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消除测量力对长度测量
准确度的影响
袁世斌
（济南普天通信设备厂，济南250200）
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［摘
要］在长度测量中，通常采用机械式量具，由人工对量具施以相当的力进行接触测量。力的大小，对测量结果准确度具有不同程度的影响。文章对部分长度量具测量力影响测量准确度的程度进行了分析，通过试验和总结，提出了消除其影响的具体方法。［关键词］测量力；准确度；影响
在日常使用的长度计量器具中，绝大部分是非自动测量的，即都是机械式接触测量。所谓接触测量即是量具测量面与被测件表面接触，测量时操作者必须对量具施以一定的力使两者充分接触（或者无间隙接触），才能得到相对准确的测量结果。所以我们将施加在计量器具上的这个力叫做测量力，简称测力。然而，测力的大小，对于测量结果的影响是非常大的。因此，在常用的测微类量具如千分尺、指示类量具如百分表等，都带有测力装置，以控制测力在一定范围内，尽管如此，实际工作中，由于各种因素的影响，测力过大或过小所造成的误差还是不可避免的；而游标类量具如通用卡尺等都不具备测力装置；测力引入的误差对此类量具的影响较之测微类小，但却实际存在。
测力是不可避免的，那么由它带来的误差是否可以避免呢？是的。测力给测量结果带来的误差是可以通过一定的方法予以消除的。
其工作原理是：利用弹簧配合一对棘轮，形成一定阻力f，当外力转动装置，使测杆恰好受到一个适当的力F（即测量力）向前移动（忽略测杆螺丝副摩擦力F≈f），与工件接触；继续转动，棘轮打滑，测杆不再移动。阻力f的取值范围决定了千分尺的测量力。因此，国家计量检定规程《千分尺》中，规定测
［1］
力的变化范围：F=（6～10）N。
笔者在检定和修理过程中发现，千分尺由于使用环境等原因经常发生两种情况。
一是棘轮副摩损严重、弹簧弹力减弱、测力小于6N，测杆仍能继续前移、“正常”测量。
二是棘轮副中存有金属屑等，使测力增大，超过10N、也能“正常”测量。
这两种情况，非专业人员或量仪测力计是无法察觉的，但对于测量准确度的影响的确是较大的。
现在我们用试验数据来分析它们造成的误差。取一把测量范围（25～50）mm的千分尺，用三个不同测力值的测力装置和千分尺专用量块，在6个尺寸点进行等精度测量，误差用微米表示，结果如表1。
表1
1
1.1
分析原因
测微类以千分尺为例
。
不同测力测量数据表
图1千分尺测力装置示意图
明显地，当测力F＜6N时，测量结果会在正方向
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增大：平均1.8μm、最大2μm；当测力F＞6N时，测量结果会在负方向增大：平均0.3μm、最大3μm。
同一把千分尺，在两种状态下，测量结果就会相差4～5μm。国家检定规程确定：（25～50）mm的千分尺的允许误差为±5μm。如此，几乎使千分尺的不确定度增大一倍，给测量结果增加10μm的误差。1.2
游标类
以游标卡尺为例
。
图2
测力示意图
游标卡尺的受力点在游标的下方，测量时游标测量面与被测件表面充分接触，这个接触面与测力点之间会产生一定扭矩，且被测件越靠近测量面外端，扭矩会越大，卡尺的测爪就会发生相应的形变。卡尺是手工测量，测力F不能恒定，所以测量结果也随测力变化而变化。
我们还是用试验数据来分析。
取一把数显游标卡尺，测量范围：（0～150）mm、分度值0.01mm；又取一块尺寸21.50mm的4等量块。
请机械制造公司的两位师傅，分别用较大力和较小力各测量10次，结果如表2。
表2
游标卡尺实验数据表
王师傅
李师傅
大力21.5121.5021.5021.5221.5121.5121.5021.5021.5021.50小力21.4921.4821.4921.5021.4921.5021.5121.5121.5221.50差值0.02
