水平仪检定器常见故障及调修方法

辛永强 郭芮君

(甘肃省计量研究院，兰州 730070)

0 引言

水平仪检定器是常用的几何量计量器具，它主要用于校准框式和条式水平仪的分度值[1]，在计量行业及相关企业应用广泛。

水平仪检定器按其机构形式可分为杠杆螺丝副式和螺丝副式，在实际使用过程中，由于撞击、磨损和使用频繁等原因，常会出现回程误差及分度值误差等指标超差，影响其对水平仪的分度值校准的准确度，从而影响量值传递工作的开展，因此需要进行调修。下面就以杠杆螺丝副式水平仪检定器为例，介绍其常见故障及调修方法。

1 内部结构及测量原理

主要结构如图1所示，被检水平仪置于工作台上，工作台可绕转轴转动一微小倾角。工作台的转动是由手轮旋转时带动测微螺杆，由测微螺杆带动杠杆，使其绕杠杆转轴摆动，并通过支点实现工作台的转动[2]。

1.工作台；2.杠杆转轴；3.支点；4.上砧块；5.杠杆；6.下砧块；7.固定套管；8.微分筒；9.测微螺杆；10.底脚螺钉；11.手轮；12.工作台转轴；13.定位块图1 水平仪检定器结构示意图

2 常见故障及调修方法

2.1 手轮转动不平稳，存在卡滞或跳动现象

手轮转动不灵活，一是由于测微螺杆存在污物或锈蚀；二是传动机构各部件契合不好所致。

调修方法：

1)卸下测微螺杆并用溶剂汽油清洗，打磨锈迹后加适量钟表油。

2)重新装配并调整测微螺杆、固定套管和微分筒，注意要对称调整，并旋转测微螺杆进行检验[3]。

2.2 纵向及横向水准器零位存在偏差

调修时，可先转动检定器手轮使其示值处于量程中点，并在工作台上先横向后纵向分别安置框式(或条式)水平仪，调整底脚螺钉使水平仪的水准器置零。观察水平仪检定器的水准器，横向水准器可以在紧固螺钉微微放松后用木制榔头敲击其底部来调零；纵向水准器可通过两个调整螺钉来置零，旋进左侧(或右侧)螺钉时水准泡相应的左移(或右移)。

2.3 回程误差超出规程要求

影响回程误差的因素主要有以下几个方面:

1)工作台转轴处的顶尖与砧块装夹过紧。调修时，先松开紧固螺钉，对称旋出两侧的砧块，使砧块与顶尖刚好接触上，或留有适量间隙即可。

2)测微螺杆及附件的影响。如测微螺杆转动的松紧程度不一致，或与手轮之间存在晃动量等。调修时，均需拆卸、检查再重新装配。

3)工作台支点与上砧块接触处存在碰伤。调修时，只要拧松上砧块背面的六角螺钉，将上砧块微量旋转，使支点偏离上砧块的碰伤处即可。

2.4 分度值超差

分度值误差是很多因素作用的结果，表现为非线性和线性误差，需要综合考虑，分别调整。

非线性误差：主要是测微螺杆磨损不均匀所致，可以将磨损少的部位用金刚砂研磨，并用溶剂汽油清洗。传动部分的调修方法同2.1所述。

线性误差：一般分析检查定位块和杠杆。

2.4.1 定位块位置存在偏差

水平仪检定器的工作台回转轴线是其结构原理的重要指标，需要用定位块来指示。定位块位置不准，直接影响到仪器的使用和分度值的检定。

调修方法：卸下定位块，将立式光学计测头对准原定位块位置，转动检定器手轮，使其倾角发生变化，同时观察光学计显示值，若示值存在变化，则说明原定位块位置不准。此时需微量平移光学计测头，重复上述改变检定器倾角并观察光学计示值的过程，通常需多次平移光学计测头直到示值不再变化为止。此时，光学计的测量轴线与工作台回转轴线重合，可据此重新安置定位块或进行标记。

2.4.2 杠杆比发生变化

在排除了定位块位置不准的因素后，可以考虑仪器内部的杠杆关系对于实际分度值的影响。

1)测出手轮转动100分度时工作台(200mm处)的位移误差e

依据规程，将光学计测头对准工作台200mm处，在全量程范围内每隔10个分度检定一点[4]，选取其中每100个分度范围光学计测得的偏差值，如：106.9μm、107.3μm、107.4μm。可知实际位移约为107.2μm，位移误差e=+7.2μm。

2)分析杠杆关系并确定调整量Δc

设测微螺杆移动Δl时引起支点的位移为Δs,则有杠杆比：

(1)

式中，c为杠杆短臂，即杠杆转轴中心至支点中心的距离；b为杠杆长臂，即杠杆转轴中心至测微螺杆轴心的距离。

同时光学计测得的偏差值为Δh，则有

(2)

式中，l为光学计测量轴线至工作台转轴中心的距离，规程规定为200mm；a为工作台转轴中心至支点中心的距离，铸造尺寸为1/3m。

测微螺杆的螺距为1mm，微分筒分成60等分，则当手轮每转动100分度时，测微螺杆移动100/60mm，可推导得出

c=b·Δh

(3)

由于杠杆长臂的尺寸为100mm，且变化量较小可以忽略，则调整量为

Δc=-b·e=-0.72mm

(4)

需要减小杠杆短臂，即杠杆转轴左移0.72mm。

3)调修方法

如图2所示，由于杠杆转轴固定在块B上，所以只需将块B左移即可。首先将电子数显百分表置于表架上，调整使其测头横向对准杠杆左侧面的中点，记下百分表的读数，如：4.24mm。然后拧松块B的紧固螺钉3、7，旋出螺钉9，旋进螺钉8、10使块B左移，同时观察百分表示值，当其显示4.96mm时，拧紧螺钉9，此时块B向左移动了约0.72mm，最后拧紧螺钉3、7固定。

1.块A；2.块B；3.7.8.9.10.螺钉；4.杠杆转轴；5.上砧块；6.杠杆图2 局部结构俯视图

4)小结

调修对象：仪器的实际分度值是由杠杆关系决定的，可以通过改变杠杆短臂的大小来调整。由于支点位置一般不变，我们可以平移杠杆转轴(具体操作时平移块B)来实现杠杆短臂的变化。

调修方向：位移误差e为正值时，调整量为负，即需要减小杠杆短臂，操作时将杠杆转轴向左移动；e为负值时相反。

调修幅度：与位移误差e的大小成正比。可根据式(4)所示关系，计算出需要调修的幅度，将具体操作予以量化。

3 结束语

水平仪检定器在企业及计量单位应用广泛，调试修理技术要求很高，需要我们不断实践，总结经验，提高操作时的精准度。本文从仪器结构原理出发，分析仪器故障产生的原因和处理方法，希望给相关工作人员提供技术参考。

[1] 李小亭.几何量计量[M].中国计量出版社，1998

[2] 谭庆永,何贡.长度计量技术问答[M].中国计量出版社，1995

[3] 高同山.合像水平仪的调修[J].计量技术，2009(5)

[4] JJG 191—2002水平仪检定器检定规程[S]，2002