万能量具-培训教材

1第一章游标类量具的检定通用量具系指在机械加工过程中，车间工人和检验人员在现场应用的计量器具，主要包括游标量具、微分类量具、指示表类量具、角度量具、平直量具和水准泡式水平仪等机械式计量器具。通用量具的检定系统图如图1-1所示。利用游标尺和主尺相互配合进行测量和读数的量具，称为游标量具，主要包括：游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺、电子数显卡尺、圆标高度卡尺和数显测高仪等。它的结构简单，使用方便，维护保养容易，在机械加工中应用广泛。第一节概述一、游标读数原理将两根直尺相互重叠，其中一根固定不动，另一根沿着它作相对滑动。固定不动的直尺称为主尺，沿主尺滑动的直尺称为游标尺(简称游标)。设a为主尺每格的宽度，b为游标尺每格的宽度，i为游标刻度值(分度值)，n为游标的标记格数。当主尺1n格的长度正好等于游标n格的长度时，游标尺每格的宽度b为：nanb/1游标的分度值i为主尺每格的宽度与游标尺每格的宽度之差，即：anbai1ian/iab当主尺12n格的长度正好等于游标n格的长度时，游标尺每格的宽度为：nanb/12游标的分度值i为主尺2格的宽度与游标尺l格的宽度之差，即：anbai122图1-1通用器具检定系统框图注：1、Ur—测量结果总的相对不确定度(置信限)；U—测量结果总的绝对不确定度或总不确定度(置信限)，m；—示值误差，单位m；l—被测的长度，单位m；2、除标明单位的以外，框图内量程的单位均为mm；3、没有被列入本检定系统的计量器具，只要符合规定的要求都可以使用。3ianiab2同理，当主尺1rn格的长度正好等于游标n格的长度时，游标尺每格的宽度为：narnb/)1(游标的分度值i为主尺r格的宽度与游标尺1格的宽度之差，即：anbrai1ianirab式中：r—游标模数。游标模数为正整数，一般取r＝l或r＝2。游标刻线的总长为1)(rnairannbl游标模数越大，则游标刻线的总长越长，游标的结构越大。游标刻线数越多，则游标分度值越小，读数精确度越高。常用的游标型式见表1-1。表1-1常用的游标型式游标分度值为0.1mm的游标读数原理如图1-2所示。其主尺每格宽度为1mm，游标模数r为1，游标刻线格数为10，则游标尺每格的宽度为：mm9.0101110/1nanb4游标分度值i为：图1-2游标读数原理当主尺的零标记与游标的零标记对齐时，见图1-2a，除游标尺的尾标记与主尺的标记9重合外，其他标记均不与主尺标记重合，这种情况称为游标读数装置处于零位。在游标读数装置不处于零位时，游标的第一条标记与主尺的第一条标记相距0.1mm，它们的第二条标记相距0.2mm，第三条标记相距0.3mm，…，第九条标记相距0.9mm，而它们的第十条标记相距1mm。如图1-2b所示，若游标在主尺上向右滑动0.1mm时，游标上的第一条标记就与主尺的第一条标记重合了。此时，游标零刻线至主尺零刻线之间的距离为0.1mm；若第二条标记重合时，则游标零标记至主尺零标记之间的距离为0.2mm；若第九条标记重合时，则游标零标记至主尺零标记之间的距离为0.9mm。可见，利用游标可读出游标零标记与主尺标记之间相互错开的距离。游标刻度值除0.1mm外，还有0.05mm和0.02mm。二、游标量具的主要技术数据表1-2为游标量具的分度值和测量范围；表1-3为游标量具的示值误差。