斜块式测微仪检定器检定规程

JJG525—20141斜块式测微仪检定器检定规程1范围本检定规程适用于分度值为1μm、0.2μm、0.1μm和0.02μm斜块式测微仪检定器的首次检定、后续检定和使用中的检查。2概述斜块式测微仪检定器(以下简称检定器)是一种利用螺旋副和斜块或螺旋副、斜块和杠杆组合的原理,给出准确长度位移量的计量器具,主要用于电感式、电容式或光栅式测微仪以及气动量仪和扭簧比较仪等几何量计量器具的检定或校准。检定器按其结构形式分为斜块螺旋副式和杠杆斜块螺旋副式两类,其外形见图1、图2。图1斜块螺旋副式检定器1—旁向测头装夹支架;2—轴向测头装夹支架;3—上斜块;4—刻度尺;5—读数鼓轮;6—微分螺杆;7—测砧;8—底座;9—下斜块图2杠杆斜块螺旋副式检定器1—上斜块;2—杠杆;3—轴向测头装夹支架孔;4—弹簧支点;5—刻度尺;6—读数鼓轮;7—微分螺杆;8—微分筒测杆;9—测砧;10—下斜块;11—底座;12—杠杆测头JJG525—201423计量性能要求3.1上斜块工作面和测砧的表面粗糙度3.1.1上斜块工作面的表面粗糙度Ra:0.025μm。3.1.2测砧表面粗糙度Ra:0.05μm。3.2上斜块工作面的平面度上斜块工作面的平面度限:0.3μm,不允许凹陷(平面工作台边缘1mm范围内允许塌边)。3.3刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆的距离刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆的距离应不大于0.4mm。3.4杠杆测头的测力杠杆测头的测力限:(0.7±0.1)N。3.5仪器示值误差示值误差范围应符合表1的要求。3.6回程误差回程误差限应符合表1的要求。3.7示值重复性示值重复性应不大于表1的要求。表1计量性能要求μm结构形式斜块斜度杠杆比分度值测量范围示值误差范围限误差限示值重复性斜块螺旋副式1∶10/1(0~50)0.50.20.03任意10001.2(0~2000)2.01∶50/0.2(0~10)0.250.100.02(0~400)0.800.15杠杆斜块螺旋副式1∶501∶20.1(0~5)0.100.050.01任意500.300.10(0~200)0.601∶100.02(0~1)0.0600.0500.010(0~40)0.1004通用技术要求4.1外观4.1.1首次检定的检定器各工作面上无锈迹、碰伤、显著划痕及影响准确度的其他缺陷;在非工作面上应无脱漆和镀层脱落的现象。34.1.2刻度尺和读数鼓轮上的刻线应平直、清晰,不应有断线、线结和长短粗细不一的现象,数字应规范、清晰。4.1.3检定器上应标有制造商名称(或注册商标)、型号和出厂编号。4.1.4后续检定和使用中检查的检定器,工作面允许有不影响准确度的缺陷。4.2各部分的相互作用4.2.1微分筒的转动应平稳,不应有卡滞、配合松弛、松紧不一等现象。4.2.2刻度尺棱边应平直,并与读数鼓轮上的刻线平行。4.2.3上斜块移动应灵活,始终保持与微分筒测杆上的钢球接触。上斜块在全行程中间位置时,微分筒测杆中心应位于测砧中心。4.2.4装夹支架沿立柱上下移动应灵活,装夹轴心线无明显的倾斜,紧固螺钉作用应有效、可靠。5计量器具控制计量器具控制包括首次检定、后续检定和使用中的检查。5.1检定条件检定条件见表2。表2检定条件结构形式室温℃室温的变化量℃·h-1相对湿度%斜块螺旋副式20±3≤1.0<65杠杆斜块螺旋副式20±1≤0.3<65测量前将检定器置于检定室内平衡温度的时间不少于24h,检定器具在检定室内平衡温度的时间不少于6h。5.2检定项目和主要检定器具检定项目和主要检定器具见表3。表3检定项目和主要检定器具序号检定项目主要检定器具首次检定后续检定使用中检查1外观/+++2各部分的相互作用/+++3上斜块工作面和测砧的表面粗糙度表面粗糙度比较样块MPE:+12%~-17%表面粗糙度测量仪MPE:±10%+--4上斜块工作面的平面度2级平面平晶++-4表3(续)序号检定项目主要检定器具首次检定后续检定使用中检查5刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆的距离塞尺MPE:±12μm+--6杠杆测头的测力分度值为0.1N的手持式测力仪MPE:±1%+--7示值误差范围2等量块、3等量块、0.01μm电感测微仪+++8回程误差2等量块、3等量块、0.01μm电感测微仪+++9示值重复性0.01μm电感测微仪++-注:表中符号“+”表示该项应检定,“-”表示该项可不检定5.3检定方法5.3.1外观目力观察。5.3.2各部分的相互作用目力观察和试验。