數(shù)顯楔形塞尺示值誤差校準方法

高宇海

(甘肅省計量研究院，蘭州 730070)

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數(shù)顯楔形塞尺示值誤差校準方法

高宇海

(甘肅省計量研究院，蘭州 730070)

數(shù)顯楔形塞尺是電能企業(yè)對汽輪機、水輪機通流間隙進行測量的計量器具，本文闡述了其示值誤差的3種校準方法，并通過具體實例對3種方法的不確定度來源及分量、校準方法的可行性進行了分析比較。

數(shù)顯楔形塞尺；示值誤差；校準方法

0 引言

數(shù)顯楔形塞尺(以下簡稱塞尺)又稱通流間隙測量尺，是電能企業(yè)對汽輪機、水輪機等大型水泵轉(zhuǎn)子動葉片和隔板靜葉片之間、動葉片和噴嘴之間的通流間隙進行測量的計量器具。其結(jié)構(gòu)主要由主尺、副尺和數(shù)顯部分組成，其中主尺由上下工作面組成楔形狀，其縱向截面為直角三角形，副尺通過主尺兩側(cè)面的滑槽可沿主尺直邊工作面滑動，測量時，將楔形主尺插入間隙中，副尺端面應(yīng)緊貼被測間隙的表面，并與底部表面保持垂直，然后在顯示屏上直接讀出間隙測量數(shù)據(jù)。由于目前尚無國家校準規(guī)范，對該類塞尺示值誤差校準無統(tǒng)一規(guī)定。下面選取測量范圍0～10mm，分辨力0.01mm，最大允許誤差±0.03mm的數(shù)顯楔形塞尺，在溫度23℃，相對濕度≤80%的條件下，通過對其10mm測量位置不確定度分析比較，對示值誤差的校準方法進行研究。

1 采用萬能工具顯微鏡用影像法測量

該方法是將塞尺固定在某一位置，然后側(cè)放在萬能工具顯微鏡玻璃工作臺上，通過調(diào)焦用測角目鏡米字線的橫線對準主尺側(cè)面直邊工作面的影像，用米字線的豎線對準副尺工作端面影像，在刻度尺中讀數(shù)，然后移動工作臺使米字線的橫線對準主尺斜邊工作面與米字線豎線的交點，再次在刻度尺中讀數(shù)，兩次讀數(shù)之差即為塞尺在該位置的實際值，塞尺在該位置的顯示值與實際值之差即為示值誤差。其測量結(jié)果的不確定度主要來源于實際值的測量重復性0.92μm、測角目鏡米字線與塞尺影像瞄準誤差限±0.025μm、萬工顯刻度尺示值誤差限±1.1μm、萬工顯刻度尺與塞尺溫度差0.5℃及線膨脹系數(shù)差(1.4±2)×10-6℃-1、塞尺分辨力0.01mm、副尺工作端面直線度1.0μm、副尺工作端面穩(wěn)定性1.0μm8項影響因素，其測量不確定度分量如表1所示。

備注：表中標準不確定度分量是由文中各參數(shù)根據(jù)相關(guān)公式計算得到。

2 采用立式測長儀測量

該方法是在立式測長儀的測量軸上安裝一個專用測帽作為上測量面，該專用測帽可在Ф8mm或Ф12mm測帽的工作面上用502膠粘貼一塊五等量塊，為保證測量過程中穩(wěn)定性，量塊不易太厚，一般4～8mm即可。下測量面可利用V型塊或者正弦規(guī)的工作面，將其放置在測長儀的工作臺上或借助橡皮泥固定，然后調(diào)整上下測量面平行，并使上測量面中量塊的側(cè)面與V型塊側(cè)面保持共面。測量時根據(jù)校準位置使量塊與V型塊工作面之間形成標準間隙，然后用塞尺測量，測量值與標準間隙之差為該校準位置的示值誤差。該方法中測量結(jié)果不確定度主要來源于塞尺分辨力0.01mm、測長儀刻度尺示值誤差限±1.05μm、測長儀刻度尺與塞尺溫度差0.5℃及線膨脹系數(shù)差(1.4±2)×10-6℃-1、量塊測量面平面度0.25μm、V型塊工作面平面度1.0μm、量塊側(cè)面與V型塊側(cè)面共面性2.0μm、主尺直邊工作面平面度1.0μm、副尺工作端面直線度1.0μm 9項影響因素，其測量不確定度分量如表2所示。

表2 立式測長儀測量不確定度分量 單位：μm

3 標準間隙組合法

該方法由測長儀內(nèi)尺寸附件與五等量塊組合構(gòu)成標準間隙，然后用塞尺測量，測量值與五等量塊實際值之差即為該校準位置的示值誤差。該方法中測量結(jié)果的不確定度主要來源于塞尺分辨力0.01mm、五等量塊測量不確定度U=0.55μm(k=2.7)、量塊測量面平面度0.25μm、量塊與塞尺溫度差0.5℃及線膨脹系數(shù)差±2×10-6℃-1、組合附件兩側(cè)塊工作面平面度1.0μm、標準間隙組合中兩側(cè)塊側(cè)面的共面性2.0μm、主尺直邊工作面平面度1.0μm、副尺工作端面直線度1.0μm9項影響因素，其測量不確定度分量如表3所示。

表3 標準間隙組合法測量不確定度分量 單位：μm

5 結(jié)束語

通過分析，采用上述3種方法校準數(shù)顯楔形塞尺示值誤差，測量結(jié)果的不確定度均小于最大允許誤差絕對值0.03mm的1/3，能夠滿足量值溯源傳遞關(guān)系。但誤差來源互不相同，其中采用萬工顯影像法測量，測量結(jié)果僅依據(jù)側(cè)面的投影，塞尺工作面形位誤差及配合誤差等影響因素無法反映在測量結(jié)果中，由于使用狀態(tài)與校準狀態(tài)不一致，測量結(jié)果會存在較大誤差。采用標準間隙組合法，雖然校準與實際工作狀態(tài)一致，但對不同校準位置需多次組合標準間隙，并且測量中操作穩(wěn)定性相對較差。采用立式測長儀測量法，雖然要制作專用測帽并在測量前對上下測量面進行調(diào)整，但這些工作并不復雜，并且實際測量狀態(tài)與校準狀態(tài)一致，測量裝置操作穩(wěn)定可靠，而且相對于其它2種方法效率較高，因此選用立式測長儀測量法，應(yīng)是校準數(shù)顯楔形塞尺示值誤差綜合性能較好的一種方法。

[1] JJG 56—2000工具顯微鏡檢定規(guī)程. 北京：中國計量出版社，2000

[2] JJF 1189—2008測長儀校準規(guī)范. 北京：中國計量出版社，2008

[3] 田俊成，等. 直齒圓錐齒輪節(jié)錐角測量方法的研究.計量技術(shù)，2013(7)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.09.17