mm1.011011ani5表1-2游标量具的分度值和测量范围mm测量范围游标读数值游标卡尺高度游标卡尺深度游标卡尺0.02，0.050~1250~2000~3000~2000~3000~2000~3000~5000.02，0.050.100~500300~10000~5000~10000.02，0.05500~15001000~2000表1-3游标量具的示值误差mm分度值（分辨力）0.01，0.020.050.10测量范围允许误差0~150±0.02＞150~200±0.03±0.05＞200~300±0.04＞300~500±0.05±0.08±0.10＞500~1000±0.07±0.10±0.15＞1000~1500±0.10±0.15±0.20＞1500~2000±0.14±0.20±0.25第二节游标卡尺的检定一、游标卡尺的结构型式游标卡尺简称卡尺。按结构型式的不同，卡尺分为单面卡尺、双面卡尺和三用卡尺等。(一)单面卡尺单面卡尺的结构型式，如图1-3所示。单面卡尺带有内外量爪，可以测量内尺寸和外尺寸。(二)双面卡尺双面卡尺的结构型式如图1-4所示。双面卡尺的上量爪图1-3单面卡尺为刀口形外量爪，适宜测量喉径尺寸。双面卡尺的下量爪为内外量爪，可测内、外尺寸。6(三)三用卡尺三用卡尺的结构型式如图1-5所示。三用卡尺的内量爪带刀口形，用于测量内尺寸；外量爪带平面和刀口形的测量面，·用于测量外尺寸；尺身背面有深度尺，用于测量深度和高度。图1-4双面卡尺图1-5三用卡尺游标卡尺读数费时，效率不高。为了改进游标卡尺的读数，近年来出现了带表卡尺和电子卡尺。带表卡尺的结构型式如图1-6所示。电子卡尺的结构型式如图1-7所示。图1-7电子卡尺1.下量爪；2.上量爪；3.游框显字机构；4.主尺图1-6带表卡尺1.量爪；2.百分表；3.毫米标尺二、游标卡尺的误差来源影响游标卡尺测量误差的主要因素有：(1)由于结构违背阿贝原则引起的误差。(2)主尺基面与固定量爪测量面垂直度引起的误差。(3)读数误差。(4)刻线误差。(5)对零误差。(6)测量面平行度和平面度误差。(7)测力引起的变形误差。7三、游标卡尺的检定方法频繁使用会使计量器具磨损、变形甚至损坏，这就需要对计量器具进行周期检定。检定周期确定的长短应遵守以下原则：计量器具到下周期检定时，其合格率不应低于95％。检定周期一般可定为3个月、4个月或6个月，最长不能超过1年。游标卡尺应按照JJG30—2002《通用卡尺检定规程》进行检定。(一)游标卡尺检定注意事项(1)检定卡尺的室内温度对分度值0.02mm的卡尺为(205)℃。(2)检定前，受检卡尺和量块一同放置于检定室内的金属板或木桌上，其平衡温度的时间不少于表1-4的规定。表1-4平衡温度时间平衡温度时间ｈ测量上限ｍｍ置于平板上置于木桌上≤30012＞300～5001.53＞500～200024(3)卡尺两外量爪测量面夹持量块后，一定要用紧固螺钉将尺框紧固住，才能用千分尺去测量刀口内量爪的尺寸，如果不紧固就去测量，会使尺框在千分尺测力的作用下产生角位移，测出的结果就不准了。(4)用千分尺测量刀口内量爪的尺寸时，有时只注意沿平行尺身方向测量而忽视了其他方向的测量。由于内量爪的“刃”部有一定的宽度(一般工艺要求不超过0.03mm)，使用磨损的刀口内量爪宽度还会加大，就可能造成在平行尺身的方向测量不超差，而在其他方向测量时超过规定的上偏差。用这样的卡尺测内孔时，就会出现错误的测量结果，如图1-8所示。图1-8用内量爪测孔时的测量误差(二)检定方法游标卡尺的检定，除外观、各部分的相互作用外，最主要的是示值误差的检定，其次是测量面的平面度和量爪尺寸及平行度的检定以及零值误差等。现仅介绍以下检定内容。81.零值误差零值误差以“零”标记和“尾”标记的重合度表示，应不超过表1-5所示的规定。移动尺框使两测量面接触(有微动装置的需要使用微动装置)，分别在尺框紧固和松开的情况下用目力观察，必要时，用工具显微镜检定。表1-5零值误差mm分度值“零”标记重合度“尾”标记重合度0.02±0.0100.05±0.005±0.0200.10±0.010±0.0302.示值误差用3级或五等量块检定。