三位通过固定套筒上面的副尺刻度读取，副尺刻度有10条，如第1条线与微分筒刻度对齐，则读数为1μm，此时的正确视线应与第1条副尺刻度线垂直。（2）测量压力误差。测量压力误差是被测样品受到压力的不同而产生的误差，也称为测力误差。因此，测力应合适，过大过小都会造成误差。标准GB／T4909.2《裸电线试验方法第2部分尺寸测量》中规定，0.1mm以下的试件，测力应为0.1-1.0N；0.1mm及以上的试件，测力应为1-3N。尤其是对于微细线或软线，受压容易变形造成测量外径偏小。实际测量时不知具体测力大小，小心操作可以避免较大的测力误差。测量时应小心轻缓转动旋钮，待将要或刚接触样品后轻缓转动测力装置，一般响动2-4声后开始读数，通常可取响动3声。视被测物的大小和软硬适当调整响动次数，容易受压变形的取下值。对于同种被测样品应保持相同的响动次数以保证每次测力相同。

3 结语

外径千分尺是一种常用量具，因此在使用时应当按照操作规范进行操作，防止不合理操作以及磕碰等现象，以减少误差对测量结果的影响，外径千分尺能够满足测量精度的要求，为实验和生产服务。