0.02
0.01
0.020.02
0.02
0.01
0.01
0.02
0.00
表2中最大差值分别是0.02mm。这说明，同一人员、同一卡尺、同一工件、在不同测力下测量结果
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的误差会增大一倍。试验用的卡尺是一把新尺，如果是旧尺误差还会增大。尽管卡尺的设计以及国家检定规程都忽略不计测量力的作用［2］
，但实际使用中它对
测量结果的影响是客观存在的，也是不可轻视的，尤
其是使用年限较长的量具。
2
消除方法
2.1
测微类
本类计量器具都带有测力装置。除周期检定外，
计量人员可在周期内根据使用频率，校对一、二次测力大小，如果超出（6～10）N范围，及时修理。
若测力小，可将弹簧适当拉长或更换新弹簧；若测力大，可将弹簧适当压缩、在两棘轮间涂上研磨膏、加力压紧弹簧多次转动装置，直至合格。
也可外购部分测力装置（通用），将测力超标的换掉。
使用者可利用合格的量具反复测量，掌握其测力
的大小，这样在以后的使用过程中，其测力如果有明显变化如卡滞、打滑，手感就能察觉到，发现异常，及时送检定部门修理。2.2
游标类
要控制此类量具的测力比较困难。简单易行的方法是：配备一组专用量块，多次测量某一值，固定手感，实际测量时，靠手感控制测力。
再者，当测量较大尺寸时，首先选取一接近该尺寸的量块，测量2～3次，感觉施力大小，然后再对工件进行测量。
长度计量器具大多是机械式或机电结合式的，用来实施测量都离不开测力。而只要有测力存在就会有形变，就会增加误差，就会使测量的不确定度增大。作为计量工作者或是计量器具使用者，都有责任和义务细心操作、精心控制，使测力处在最佳范围，保证
测量结果准确可靠。这样我们就能使所用量具达到理想的准确度，就能基本消除测力的影响。
［参考文献］
［1］JJG21—2008，千分尺［S］．［2］JJG30—2002，通用卡尺［S］．
［编辑：谢永善］
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消除测量力对长度测量
准确度的影响
袁世斌
（济南普天通信设备厂，济南250200）
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［摘
要］在长度测量中，通常采用机械式量具，由人工对量具施以相当的力进行接触测量。力的大小，对测量结果准确度具有不同程度的影响。文章对部分长度量具测量力影响测量准确度的程度进行了分析，通过试验和总结，提出了消除其影响的具体方法。［关键词］测量力；准确度；影响
在日常使用的长度计量器具中，绝大部分是非自动测量的，即都是机械式接触测量。所谓接触测量即是量具测量面与被测件表面接触，测量时操作者必须对量具施以一定的力使两者充分接触（或者无间隙接触），才能得到相对准确的测量结果。所以我们将施加在计量器具上的这个力叫做测量力，简称测力。然而，测力的大小，对于测量结果的影响是非常大的。因此，在常用的测微类量具如千分尺、指示类量具如百分表等，都带有测力装置，以控制测力在一定范围内，尽管如此，实际工作中，由于各种因素的影响，测力过大或过小所造成的误差还是不可避免的；而游标类量具如通用卡尺等都不具备测力装置；测力引入的误差对此类量具的影响较之测微类小，但却实际存在。
测力是不可避免的，那么由它带来的误差是否可以避免呢？是的。测力给测量结果带来的误差是可以通过一定的方法予以消除的。
其工作原理是：利用弹簧配合一对棘轮，形成一定阻力f，当外力转动装置，使测杆恰好受到一个适当的力F（即测量力）向前移动（忽略测杆螺丝副摩擦力F≈f），与工件接触；继续转动，棘轮打滑，测杆不再移动。阻力f的取值范围决定了千分尺的测量力。因此，国家计量检定规程《千分尺》中，规定测
［1］
力的变化范围：F=（6～10）N。
笔者在检定和修理过程中发现，千分尺由于使用环境等原因经常发生两种情况。