对于测量范围在300mm内的卡尺，不少于均匀分布3点，其受检点为101.30mm，201.60mm，291.90mm或101.20mm，201.50mm，291.80mm；对于测量范围大于300mm的卡尺，不少于均匀分布6点，如（0～500）mm的卡尺，其受检点为80mm，161.30mm，240mm，321.60mm，400mm，491.90mm或80mm，161.20mm，240mm，321.50mm，400mm，491.80mm。根据实际使用情况可适当增加受检点。检定时，每一受检点应在量爪的里端和外端进行检定，量块工作面的长边和卡尺测量面长边应垂直，如图1-9所示。图1-9检定点应在内外端两处对于深度卡尺，检定时按受检尺寸依次将两组同一尺寸的量块平行放置在1级平板上，使基准面的长边和量块工作面的长边方向垂直接触，再移动尺身，使其测量和平板接触。检定时，量块应分别置于基准面的里端和外端两位置检定，如图1-10所示。检定应图1-10在螺钉紧固和松开两种状态下进行。无论尺框紧固与否，卡尺测量面和基准面与量块表面接触应能正常滑动。各点示值误差以该点读数值与量块尺寸之差来确定。刀口外量爪示值误差的检定方法同上。检定时，量块应处于刀口外量爪的中间位置。对于带有深度测量杆的卡尺，深度测量杆检定时，用两块尺寸为20mm的量块置于91级平板上，使尺身端面与量块接触，伸出测量杆测量面与平板接触，然后在尺身上读数，其示值误差应不超过卡尺1个分度值（分辩力）。(三)不确定度分析游标卡尺示值误差的测量不确定度。1.测量方法(依据JJG30—2002《游标卡尺检定规程》)游标卡尺的示值误差是用量块进行校准，校准点的分布，对尺寸范围在300mm的卡尺，不少于三点，即101.3mm，201.6mm，291.9mm或101.2mm，201.5mm，291.8mm。下面对测量范围0～300mm，分度值0.02mm的卡尺291.8mm点示值误差的不确定度进行分析，标准量块用3级量块。2.数学模型bbbcccbctLtLLLe式中：Lc——卡尺的示值(标准条件下)，单位为mm；Lb——量块的长度(标准条件下)，单位为mm；bc,——分别为卡尺和量块的热膨胀系数；bctt和——分别为卡尺和量块偏离参考温度20℃的数值，单位为(°)。3.方差和传播系数令bcabcttt舍弃高阶微分量，取bcLLLbctabcLtLLLe于是242423232222212122ucucucuceuuc式中：1/1cLec1/2bLectLeca/3Lect/44321,,,uuuu分别表示abcLL,,和t的不确定度；24223222212uLutLuueuu2c4.计算分量标准不确定10(1)卡尺读数的对线误差估算的不确定度分量1u：对于0.02mm分度值的卡尺，对线误差为mm01.0，估计相对不确定度为25%，依公式21/2/1iixuxu=(1/2)(25/100)-2=8该对线误差为三角分布，故有：μm1.4mm0041.06/01.01u(2)校准用3级量块的偏差引起的不确定度量2u：校准用的3级量块的测量偏差控制在m4，均匀分布：3.23/42um估计有较高的置信概率，其相对不确定度为10%，故得：22/2/1iixuxu=(1/2)(10/100)-2=50(3)卡尺和量块间热膨胀系数差给出的不确定度分量3u：其界限为16102℃，其相对不确定度为10％，故50100/102/123其分布为均匀分布，则163102℃u/161015.13℃(4)卡尺和量块间的温度差给出的不确定度分量4u：卡尺和量块间有一定的温度差存在，并以等概率分布在-0.3℃～+0.3℃区间内任何处，因此有：17.03/3.04u℃估计其相对不确定度为50％，依公式2100/502/1245.合成标准不确定度ｍｍ75.453.2257.03