5.3.3上斜块工作面和测砧的表面粗糙度上斜块工作面和测砧的表面粗糙度用表面粗糙度比较样块以比较法进行测量。在进行比较时,所用的表面粗糙度样块和被检测量面的加工方法应尽可能相同,表面粗糙度的材料、形状、表面色泽等也应尽可能与被检测量面一致。判断的准则是根据被检测量面加工痕迹的深浅来决定表面粗糙度是否符合要求,当被检测量面的加工痕迹深浅不超过表面粗糙度样块工作面加工痕迹深度时,则认为测量面的表面粗糙度不超过表面粗糙度样块的标称值。仲裁检定时,用表面粗糙度测量仪进行测量。5.3.4上斜块工作面的平面度用2级平面平晶以技术光波干涉法进行测量。以其测得值作为上斜块工作面的平面度。5.3.5刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆的距离在测量范围内,用塞尺在刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆距离的最大处测量。以其测得值作为刻度尺刻线面棱边到读数鼓轮外圆的距离。5.3.6杠杆测头的测力测量前,将电感测微仪测头安装在装夹支架孔中,调整杠杆测头位于检定器上斜块在全行程中间位置。用分度值不大于0.1N的手持式测力仪沿测量方向对测头向上慢慢JJG525—20145加力,在检定器测量范围的始、中、末三个位置进行检定,三个位置的测力值均应满足要求,取最大测力值作为测得值。5.3.7仪器示值误差5.3.7.1根据检定器的分度值和测量范围,选用相应的2等或3等量块以直接测量法测量,所选用的量块等级及尺寸见表4。上斜块工作面为平面的检定器应借助于三筋工作台进行测量。表4选用的量块等级及尺寸分度值μm测量范围μm量块等别量块尺寸1(0~50)2等1,1.01,1.02,1.03,1.04,1.05任意(0~1000)3等1,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0(以1000μm分段检定)(0~2000)0.2(0~10)2等0.991,0.993,0.995,0.997,0.999,1.001(0~400)3等1,1.10,1.20,1.30,1.400.1(0~5)2等0.991,0.993,0.995,0.997,0.999,1.001(0~200)3等1,1.10,1.20,1.30,1.400.02(0~1)2等0.991,0.993,0.995,0.997,0.999,1.001(0~40)3等1,1.10,1.20,1.30,1.405.3.7.2直接测量时,首先将电感测微仪传感器安装在检定器装夹支架中,把对零量块放置在杠杆测头或电感测微仪测头下面并使检定器对准零位,调整分辨力为0.01μm的电感测微仪示值为零。然后按选定的量块间隔置换量块并转动检定器微分筒至相应受检点附近,当电感测微仪示值重新指零时(电感测微仪各挡位的置零顺序按分辨力从低到高进行,最后以0.01μm挡位置零为准),在检定器读数鼓轮上读数;逐点检定完正行程后,继续转动微分筒10个分度值左右,再进行反向测量。在整个测量过程中,中途不得改变微分筒的旋转方向,也不应对检定器做任何调整。各受检点的示值误差按式(1)求得。δi=ri-(Li-L0)(1)式中:δi—第i个受检点的示值误差,μm;ri———检定器上读数值,μm;Li———受检点上所用量块中心长度的实际值,μm;L0———对零用量块中心长度的实际值,μm。5.3.7.3分段测量时,首先按5.3.7.2进行第一受检段的测量,检定完第一受检段后,再以第一受检段正行程的终点,作为第二受检段的起始点,重复上述测量过程,测量第二受检段的各受检点。第二受检段各受检点上的示值误差值加上第一受检段终点的示值误差值,即得到第二受检段各受检点的累计误差。JJG525—201465.3.7.4按5.3.7.2、5.3.7.3重复测量一次,取对应点两次测量值的平均值作为该点的误差值;以单向行程各受检点中最大与最小示值误差的差值作为检定器的示值误差范围,取其最大值作为测得值。5.3.7.5允许用满足测量不确定度要求的其他测量方法进行测量。5.3.8回程误差在检定器各点误差值的测量数据中,取各受检点正、反行程示值误差差值绝对值的最大值作为测得值。5.3.9示值重复性按5.3.7.3安装的条件下,对读数鼓轮某一刻线重复测量9次,取最大读数和最小读数之差的三分之一作为测得值。5.4检定结果的处理经检定符合本规程要求的检定器出具检定证书;不符合本规程要求的检定器出具检定结果通知书,并注明不合格项目。5.5检定周期检定器的检定周期根据实际使用情况确定,一般不超过1年。