游標(biāo)卡尺測量誤差來源分析

摘要：本文針對導(dǎo)致游標(biāo)卡尺出現(xiàn)測量誤差的原因進行了分析，并研究了誤差的主要來源，以及針對這些現(xiàn)象，應(yīng)采取什么措施。

關(guān)鍵詞：游標(biāo)卡尺測量誤差

1 剖析導(dǎo)致測量誤差的主要來源

1.1 自身結(jié)構(gòu)

1.1.1 游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)。由L型狀的鋼制尺（簡稱：主尺）與游標(biāo)安裝在框架上組成的游標(biāo)尺組件構(gòu)成，在測量中是用手對游標(biāo)尺進行作用，使得游標(biāo)卡尺組件和主尺上的測量爪共同作用在待測物上，再進行正確位置的測量，最后將主尺上的數(shù)據(jù)和游標(biāo)卡尺組件上獲得的數(shù)據(jù)進行加運算，就會獲得準(zhǔn)確的物件尺寸。但是游標(biāo)卡尺的設(shè)計與阿貝原理不相符，阿貝基本思路待測物在測量過程中，其長度軸要與主尺標(biāo)量共線。比如要對鋼板的尺寸進行測量，使用鋼板尺就能直接獲得長度數(shù)值，而游標(biāo)卡尺不能直接獲取，只能間接的應(yīng)用。

1.1.2 游標(biāo)卡尺的主尺與游標(biāo)框架尺組件配合。在測量過程中，游標(biāo)卡尺組件和測量的主尺中間有一定的空隙，所以兩者在對待測物件進行尺度測量時，兩測量尺與待測物軸線不共線，繼而產(chǎn)生測量誤差，我們稱之為阿貝誤差（Abbe）。阿貝誤差的大小主要受到測量主尺與游標(biāo)卡尺部分之間空隙大小的影響；配合空隙越大，則游標(biāo)卡尺和主尺測量的測量爪部分不平行性就越大。如圖1所示。

[間隙配合][1內(nèi)測量爪][2外測量爪][3被測工具]

圖1游標(biāo)卡尺的主尺與游標(biāo)框架尺組件配合

1.2 操作導(dǎo)致的誤差

1.2.1 測量力產(chǎn)生的誤差。在測量中，人為操作直接影響到測量力的大小，因此出現(xiàn)誤差是在所難免的。當(dāng)測量采用測量爪時，人手作用在工具上的力量倘若加大，此時作用在游標(biāo)卡尺上游標(biāo)框架上就會在作用力的作用下向左推進，而與測量件接觸的測量爪，就會受到反作用，出現(xiàn)右向推動，而游標(biāo)卡尺上的框架尺原件會出現(xiàn)逐漸增大的彈性形變，導(dǎo)致卡尺上固定的測量爪出現(xiàn)活動。對于游標(biāo)卡尺上的測量爪存在一定距離的測量臂，繼而加大了測量爪的彈性形變，導(dǎo)致出現(xiàn)肉眼看不到的傾斜角φ，因此會出現(xiàn)一定的測量誤差。

1.2.2 測量力對使用外測量爪刀口部位測量引起誤差。上述講到的自身結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的誤差中，已明確指出游標(biāo)卡尺測量的原理與阿貝原則背道而馳。由于待測物件與游標(biāo)卡尺的刻度線不共線，此時進行的測量都是偏離的間接檢測，而測量爪出現(xiàn)極小的彎曲變形后，導(dǎo)致△L=L×tanφ的誤差出現(xiàn)。由于具有阿貝誤差，因此△L的數(shù)值與L呈正比例關(guān)系。就整個外量爪而言，刀口與卡尺測量的軸線距離最遠，即L最大，因此可以說，在相同的環(huán)境下測量，使用刀口位置進行測量時，產(chǎn)生的誤差最大。

1.2.3 刻線寬度產(chǎn)生的誤差。參考如何提升分度準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)可知，使用的線條愈細愈好，但是線的寬度直接受限于人眼。不僅如此，最小刻線寬度還受到觀察背景的限制，且制造刻度表面的材質(zhì)越差，越增加實際看見的線寬。

1.3 溫度產(chǎn)生的誤差

游標(biāo)卡尺給出產(chǎn)生誤差的條件是，在標(biāo)準(zhǔn)溫度下使用指定的塊規(guī)得到的結(jié)果。在使用游標(biāo)卡尺的場合，倘若待測物件和卡尺使用的溫度超出標(biāo)準(zhǔn)溫度使用范圍，誤差也就產(chǎn)生了，因此產(chǎn)生誤差的來源之一便是溫度。

2 應(yīng)對措施

2.1 降低自身產(chǎn)生的誤差 第一，降低間隙。只要對卡尺框上的螺絲進行擰緊操作，就能減少縫隙。標(biāo)準(zhǔn)是將螺絲擰緊后，再回擰半圈，這樣就能將卡尺內(nèi)的彈簧片變成一個中間下陷而兩端突出的結(jié)構(gòu)，使得與主尺間接觸部分受力均勻，繼而降低間隙。第二，在測量過程中，要一直使爪運動是一個連續(xù)的穩(wěn)定的軌跡。最后，在長時間的使用中，游標(biāo)卡尺可能存在測量部位出現(xiàn)形變，所以在測量前要進行卡尺的計量檢定。

2.2 降低操作產(chǎn)生的誤差 要降低人為操作導(dǎo)致的誤差，需注意以下幾點：第一，測量用力要均勻。建議測量過程中，作用在游標(biāo)卡尺上的力大致在3牛到6牛。第二，游標(biāo)卡尺兩側(cè)的刀口位置容易受到測量力的影響而導(dǎo)致微變形，所以在測量時要降低使用率。最后，在使用測量前，要對游標(biāo)卡尺進行“零”位校準(zhǔn)。

2.3 降低溫度干擾 因游標(biāo)卡尺與較多測量工具具有不同的結(jié)構(gòu)，即使在環(huán)境相同的情況下，一定時間內(nèi)獲取的溫度也不同，因此測量中，將要檢測的物件和游標(biāo)卡尺放在相同的環(huán)境下，靜止一段時間，然后再實施測量，測量環(huán)境盡量安置在標(biāo)準(zhǔn)溫度的環(huán)境中，只要滿足這些就能有效降低50%的誤差。

3 結(jié)語

通過研究得出，改善游標(biāo)卡尺的制作精度或降低磨合面的縫隙等能夠減少誤差，不僅如此，還應(yīng)對游標(biāo)卡尺進行定期檢查，確保測量的精準(zhǔn)。

參考文獻：

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作者簡介：郭明（1974-），女，遼寧綏中人，工程師，研究方向：長度檢定。