使用千分尺精確測(cè)量小微導(dǎo)線外徑

朱軍軍，　李桂新，　張雪峰，　吳世升，　黎　成

（清遠(yuǎn)市合意氟塑電線有限公司，廣東清遠(yuǎn)511533）

使用千分尺精確測(cè)量小微導(dǎo)線外徑

朱軍軍，李桂新，張雪峰，吳世升，黎成

（清遠(yuǎn)市合意氟塑電線有限公司，廣東清遠(yuǎn)511533）

通過對(duì)千分尺原理結(jié)構(gòu)以及測(cè)試誤差的分析，可知精確測(cè)量外徑除了需要正確使用千分尺外，還應(yīng)盡量避免被測(cè)樣品本身帶來的誤差。外徑的準(zhǔn)確測(cè)量可直接影響到導(dǎo)線的強(qiáng)度和電阻的測(cè)量精度，對(duì)于小微導(dǎo)線顯得更為重要。分析測(cè)試過程產(chǎn)生的主要誤差，并闡述了改進(jìn)措施和測(cè)量精度為1μm的測(cè)量要求與方法。

千分尺；誤差；改進(jìn)措施；精度；小微導(dǎo)線

0　引　言

千分尺，又叫螺旋測(cè)微器，它是一種比游標(biāo)卡尺更精密的長度測(cè)量儀器，用它測(cè)長度可以準(zhǔn)確到0.01 mm，測(cè)量范圍為幾厘米。千分尺細(xì)分有外徑千分尺（最常見）、內(nèi)徑千分尺、內(nèi)測(cè)千分尺、壁厚千分尺、管壁千分尺等等，雖功能各異，但都是用來測(cè)量精度在0.01 mm范圍內(nèi)的尺寸。它與卡尺相比具有測(cè)量精度高、測(cè)量結(jié)果易看等特點(diǎn)[1]。本文以外徑千分尺為研究對(duì)象，文中外徑千分尺簡稱為千分尺[2]。

常用千分尺讀數(shù)值為0.01mm和0.001 mm兩種[3]。圖1中a和b分別為精度0.01 mm和0.001 mm的千分尺實(shí)物圖，這也是線纜行業(yè)常用的兩種不同精度的千分尺。導(dǎo)線外徑的準(zhǔn)確測(cè)量是線纜行業(yè)最基本的檢測(cè)項(xiàng)目之一，還直接影響到導(dǎo)線的強(qiáng)度和電阻的測(cè)量精度，對(duì)于微細(xì)線顯得更為重要。筆者通過使用千分尺和0.201 mm的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量針（圖2）進(jìn)行實(shí)測(cè)試驗(yàn)，以分析誤差產(chǎn)生的原因，并提了出改進(jìn)措施，從而總結(jié)出精確測(cè)量出1μm的使用要求與方法。

圖1　常用千分尺

1　千分尺工作原理

外徑千分尺是依據(jù)螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉(zhuǎn)一周，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進(jìn)或后退一個(gè)螺距的距離。因此，沿軸線方向移動(dòng)的微小距離，都能用圓周上的讀數(shù)表示出來。螺旋測(cè)微器的精密螺紋的螺距是0.5 mm，可動(dòng)刻度有50個(gè)等分刻度，可動(dòng)刻度旋轉(zhuǎn)一周，測(cè)微螺桿可前進(jìn)或后退0.5 mm，旋轉(zhuǎn)每個(gè)小分度相當(dāng)于測(cè)微螺桿前進(jìn)或后退0.5/50＝0.01 mm。可見，可動(dòng)刻度每一小分度表示0.01 mm，所以螺旋測(cè)微器可準(zhǔn)確到0.01 mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺[3]。常用千分尺的基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2　0.201mm標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量針

圖3　常用千分尺結(jié)構(gòu)圖

從圖3可知，常用千分尺由測(cè)微頭、測(cè)力裝置、尺架、鎖緊裝置和固定測(cè)砧等構(gòu)成。

（2）測(cè)力裝置的作用是確定測(cè)量面與被測(cè)面的接觸測(cè)量力。測(cè)量時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)力裝置，帶動(dòng)測(cè)微螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量面的軸向位移。當(dāng)測(cè)量面接觸被測(cè)面達(dá)到規(guī)定的測(cè)量力時(shí)（標(biāo)準(zhǔn)為5～12 N），測(cè)力裝置中兩個(gè)棘輪之間打滑，并發(fā)出“卡”、“卡”的聲音，再繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)力裝置，也不能帶動(dòng)測(cè)微螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量面沒有位移，這樣能保持每次測(cè)量力相同（標(biāo)準(zhǔn)力變?yōu)? N）。