JJG525—20147附录A分度值为1μm检定器(0~2)mm的示值误差范围检定示例受检点/μm02004006008001000量块尺寸/mm11.21.41.61.82量块偏差值/μm-0.04+0.04-0.04+0.07+0.02+0.13检定分段检定结果/μm(0~1)mm正行程读数10.0+0.3+0.4+0.4+0.5+0.5读数20.0+0.3+0.2+0.3+0.4+0.5平均值0.0+0.3+0.3+0.4+0.4+0.5示值误差0.0+0.2+0.3+0.3+0.3+0.3反行程读数1+0.1+0.3+0.3+0.3+0.2+0.4读数20.0+0.2+0.3+0.3+0.3+0.5平均值0.0+0.2+0.3+0.3+0.2+0.4示值误差+0.2+0.3+0.5+0.4+0.3+0.4回程误差0.20.10.20.10.00.1(1~2)mm正行程读数10.0+0.5+0.8+1.1+1.2+1.4读数20.0+0.6+0.8+1.3+1.2+1.4平均值0.0+0.6+0.8+1.2+1.2+1.4示值误差0.0+0.5+0.8+1.1+1.1+1.2累计误差+0.3+0.8+1.1+1.4+1.4+1.5反行程读数1-0.1+0.4+0.6+0.9+1.2+1.4读数2-0.2+0.4+0.5+0.9+1.0+1.2平均值-0.2+0.4+0.6+0.9+1.1+1.3示值误差0.0+0.5+0.8+1.0+1.2+1.3累计误差+0.4+0.9+1.2+1.4+1.6+1.7回程误差0.10.10.10.00.20.2正行程最大与最小误差的差值=+1.5μm-0.0μm=1.5μm反行程最大与最小误差的差值=+1.7μm-(+0.2μm)=1.5μm任意1mm最大与最小误差的差值=+1.7μm-(+0.4μm)=1.3μm(0~2)mm示值误差范围=1.5μm回程误差=0.2μmJJG525—20148附录B三筋工作台技术要求三筋工作台的技术要求见图B.1所示。注:1.修钝锐边,Ra单位:μm;其余Ra:0.8μm,(60~65)HRC。2.其余尺寸单位:mm。图B.19附录C分度值为0.2μm斜块式测微仪检定器(0~10)μm示值误差范围测量结果的不确定度评定C.1测量方法依据检定规程,分度值为0.2μm检定器(0~10)μm各点的示值误差用2等量块配0.01μm电感测微仪以直接法进行检定;检定器的示值误差范围是以单行程各受检点中最大与最小示值误差的差值表示。C.2测量模型y=δmax-δmin(C.1)式中:y———被检仪器的示值误差范围,μm;δmax———单行程各受检点示值误差的最大值,μm;δmin———单行程各受检点示值误差的最小值,μm。其中:δi=ri-(Li-L0)(C.2)式中:δi—单行程第i个受检点的示值误差,μm;ri———检定器上读数值,μm;Li———受检点上所用量块中心长度的实际值,μm;L0———对零用量块中心长度的实际值,μm。考虑到各输入量之间的相关性,将式C.2转换得到δi=ri-(Li-L0)=ri-Ls-(ΔLi-ΔL0)=Δri-(ΔLi-ΔL0)(C.3)式中:δi—单行程第i个受检点的示值误差,μm;Δri———检定器上两受检点的读数差值,μm;Ls———受检点间隔标称值,常数,μm;ΔLi———受检点上所用量块中心长度的偏差值,μm;ΔL0———对零用量块中心长度的偏差值,μm。通过上述变换以后,可以认为各输入量之间为不相关。C.3方差和灵敏系数f)i(Li)u2(ΔLi)+c2(ΔL0)u2(ΔL0)JJG525—201410=-1;2(Δri)+u2(ΔLi)+u2(ΔL0)C.4.1测量重复性:u1C.4.2鼓轮估读误差:u2C.4.3电感测微仪分辨力量化误差:u3C.4.4用于对零量块的尺寸偏差值:u4C.4.5用于检定量块的尺寸偏差值:u5C.4.6温度偏离20℃量块线膨胀系数的变化:u6C.4.7对零和检定量块的温度差:u7C.4.8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化:u8C.4.9三筋工作台的形位公差:u9C.5不确定度一览表标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度值u(xi)μmci=∂f/∂xiu(r)u1测量重复性0.01410.014u2鼓轮估读误差0.01610.0164u(L0)u(L)u3电感测微仪分辨力量化误差0.00310.003u4用于对零量块的尺寸偏差值0.01310.013u5用于检定量块的尺寸偏差值0.013-10.013u6温度偏离20℃标准量块线膨胀系数的变化0.003-10.003u7对零和检定量块的温度差5.31×10-4-15.31×10-4u8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