一是棘轮副摩损严重、弹簧弹力减弱、测力小于6N，测杆仍能继续前移、“正常”测量。
二是棘轮副中存有金属屑等，使测力增大，超过10N、也能“正常”测量。
这两种情况，非专业人员或量仪测力计是无法察觉的，但对于测量准确度的影响的确是较大的。
现在我们用试验数据来分析它们造成的误差。取一把测量范围（25～50）mm的千分尺，用三个不同测力值的测力装置和千分尺专用量块，在6个尺寸点进行等精度测量，误差用微米表示，结果如表1。
表1
1
1.1
分析原因
测微类以千分尺为例
。
不同测力测量数据表
图1千分尺测力装置示意图
明显地，当测力F＜6N时，测量结果会在正方向
计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
增大：平均1.8μm、最大2μm；当测力F＞6N时，测量结果会在负方向增大：平均0.3μm、最大3μm。
同一把千分尺，在两种状态下，测量结果就会相差4～5μm。国家检定规程确定：（25～50）mm的千分尺的允许误差为±5μm。如此，几乎使千分尺的不确定度增大一倍，给测量结果增加10μm的误差。1.2
游标类
以游标卡尺为例
。
图2
测力示意图
游标卡尺的受力点在游标的下方，测量时游标测量面与被测件表面充分接触，这个接触面与测力点之间会产生一定扭矩，且被测件越靠近测量面外端，扭矩会越大，卡尺的测爪就会发生相应的形变。卡尺是手工测量，测力F不能恒定，所以测量结果也随测力变化而变化。
我们还是用试验数据来分析。
取一把数显游标卡尺，测量范围：（0～150）mm、分度值0.01mm；又取一块尺寸21.50mm的4等量块。
请机械制造公司的两位师傅，分别用较大力和较小力各测量10次，结果如表2。
表2
游标卡尺实验数据表
王师傅
李师傅
大力21.5121.5021.5021.5221.5121.5121.5021.5021.5021.50小力21.4921.4821.4921.5021.4921.5021.5121.5121.5221.50差值0.02
0.02
0.01
0.020.02
0.02
0.01
0.01
0.02
0.00
表2中最大差值分别是0.02mm。这说明，同一人员、同一卡尺、同一工件、在不同测力下测量结果
计量：ｗｗｗ．ｃｑｓｔｙｑ．ｃｏｍ
的误差会增大一倍。试验用的卡尺是一把新尺，如果是旧尺误差还会增大。尽管卡尺的设计以及国家检定规程都忽略不计测量力的作用［2］
，但实际使用中它对
测量结果的影响是客观存在的，也是不可轻视的，尤
其是使用年限较长的量具。
2
消除方法
2.1
测微类
本类计量器具都带有测力装置。除周期检定外，
计量人员可在周期内根据使用频率，校对一、二次测力大小，如果超出（6～10）N范围，及时修理。
若测力小，可将弹簧适当拉长或更换新弹簧；若测力大，可将弹簧适当压缩、在两棘轮间涂上研磨膏、加力压紧弹簧多次转动装置，直至合格。
也可外购部分测力装置（通用），将测力超标的换掉。
使用者可利用合格的量具反复测量，掌握其测力
的大小，这样在以后的使用过程中，其测力如果有明显变化如卡滞、打滑，手感就能察觉到，发现异常，及时送检定部门修理。2.2
游标类
要控制此类量具的测力比较困难。简单易行的方法是：配备一组专用量块，多次测量某一值，固定手感，实际测量时，靠手感控制测力。
再者，当测量较大尺寸时，首先选取一接近该尺寸的量块，测量2～3次，感觉施力大小，然后再对工件进行测量。
长度计量器具大多是机械式或机电结合式的，用来实施测量都离不开测力。而只要有测力存在就会有形变，就会增加误差，就会使测量的不确定度增大。作为计量工作者或是计量器具使用者，都有责任和义务细心操作、精心控制，使测力处在最佳范围，保证
测量结果准确可靠。这样我们就能使所用量具达到理想的准确度，就能基本消除测力的影响。
［参考文献］
［1］JJG21—2008，千分尺［S］．［2］JJG30—2002，通用卡尺［S］．
［编辑：谢永善］