指示百分表校准中示值误差及其改善策略

詹华挺

（宁德市计量所，宁德 352100）

百分表是利用齿条齿轮或杠杆齿轮传动，将测杆的直线位移变为指针的角位移的计量器具，主要用于测量制件的尺寸和形状、位置误差等。百分表在机械加工行业中的应用极其广泛，可以配合检具、量杆使用，将其作为专用读数装置，可以提高准确度。因百分表质量轻、体积小等，所以在机械加工行业中有广阔的应用前景。从原理上看，百分表本身不存在误差，其实际示值的误差主要与零件磨损程度相关，如齿形误差、刻度盘偏心误差等。

1 指示百分表的工作原理

指示百分表是一种长度测量工具，主要由精度较高的齿轮和齿条制作而成，在物体测量中，当被测尺寸产生直线方向时的细微变化时，可以借助该装置的传动作用放大这种变化，在百分表上读出示数[1]。指示百分表，能对制件的长度、尺寸进行测量，质量轻、使用方便。百分表的刻度盘圆周刻成100等分，其中分度值为0.01 mm。大指针转动1周，测杆的位移量为1 mm，表盘和表圈是一体的，可任意转动。例如，测杆部位的测量物体高度上升时，轴齿轮转动的同时会带动中心齿轮，表盘中的指针开始转动[2]。

2 指示百分表校准中示值误差及原因分析

2.1 示值误差

测量仪器的示值误差是指测量仪器示值与对应输入量的真值之差，这是测量仪器的最主要的计量特性之一，其实质就是反映了测量仪器准确度的大小。如果示值误差较大，则准确率较低；若示值误差较小，则精确度比较高。示值误差是相对真值而言的，由于真值不能确定，实际上使用的是约定真值或实际值[3]。为确定测量仪器的示值误差，当接受高等级的测量标准对其进行检定或校准时，该测量标准器复现的量值即为约定真值，通常称为实际值、校准值或标准值。所以，指示式测量仪器的示值误差=示值-实际值，实物量具的示值误差=标称值-实际值。

2.2 示值误差的产生原因

2.2.1 指示百分表指针往返、复位时来回窜动的原因

一是指针的针表面与轴松动；二是测杆上端限位螺丝松动；三是指针套安装松动；四是表体下套筒管径间隙过大，则测杆在摆动时幅度较大，造成指针来回窜动[4]。

2.2.2 指示百分表指针回程时转动不匀、速度缓慢的原因

一是齿轮摩擦、游丝无预紧力及歪扭等。如果产生游丝预紧力不强的情况，则应适当增加五六圈预紧力；如果依旧无好转，则应查看固定销是否已经“脱落”，若脱落则应予以加固。如果出现游丝歪扭、齿轮摩擦的情况，则应用镊子调整游丝，确保间隔大小适中，防止游丝和齿轮间产生摩擦情况。如果在检查中发现游丝弹性不足，则要对其及时更换。二是测杆拉簧出现无力。如果测杆拉簧无力，则会出现移动缓慢的情况，应及时更换拉簧，从而提高弹簧的弹力[5]。三是表壳上下套筒走动缓慢，导致其出现“不同轴”的现象。这时应借助木榔头予以敲击，保证上下套筒同轴，拆除表体中的圆座板，防止产生齿纹和齿条。四是受上下套筒、齿条或测杆处有油污时，则通过汽油清洗干净。

