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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)規(guī)范，對該類塞尺示值誤差校準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)主尺側(cè)面直邊工作面的影像，用米字線的豎線對準(zhǔn)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(zhǔn)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(fù)性0.92μm、測角目鏡米字線與塞尺影像瞄準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)位置使量塊與V型塊工作面之間形成標(biāo)準(zhǔn)間隙，然后用塞尺測量，測量值與標(biāo)準(zhǔn)間隙之差為該校準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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?zé)o法反映在測量結(jié)果中，由于使用狀態(tài)與校準(zhǔn)狀態(tài)不一致，測量結(jié)果會存在較大誤差。采用標(biāo)準(zhǔn)間隙組合法，雖然校準(zhǔn)與實際工作狀態(tài)一致，但對不同校準(zhǔn)位置需多次組合標(biāo)準(zhǔn)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(fù)雜，并且實際測量狀態(tài)與校準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)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