（3）尺架是千分尺的基礎(chǔ)件，大部分件都安裝在它的上面。在尺架的測(cè)量軸線上，左側(cè)有固定測(cè)砧，右側(cè)裝著測(cè)微頭。尺架對(duì)測(cè)量精度有重大影響了，如尺架變形，就會(huì)造成兩測(cè)量面平行度超差，溫度的變化也會(huì)影響測(cè)量的不確定性。所以，尺架雖不直接參與測(cè)量，但也應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)。

（4）鎖緊裝置的作用是將測(cè)微螺桿固定在當(dāng)前位置，保持測(cè)量值不變——便于讀數(shù)。需要時(shí)，順時(shí)針制動(dòng)手柄即可，用力要適當(dāng)，不可太大[4]。

（5）固定測(cè)砧的作用是和測(cè)微螺桿一起夾住固定被測(cè)樣品，固定測(cè)砧被固定在尺架上而不能移動(dòng)。

2　誤差分析及改進(jìn)措施

2.1樣品本身誤差

截止至2018年5月31日，“體育舞蹈圈”公眾號(hào)粉絲已達(dá)到238 805人，并覆蓋全國包括臺(tái)灣在內(nèi)的34個(gè)省、市、自治區(qū)、直轄市，目前粉絲數(shù)量仍處于健康增長狀態(tài)。此外，根據(jù)線上問卷調(diào)查結(jié)果顯示，如表1，“體育舞蹈圈”微信公眾號(hào)粉絲群體大致可分為體育舞蹈初學(xué)者、等級(jí)考試參與者、體育舞蹈在職教師三類群體，且三者需求均以學(xué)習(xí)體育舞蹈教材及配套等級(jí)組合視頻為主。

（1）不圓整。拉絲模具加工精度不夠或者不均勻磨損會(huì)造成?？壮蓹E圓形導(dǎo)致導(dǎo)線外徑不圓整；特別軟的導(dǎo)線在收線時(shí)受到較大不均勻的壓力也會(huì)造成導(dǎo)線外徑不圓整。在同一測(cè)量位置，以互成90°測(cè)量導(dǎo)線的2次外徑取平均值，可以極大地減小測(cè)量誤差。

（2）折痕。導(dǎo)線由于受到較大外力而發(fā)生變形，應(yīng)避免在有明顯折痕的位置進(jìn)行測(cè)量。

（3）外徑波動(dòng)。由于張力波動(dòng)較大或者導(dǎo)線成分和性能的較大波動(dòng)造成外徑波動(dòng)，加大測(cè)量次數(shù)和間隔距離取平均值可降低誤差。

（4）彎曲。導(dǎo)線拉絲時(shí)在鼓輪和收線盤上都需帶張力盤繞在上面，導(dǎo)線必然產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，取下的一段被測(cè)樣品呈自由狀態(tài)后往往還有一定的彎曲，強(qiáng)度較大的線更明顯，在彎曲部位測(cè)量易導(dǎo)致外徑偏大。應(yīng)盡量讓導(dǎo)線呈直線狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量或者避免在彎曲部位測(cè)量。

（5）溫度。溫度會(huì)造成導(dǎo)線熱脹冷縮而產(chǎn)生外徑變化，不同材料膨脹系數(shù)不同造成的誤差也不同。導(dǎo)線應(yīng)盡量在其冷卻到室溫后進(jìn)行測(cè)量，且室溫應(yīng)符合測(cè)試溫度條件。本文所選測(cè)量工具要求的測(cè)試溫度為5～40℃，如果超出該溫度，會(huì)給儀器本身帶來測(cè)量誤差。