2.2.3 指示百分表指针回转中卡滞的原因

第一，相互作用比较差。这主要是因为齿条和齿轮的位置不当，即表体与圆座板之间存在间隙。鉴于这种情况，可将固定圆座板的3只螺钉松动，游丝先预紧五六圈，调整齿条和齿轮间的间隙，认真观察大指针的回转情况，使大指针的起始位置能平稳回落至指头两侧，测杆无卡滞情况后固紧圆座板上的3个螺钉。二是指示百分表的上、下套筒有毛刺或油污的情况。可将表的上套管和下套管用酒精棉球擦拭干净，查看测杆能否自由滑动。如果不能，则将表体和装夹套拆开，将整个表体侵入清洁的航空汽油或无水乙醇中，用毛刷反复刷洗，或在套管测杆上加上一定的研磨膏，上下左右来回晃动测杆，将测杆上的毛刺进行打磨后，再进行清洗。三是表体的下套筒出现松动。表体的下套管松动会引起上下套管不同轴，或因套管钢性不足、装夹过紧，使下套管变形。用木柄进行轻微敲击，使上套管与下套管同轴，注意敲击时应将圆座板从表体上拆离，不能损坏齿条和齿轮上的齿纹。四是指示百分表指针安装间距。在指示百分表大表针的安装过程中，指针末端与表体的间距应在合理范围内，间距过大会使指针与表蒙摩擦，间距过小则造成大指针与表盘或小指针摩擦。在安装过程中，要借助镊子调整指针的末端高度，最大限度减少表蒙间的摩擦现象[6]。五是指示百分表测杆导向杆变形。如果导向杆弯曲变形，用铜锤在平板式V形铁上校直，导向杆松动时则将螺钉固紧，没有螺纹的导向杆则将表体和圆座板拆开，对表体上的导向杆进行敲击固紧。

3 指示百分表校准中示值误差的改善策略

3.1 误差的分级应予以精细化

随着科学技术的发展，对百分表的使用范围提出了更高的要求，原有的《指示表（百分表和千分表）》（JJG 34—1996）（下称旧规程）已不能满足现代化技术发展的要求。为了确保指示表的测量精度，国家质量监督检验检疫总局颁布了《指示表（指针式、数显式)》（JJG 34—2008）（下称新规程）。在旧规程中，误差的分级处理只包括百分表的示值误差，主要分为0级和1级。但在现行规程中，将千分表纳入进来，而且适当拓展了分级处理的项目，如指示表的示值误差、测杆受径向力对示值的影响，合理控制指示表的使用误差，实现测量精度最大化。

3.2 适当放宽示值变动性和测杆径向受力对示值的影响量

在现行规程中，0级表的误差要求与旧规程的要求基本一致，适当放宽1级表误差的允许范围，确保测量结果的精确性[7]。

3.3 示值误差允许范围的变化

对于指示百分表来讲，示值误差涵盖任意0.1mm、任意1mm与整个工作行程的示值误差；对于千分表来讲，主要指的是任意0.2mm与整个工作行程上的示值误差。在新规程中，不同量程的0级百分表说明示值误差允许范围变化较小，1级说明示值误差范围被缩小，千分表的变化则很大，转变了之前只应用0～1mm量程范围，其允许的示值误差范围也会得到拓展。根据0级和1级合理划分不同的示值误差区域，把原来最大示值误差允许范围拓展2倍。

3.4 示值误差计算方法的改进

在旧规程的计算中，示值误差主要是按照正反行程方向中的最大正误差和最小负误差的绝对值和来决定的。而在新规程的改进中，主要是借助正行程方向得出的各点误差决定的，关于负行程造成的误差，主要体现在回程误差中，而并不体现在示值差计算过程。这种改进方法与指示表的工作原理相契合，由于在指示表工作行程内正反方向的受力情况不同，造成传动件的位置改变，导致同一个受检点上读数的误差，但这个误差已控制在回程误差范围。从以上处理方法的改进可以得出：关于同一个量程的指示表，尽管缩小了示值误差的允许范围，加之示值误差计算方法的改进，导致指示表的检定结果出现了变化。但值得注意的是，在检定修理过程中，应把对指示表的影响降至最低，从而降低示值误差。与此同时，在不同的场合，应选择不同级别的指示表，最大限度地满足实际工作需要，同时避免资源浪费，确保测量精度。

4 结语

指示百分表主要是为了校正零件的安装位置，对零件形状、精度和内径等进行检验，常用来测量机器零件的各种几何形状偏差和表面相互位置偏差。百分表在机械加工中得到了广泛应用，因此不可避免地会产生故障。所以，在日常的计量检定工作中，要充分了解其工作原理，科学检定校准，仔细观察指针往返回转、表盘配合的情况，找出示值误差背后的原因，并采取相关的改进策略，最大限度地发挥其优势，降低示值误差，从而提高测量精度。