化0.00210.002u9三筋工作台的形位公差0.01310.013uc=0.028μmJJG525—201411C.6标准不确定度分量计算C.6.1测量重复性引入的不确定度分量u1依据规程,由测量重复性引入的不确定度分量s=0.02μm,依据规程每个受检点要测量两次取平均值作为测得值,则有:C.6.2鼓轮估读误差引入的不确定分量u2鼓轮的分度值为0.2μm,根据其刻线宽度假设估读到1/5,认为其等概率分布在区间内,即均匀分布,依据规程每个受检点要测量两次取平均值作为测得值,则有:3依JJF1059.1—2012可知,对于数字显示的测量仪器,其分辨力为δx,则由此带来的不:确定度为u(x)=0.29δx。由于u3相对u(r)非常3..=。0.003μmC.6.4由对零用量块尺寸偏差引入的不确定度分量u4采用2等量块以直接法对分度值为0.2μm斜块式测微仪的读数鼓轮的示值误差进0,C.6.5由检定用量块尺寸偏差引入的不确定度分量u5同C.6.4,可以得到C.6.6由温度偏离20℃量块线膨胀系数引入的不确定度分量u6定的量块标称尺寸均在2mm以内,假设检定时温度偏离20℃的差值Δt=3℃,则有:0-定的量块标称尺寸均在2mm以内,假设检定时温度偏离20℃的差值Δt=3℃,则有:u6=2mm×0.577×10-6℃-1×3℃=0.003μm由于u6相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。C.6.7由对零、检定用量块温度差引入的不确定度分量u7对零、检定量块的温度最大差Δt以在±0.04℃范围内估计,假设其在该范围内等概率分布,可得其标准不确定度u(Δt)=0.0231℃。依据规程用于检定示值误差的标准12由于u7相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。C.6.8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化引入的不确定度分量u8块斜度比为1∶50,斜块长度为60mm,当温度偏离20℃最大3℃时,则有:1-块斜度比为1∶50,斜块长度为60mm,当温度偏离20℃最大3℃时,则有:×60mm×0.577×10-6℃-1×3℃=0.002μm由于u8相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。C.6.9三筋工作台的形位公差引入的不确定度分量u9由于三筋工作台的形位公差包含平行性和平面度,假设其均为等概率分布,可得其标准不确定度分别为0.4042μm、0.1732μm,将其合成得到0.4397μm;因为三筋工作台长、宽分别为60mm和15mm,筋宽1.0mm,10mm以下量块宽度为9mm,则有:×0.4397μm=0.013μmC.7合成标准不确定度uc==(0.016μm-4)2+2(0.013μm)2+(0.013μm)2+(0.013μm)2=7.63×10=7.63×10μmuc=0.028μmC.8扩展不确定度UU=2×0.028μm×2=0.079μmC.9结论由以上分析可以看出,分度值为0.2μm检定器(0~10)μm示值误差范围测量结果的扩展不确定度U满足小于1/3示值误差范围限的要求。13附录D分度值为0.02μm杠杆斜块式测微仪检定器(0~1)μm示值误差范围测量结果的不确定度评定D.1测量方法依据检定规程,分度值为0.02μm检定器(0~1)μm各点的示值误差用2等量块配0.01μm电感测微仪以直接法进行检定;检定器的示值误差范围是以单行程各受检点中最大与最小误差的差值表示。D.2测量模型y=δmax-δmin(D.1)式中:y———被检仪器的示值误差范围,μm;δmax———单行程各受检点示值误差的最大值,μm;δmin———单行程各受检点示值误差的最小值,μm。其中:δi=ri-A(Li-L0)(D.2)式中:δi—第i个受检点的示值误差,μm;ri———检定器上读数值,μm;Li———受检点上所用量块中心长度的实际值,μm;L0———对零用量块中心长度的实际值,μm;考虑到各输入量之间的相关性,将式D.2转换得到:δi=ri-A(Li-L0)=ri-Ls-A(ΔLi-ΔL0)=Δri-A(ΔLi-ΔL0)(D.3)式中:δi—第i个受检点的示值误差,μm;Δri———检定器上两受检点的读数差值,μm;Ls———受检点间隔标称值,常数,μm;ΔLi———受检点上所用量块中心长度的偏差值,μm;ΔL0———对零用量块中心长度的偏差值,μm;通过上述变换以后,可以认为各输入量之间为不相关。