（6）臟污。樣品表面容易粘有油污、灰塵和金屬粉末等臟污，造成測(cè)量外徑偏大，測(cè)量時(shí)應(yīng)保持被測(cè)位置清潔干凈。

2.2儀器誤差

儀器的誤差主要是零誤差，校準(zhǔn)好的千分尺，當(dāng)測(cè)微螺桿與測(cè)砧接觸后，可動(dòng)刻度上的零線與固定度上的水平橫線應(yīng)該是對(duì)齊的。若沒有對(duì)齊，測(cè)量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)誤差，即零誤差。零誤差若無法消除，應(yīng)考慮讀數(shù)是否會(huì)受影響[3]。零誤差一般不大，千分尺零位沒調(diào)到位和不當(dāng)使用產(chǎn)生的磨損或松動(dòng)等都會(huì)造成零誤差，尤其是零誤差只有1～2μm時(shí)是比較難發(fā)現(xiàn)的。使用數(shù)顯千分尺非常容易產(chǎn)生零誤差，若測(cè)砧上面粘有臟污或灰塵，此時(shí)若清零必然產(chǎn)生負(fù)零誤差而造成測(cè)量外徑偏小，而且很多員工喜歡按清零鍵，有時(shí)候出現(xiàn)-5μm甚至更大的零誤差。數(shù)顯千分尺的零誤差如圖4所示。

圖4　負(fù)零誤差

用干凈的紗布將用于測(cè)量兩個(gè)面徹底清理干凈后檢查千分尺是否歸零或兩零線是否對(duì)齊，對(duì)于0.001 mm精度的千分尺應(yīng)用測(cè)量針進(jìn)行校準(zhǔn)和檢驗(yàn)（見圖5），因?yàn)?～2μm的臟污比較難清除，1～2μm的零誤差也難于發(fā)現(xiàn)。用測(cè)量針檢查外徑是否符合標(biāo)準(zhǔn)外徑，否則應(yīng)繼續(xù)清理；符合標(biāo)準(zhǔn)外徑后，此時(shí)的零位就可作為標(biāo)準(zhǔn)的零位，數(shù)顯千分尺的零位設(shè)置完后不能輕易再改變或按清零鍵。機(jī)械千分尺調(diào)整零位時(shí)，可用扳手松動(dòng)固定套管小螺絲，采用扳手對(duì)套筒位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，保證兩零線的對(duì)齊，再擰緊小螺絲。

圖5　用標(biāo)準(zhǔn)針校準(zhǔn)

2.3操作誤差

（1）讀數(shù)誤差

讀數(shù)誤差主要是測(cè)量人員視覺位置所造成的，如圖6所示。數(shù)顯千分尺不存在該誤差，機(jī)械千分尺讀數(shù)不當(dāng)一般會(huì)造成約2μm的誤差。對(duì)于機(jī)械千分尺，正確的視覺應(yīng)位于讀取刻度的正上方。

圖6中a和b分別是因讀數(shù)視線的角度偏差造成測(cè)試結(jié)果偏小和偏大，0.01 mm精度千分尺的讀取應(yīng)在固定套筒零線（基準(zhǔn)線）正上方（視線應(yīng)垂直零線）。0.001 mm精度千分尺先按上述方法讀取，第三位通過固定套筒上面的副尺刻度讀取，副尺刻度有10條，如第1條線與微分筒刻度對(duì)齊，則讀數(shù)為1μm，此時(shí)的正確視線應(yīng)與第1條副尺刻度線垂直，圖6c為正確的讀數(shù)。

（2）測(cè)量壓力誤差

測(cè)量壓力誤差是被測(cè)樣品受到壓力的不同而產(chǎn)生的誤差，也稱為測(cè)力誤差。因此，測(cè)力應(yīng)合適，過大過小都會(huì)造成誤差。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4909.2《裸電線試驗(yàn)方法第2部分尺寸測(cè)量》中規(guī)定，0.1 mm以下的試件，測(cè)力應(yīng)為0.1～1.0 N；0.1 mm及以上的試件，測(cè)力應(yīng)為1～3 N。尤其是對(duì)于微細(xì)線或軟線，受壓容易變形造成測(cè)量外徑偏小。實(shí)際測(cè)量時(shí)不知具體測(cè)力大小，小心操作可以避免較大的測(cè)力誤差。測(cè)量時(shí)應(yīng)小心輕緩轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕，待將要或剛接觸樣品后輕緩轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)力裝置，一般響動(dòng)2～4聲后開始讀數(shù)，通?？扇№憚?dòng)3聲。視被測(cè)物的大小和軟硬適當(dāng)調(diào)整響動(dòng)次數(shù)，容易受壓變形的取下值。對(duì)于同種被測(cè)樣品應(yīng)保持相同的響動(dòng)次數(shù)以保證每次測(cè)力相同。

