卡尺使用中容易疏忽的两项测量误差

　　卡尺类量具的测量精度不仅取决于量具本身的制造误差,而且与测量方法是否正确有关。用卡尺进行测量时,有两项测量误差很容易被疏忽,一项是由测量力引起的测量误差,另一项是由温度变化引起的测量误差。由于使用卡尺时测量力和温度条件具有不确定性,由此引起的测量误差也有很大差异,如处置不当会严重影响测量结果的准确性。本文以0~150mm带表卡尺为例,具体分析产生这两项测量误差的原因和预防措施。

　　1 测量力引起的测量误差

　　在卡尺测量中,过大的测量力不仅会加速测量面的磨损,而且会使量爪和尺身产生较大弹性变形,影响测量结果的准确性,严重时会引起尺框倾斜,使测量失效。

　　(1)尺框受力分析

　　用带表卡尺测量时,尺框与片簧组合体的受力状态如图1所示。其中F1为测量力,F2为手对尺框的推力,F3为主尺对片簧的压力,F4为片簧与主尺之间的摩擦力,F5为主尺对尺框下侧导向面的压力,F6为主尺与尺框导向面之间的摩擦力。尺框的力平衡条件为

　　由式(4)、(5)可得

　　根据卡尺国家标准GB/T 6317)93规定,尺框的推力F2=3~7N,代入式(11)、(8)、(5),则对应的测量力F1应在2.14~4.98N之间,对应的片簧对主尺的压力F3应在2.97~6.97N之间。通过以上分析可知,用卡尺测量工件时,夹紧工件的测量力不能过大,同时应将片簧对主尺的压力调整到合适范围。

　　(2)测量力引起主尺尺身、量爪弹性变形产生的示值误差

　　如图2所示,当在主尺与尺框量爪之间施加测量力F1时,主尺产生的变形量fB1为

式中E--钢的弹性模量

　　J1,J2--分别为主尺尺身和量爪断面的惯性矩,可近似取J1=J2=J=bh³/12

　　在测量力F1的作用下,主尺尺身以及主尺和尺框的量爪因受力变形产生的示值误差为Δ1。由于卡尺变形引起的示值误差恒为负值,因此有

　　取F1=3N,l1=40mm,l2=150mm,E=210⁵N/mm2,b=3mm,h=14.5mm,可计算出:Δ1=-0.006mm。

　　由以上分析可知,由测量力引起卡尺变形所产生的示值误差恒为负值,且对于大尺寸零件的测量,该误差不可忽视。

　　(3)尺框倾斜引起的示值误差

　　如测量力过大,使作用于片簧上的压力超过了片簧的预调压力,则尺框将产生倾斜,从而引起测量误差,且该误差恒为负值。如图3所示,尺框倾斜引起的最大测量误差Δ2为

式中:l1为外量爪长度,取l1=40mm;l2为尺框与主尺的配合长度,取l2=45mm;l3为装入片簧后尺框与主尺在宽度方向的剩余间隙,取l3=0.1mm。将各参数值代入上式得:Δ2=-0.089mm,该误差相当大,不容忽视。因此,为防止发生尺框倾斜,在测量中应控制测量力的大小,避免引起较大测量误差。