D.3方差和灵敏系数i(Li)u2(ΔLi)+c2(ΔL0)u2(ΔL0)+c2(A)u2(A)JJG525—201414因为杠杆比为1∶10,检定用量块与对零量块其偏差值之差一般不超过0.10μm,则有:u(δi)=u2(Δri)+A2u2(ΔLi)+A2u2(ΔL0)+[-(ΔLi-ΔL0)]2u2(A)u(δi)=u2(Δri)+(-0.1)2u2(ΔLi)+0.12u2(ΔL0)+0.102u2(A)D.4不确定度来源D.4.1测量重复性:u1D.4.2鼓轮估读误差:u2D.4.3电感测微仪分辨力量化误差:u3D.4.4用于对零量块的尺寸偏差值:u4D.4.5用于检定量块的尺寸偏差值:u5D.4.6温度偏离20℃量块线膨胀系数的变化:u6D.4.7对零和检定量块的温度差:u7D.4.8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化:u8D.4.9三筋工作台的形位公差:u9D.4.10杠杆比误差:u10D.5不确定度一览表标准不确定度分量u(xi)不确定度来源标准不确定度值u(xi)μmci=∂f/∂xi|ci|·u(xi)μmu(r)u1测量重复性0.007010.0070u2鼓轮估读误差0.001610.0016u(L0)u(L)u3电感测微仪分辨力量化误差0.002910.0029u4用于对零量块的尺寸偏差值0.0126A0.00126u5用于检定量块的尺寸偏差值0.0126-A0.0126u6温度偏离20℃标准量块线膨胀系数的变化1.15×10-3-A1.15×10-4u7对零和检定量块的温度差5.31×10-4A5.31×10-5u8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化6.9×10-4A6.9×10-5u9三筋工作台的形位公差0.013A0.0013u(A)u10杠杆比误差0.0058-(ΔLi-ΔL0)0.0006uc=0.007μmJJG525—201415D.6标准不确定度分量计算D.6.1测量重复性引入的不确定度分量u1依据规程,由测量重复性引入的不确定度分量s=0.010μm,依据规程每个受检点要测量两次取平均值作为测得值,则有:D.6.2鼓轮估读误差引入的不确定分量u2鼓轮的分度值为0.02μm,根据其刻线宽度假设估读到1/5,认为其等概率分布在区间内,即均匀分布,依据规程每个受检点要测量两次取平均值作为测得值,则有:30070μm依据JJF1059.1—2012可知,对于数字显示的测量仪器,其分辨力为δx,则由此带来的标准不确定度为u(x)=0.29δx。则有:u3=0.29×0.01μm=0.0029μmD.6.4由对零用量块尺寸偏差引入的不确定度分量u4规程规定采用2等量块以直接法对分度值为0.02μm斜块式测微仪的读数鼓轮的示值误差进行检定;2等量块的扩展不确定度为U=0.05μm+0.5×10-6L,k=2.8,m,,则有:U=0.05μm,k=2.8,依据规程每D.6.5由检定用量块尺寸偏差引入的不确定度分量u5同D.6.4,可以得到:u5=μm=0.0126μmD.6.6由温度偏离20℃量块线膨胀系数引入的不确定度分量u6u5=2mm×0.577×10-6℃-1×1℃=1.15×10-3μm由于u6相对u4、u5非常小,故可以忽略不计u5=2mm×0.577×10-6℃-1×1℃=1.15×10-3μm由于u6相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。D.6.7由对零、检定用量块温度差引入的不确定度分量u7对零、检定用量块温度最大差Δt以在±0.04℃范围内估计,假设其在该范围内等其=u6=2mm×11.5×10-6℃-1×0.0231℃=5.31×10-4μmJJG525—201416由于u7相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。D.6.8温度偏离20℃斜块线膨胀系数的变化引入的不确定度分量u811×60mm×0.577×10-6℃-1×1℃=6.9×10-4μm由于u8相对u4、u5非常小,故可以忽略不计。D.6.9三筋工作台的形位公差引入的不确定度分量u9由于三筋工作台的形位公差包含平行性和平面度,假设其均为等概率分布,可得其标准不确定度分别为0.4042μm、0.1732μm,将其合成得到0.4397μm;因为三筋工作台长、宽分别为60mm和15mm,筋宽1.0mm,10mm以下量块宽度为9mm,则有:u9=×0.4397μm=0.013μm1.0mm×u9=×0.4397μm=0.013μmD.6.10由1∶10杠杆引入的不确定度分量u10将电感测微仪的测头安装在