圖6　視線對(duì)讀數(shù)結(jié)果的影響

3　使用千分尺的注意事項(xiàng)

千分尺是一種精密的量具，使用時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，動(dòng)作輕緩，不要讓它受到打擊和碰撞。千分尺內(nèi)的螺紋非常精密，使用時(shí)要注意：

（1）旋鈕和測(cè)力裝置在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)都不能過分用力；

（2）當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕使測(cè)微螺桿靠近待測(cè)物時(shí)，一定要改旋測(cè)力裝置，不能轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕使螺桿壓在待測(cè)物上；

（3）當(dāng)測(cè)微螺桿與測(cè)砧已將待測(cè)物卡住或旋緊鎖緊裝置的情況下，決不能強(qiáng)行轉(zhuǎn)動(dòng)旋鈕；

（4）有些千分尺為了防止手溫使尺架膨脹引起微小的誤差，在尺架上裝有隔熱裝置。實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)手握隔熱裝置，盡量少接觸尺架的金屬部分；

（5）使用千分尺測(cè)同一長度時(shí)，一般應(yīng)反復(fù)測(cè)量幾次，取其平均值作為測(cè)量結(jié)果；

（6）千分尺用畢后，應(yīng)用紗布擦干凈，在測(cè)砧與螺桿之間留出一點(diǎn)空隙，放入盒中。如長期不用可抹上黃油或機(jī)油，放置在干燥的地方。注意不要讓它接觸腐蝕性的氣體[5]。

4　結(jié)　論

（1）應(yīng)選擇精度合適的千分尺，對(duì)于小線和微細(xì)線應(yīng)選用精度為0.001 mm的千分尺。

（2）應(yīng)正確地處理被測(cè)樣品和選擇合適的測(cè)量位置，避免樣品本身因溫度、折痕、彎曲和臟污等而帶來較大的測(cè)量誤差。

（3）千分尺應(yīng)合理保養(yǎng)和維護(hù)，并定期進(jìn)行校準(zhǔn)，防止零誤差的發(fā)生。

（4）應(yīng)按測(cè)量要求和方法嚴(yán)格操作，避免因讀數(shù)和測(cè)力不當(dāng)而產(chǎn)生過大的人為誤差。

[1]邱江月.千分尺測(cè)量誤差因素分析及修正措施[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（12）：132.

[2]張順良.如何正確使用千分尺[J].工業(yè)計(jì)量，2015，25（1）：68-67.

[3]宋長濱.外徑千分尺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].機(jī)械工程師.2012（2）：148-149.

[4]高希銀，李運(yùn)升.外徑千分尺的使用和注意事項(xiàng)[J].機(jī)械工程師，2012（6）：153-154.

[5]馬玉永，李磊.解決千分尺零位校準(zhǔn)問題的簡單有效辦法分析[J].河南科技，2013（1）：77.

M easuring Precisely the Diameter of Fine W ire w ith M icrometer

ZHU Jun-jun，LIGui-xin，ZHANG Xue-feng，WU Shi-seng，LICheng
（Qingyuan Heyi Fluoroplastic＆Electric Wire Co.，Ltd.，Qingyuan 511533，China）

Measuring precisely the diameter needs careful and proper usage ofmicrometer and avoid the error of sample itself by analysis about principle structure of micrometer and testing error.The accurate measurement of outer diameter directly influence the accuracy of strength and resistance for conductor，especially fine wire.By analysis and research to themain testing errors，this paper shows the improvementmeasure and introduces the requirement about measuring precisely accuracy of 1μm.

micrometer；error；improvementmeasure；accuracy；fine wire

TM206

A

1672-6901（2016）01-0041-04

2015-06-15

朱軍軍（1983-），男，碩士，工程師.

作者地址：廣東清遠(yuǎn)市清城區(qū)源潭鎮(zhèn)金沙工業(yè)區(qū)[511533].