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卡尺内量爪错位对测量结果的影响
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2015-07-02

用卡尺内量爪测量内圆尺寸时,由于内量爪错位(或称为侧隙)与测量部位的磨损造成测量轴线变宽等因素的存在,将影响内圆尺寸的测量准确度。笔者在对通用卡尺中的游标卡尺、数显卡尺、带表卡尺的计量检修工作中,针对上述因素的影响作了量化分析并提出控制方法,供大家参考。

一、测量原理

在用卡尺内量爪测量内圆尺寸时,其理想模型图如图1、图2所示。图1表示用圆弧内量爪测量,图2表示用刀口内量爪测量。图中,AB为测量接触点,φ为被测内径。可以看出,在理想状态下,卡尺的测量读数就等于AB,也等于φ

缺插图!

<CTSM>图1</CTSM>

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<CTSM>图2</CTSM>

然而,由于内量爪错位(或称为侧隙)与测量部位的磨损造成测量轴线变宽等因素的客观存在,其实际测量模型图如图3、图4所示。这时卡尺的测量读数为AB′,AB′是测量接触点AB投影在水平测量线上之间的距离,AB′<AB=φ

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<CTSM>图3</CTSM>

缺插图!

<CTSM>图4</CTSM>

二、误差分析

内量爪错位与测量轴线宽度对内径的测量究竟有多大的测量偏差,下面以圆弧内量爪卡尺为例,进行量化分析。如图5所示,C表示圆弧内量爪错位量,H表示测量轴线宽度,φ表示被测物的实际内径,AB表示应测得的内径,AB表示实测内径值。

缺插图!

<CTSM>图5</CTSM>

根据图5可以看出AB=φ

测量示值误差

设∠ABA'=α


由于的值比较小,可以认为α→0


图6是刀口内量爪卡尺的实际测量图,从图3、图4可看出,刀口内量爪的侧隙量相当于圆弧内量爪的错位量。根据以上分析,同理可得


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<CTSM>图6</CTSM>

从式(1)、式(2)可以得出:δ为负值,说明在CH存在下用卡尺内量爪测量内孔孔径时,测量值小于实际值,且测量误差和CH值的大小成正比,和φ成反比。

三、控制方法

在实际使用中,用卡尺内量爪测量孔径直径时,由于CH的普遍存在,在检修卡尺内量爪工作中,我们的做法是,将按JJG30-2008《通用卡尺》检定规程要求检定合格后的卡尺再对标准光滑环规进行测量,刀口内量爪卡尺一般用Φ10mm的环规,圆弧内量爪卡尺用Φ18mm的环规。以测量范围为(0~150)mm、分度值为0.02mm的刀口内量爪卡尺为例,若发现测量环规示值误差在-0.02mm之外,就对卡尺的刀口内量爪的H值进行适当修小,并调小侧隙C来减少测量误差。一般来说,卡尺内量爪经修整后用标准环规进行测量,测量的示值误差一般都能控制在检定规程规定的范围之间,既达到了规程的要求,又解决了实际测量中存在的问题。

经过多年的实际操作,我们发现对于刀口内量爪,经检修后,刀口厚度H控制在0.2mm以下,且测量轴线外侧适当修圆(可用刻度放大镜来检测),侧面间隙C控制在0.1mm以下(可用塞尺检定);对于圆弧内量爪,测量轴线宽度H控制在0.15mm以下(可用刻度放大镜来检测),量爪错位量C控制在0.2mm以下,那么,用卡尺内量爪来测量内孔直径时,测量误差一般不会超过JJG30-2008的规定。

四、实验数据分析

表1和表2是分别用同一刀口内量爪数显卡尺和圆弧内量爪数显卡尺C值和H值检修前后,用千分尺和量块检定的示值误差及测量对应的系列环规内孔直径的实际示值误差的对比表。

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<CTSM>表1(0~150)mm刀口内量爪数显卡尺单位:mm</CTSM>

缺插图!

<CTSM>表2(0~200)mm圆弧内量爪数显卡尺单位:mm</CTSM>

由表1和表2可看出,卡尺内量爪的C值和H值较大时,测量小孔孔径产生的误差较大,经检修后,C值和H值较小时,测量孔径误差能够满足JJG30-2008的要求。

五、小结

在卡尺的使用过程中,用卡尺测量较小内孔直径时,要考虑错位和测量轴线厚度带来的测量误差,对于准确度较高的内孔直径的测量要加以修正或改用其他方法测量。

作者单位【江苏省宜兴市计量检定测试所】


【关键词】卡尺内量爪,侧隙,测量偏差,国家标准物质网,北京世纪奥科 

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