游标卡尺测量误差来源分析

摘要：本文针对导致游标卡尺出现测量误差的原因进行了分析，并研究了误差的主要来源，以及针对这些现象，应采取什么措施。

关键词：游标卡尺测量误差

1 剖析导致测量误差的主要来源

1.1 自身结构

1.1.1 游标卡尺的结构。由L型状的钢制尺（简称：主尺）与游标安装在框架上组成的游标尺组件构成，在测量中是用手对游标尺进行作用，使得游标卡尺组件和主尺上的测量爪共同作用在待测物上，再进行正确位置的测量，最后将主尺上的数据和游标卡尺组件上获得的数据进行加运算，就会获得准确的物件尺寸。但是游标卡尺的设计与阿贝原理不相符，阿贝基本思路待测物在测量过程中，其长度轴要与主尺标量共线。比如要对钢板的尺寸进行测量，使用钢板尺就能直接获得长度数值，而游标卡尺不能直接获取，只能间接的应用。

1.1.2 游标卡尺的主尺与游标框架尺组件配合。在测量过程中，游标卡尺组件和测量的主尺中间有一定的空隙，所以两者在对待测物件进行尺度测量时，两测量尺与待测物轴线不共线，继而产生测量误差，我们称之为阿贝误差（Abbe）。阿贝误差的大小主要受到测量主尺与游标卡尺部分之间空隙大小的影响；配合空隙越大，则游标卡尺和主尺测量的测量爪部分不平行性就越大。如图1所示。

[间隙配合][1内测量爪][2外测量爪][3被测工具]

图1游标卡尺的主尺与游标框架尺组件配合

1.2 操作导致的误差

1.2.1 测量力产生的误差。在测量中，人为操作直接影响到测量力的大小，因此出现误差是在所难免的。当测量采用测量爪时，人手作用在工具上的力量倘若加大，此时作用在游标卡尺上游标框架上就会在作用力的作用下向左推进，而与测量件接触的测量爪，就会受到反作用，出现右向推动，而游标卡尺上的框架尺原件会出现逐渐增大的弹性形变，导致卡尺上固定的测量爪出现活动。对于游标卡尺上的测量爪存在一定距离的测量臂，继而加大了测量爪的弹性形变，导致出现肉眼看不到的倾斜角φ，因此会出现一定的测量误差。

1.2.2 测量力对使用外测量爪刀口部位测量引起误差。上述讲到的自身结构产生的误差中，已明确指出游标卡尺测量的原理与阿贝原则背道而驰。由于待测物件与游标卡尺的刻度线不共线，此时进行的测量都是偏离的间接检测，而测量爪出现极小的弯曲变形后，导致△L=L×tanφ的误差出现。由于具有阿贝误差，因此△L的数值与L呈正比例关系。就整个外量爪而言，刀口与卡尺测量的轴线距离最远，即L最大，因此可以说，在相同的环境下测量，使用刀口位置进行测量时，产生的误差最大。

1.2.3 刻线宽度产生的误差。参考如何提升分度准确度的标准可知，使用的线条愈细愈好，但是线的宽度直接受限于人眼。不仅如此，最小刻线宽度还受到观察背景的限制，且制造刻度表面的材质越差，越增加实际看见的线宽。

1.3 温度产生的误差

游标卡尺给出产生误差的条件是，在标准温度下使用指定的块规得到的结果。在使用游标卡尺的场合，倘若待测物件和卡尺使用的温度超出标准温度使用范围，误差也就产生了，因此产生误差的来源之一便是温度。

2 应对措施

2.1 降低自身产生的误差 第一，降低间隙。只要对卡尺框上的螺丝进行拧紧操作，就能减少缝隙。标准是将螺丝拧紧后，再回拧半圈，这样就能将卡尺内的弹簧片变成一个中间下陷而两端突出的结构，使得与主尺间接触部分受力均匀，继而降低间隙。第二，在测量过程中，要一直使爪运动是一个连续的稳定的轨迹。最后，在长时间的使用中，游标卡尺可能存在测量部位出现形变，所以在测量前要进行卡尺的计量检定。

2.2 降低操作产生的误差 要降低人为操作导致的误差，需注意以下几点：第一，测量用力要均匀。建议测量过程中，作用在游标卡尺上的力大致在3牛到6牛。第二，游标卡尺两侧的刀口位置容易受到测量力的影响而导致微变形，所以在测量时要降低使用率。最后，在使用测量前，要对游标卡尺进行“零”位校准。

2.3 降低温度干扰 因游标卡尺与较多测量工具具有不同的结构，即使在环境相同的情况下，一定时间内获取的温度也不同，因此测量中，将要检测的物件和游标卡尺放在相同的环境下，静止一段时间，然后再实施测量，测量环境尽量安置在标准温度的环境中，只要满足这些就能有效降低50%的误差。

3 结语

通过研究得出，改善游标卡尺的制作精度或降低磨合面的缝隙等能够减少误差，不仅如此，还应对游标卡尺进行定期检查，确保测量的精准。

参考文献：

[1]刘亚俊.卡尺刀口内量爪示值误差的检定方法[J].上海计量测试，2013(06).

[2]陶三春，黄守义.刀口内量爪示值误差检定方法的专用检具[J].上海计量测试，2013(06).

[3]张馥生.通用卡尺示值误差测量结果不确定度评定[J].科技资讯，2013(30).

作者简介：郭明（1974-），女，辽宁绥中人，工程师，研究方向：长度检定。