沈 欣 卞春兵 韓 煦 張立堅 劉 濤 項德銀

（江蘇省灌溉總渠管理處 淮安 223200）

1 內(nèi)徑千分尺的應用

1.1 內(nèi)徑千分尺測量內(nèi)孔

測量時將其測量觸頭測量面支撐在被測表面上，調(diào)整微分筒，使微分筒一側的測量面在孔的徑向截面內(nèi)擺動，找出最小尺寸，然后擰緊固定螺釘取出并讀數(shù)。

內(nèi)孔測量存在問題：（1）深孔測量時由于人為視覺誤差，容易導致內(nèi)徑千分尺歪斜，測得數(shù)值偏大；（2）不擰緊螺釘相互連接螺絲進行測量，存在姿態(tài)測量問題。

1.2 機組垂直同心測量

1.2.1 測量方法

在機組進行安裝、檢修過程中固定部件垂直同心的測量，使用電氣回路法，機組垂直同心測量示意圖如圖1。

圖1 機組垂直同心測量示意圖

1.2.2 存在問題

在機組垂直度測量時由于機組尺寸的不同，特別是大型水泵機組，其定子內(nèi)徑往往超過2m。如江蘇省淮安抽水站一站管理所，其定子內(nèi)徑達到2150mm，二站管理所更是達到了4518mm，其測量需求為半徑分別為1075mm、2259mm。內(nèi)徑千分尺接桿較多，拼接時如果未能擰緊將增加測量誤差，尺桿的自然擾度也是不可忽視的產(chǎn)生誤差的原因。同時達到該測量范圍的內(nèi)徑千分尺價格高，拼接后的重量大，測量使用很不方便，更易帶來測量誤差。

（1）尺桿長。自然擾度不可避免，雖然同心測量取絕對值，可以不考慮接桿長度，但是擾度的存在，將不可避免地增加測量誤差。

（2）尺身定位差。拼接后的尺身重將直接影響扶尺的定位效果，由于整個尺桿需要做上下左右晃動找點運動，而與定子鐵芯接觸部位只有一個點貼合，尺身越重，對扶尺者的要求越高，容易出現(xiàn)位移偏差，影響測量精度。

（3）實際測量時，各站均備有固定長度空心黃銅管接桿作為專用測量輔助工具。一是由于銅質(zhì)密度高，為了減輕重量，長桿采用空心結構，損失了強度。同樣對黃銅桿用來與千分尺尺頭及尺尾連接的內(nèi)外絲接頭的焊接提出了要求，必須與配尺測頭、微分筒保持同軸，加工難度高。二是作為專用測量輔助工具，其應用范圍大大減小，通用性不強。

（4）對測量人員要求高。機械式內(nèi)徑千分尺微分筒測頭為半圓平底，測量人員需通過長期操作才能熟練地找到與鋼琴線的最小接觸點，并讀出數(shù)值。同一機組，復核測量時，數(shù)值經(jīng)常會發(fā)生較大變化，究其原因有兩點：一是尺尾測頭定位有誤差；二是尺桿出現(xiàn)歪斜，平底接觸面大，未能準確找到最小接觸點。

2 數(shù)顯微分頭及相關輔助配件

2.1 數(shù)顯微分頭

機械讀尺的讀數(shù)瞄準誤差、姿態(tài)測量誤差及初學者對微分筒讀數(shù)的熟練程度造成的讀數(shù)偏差，專用數(shù)顯內(nèi)徑千分尺價格昂貴，而采用數(shù)顯微分頭不但價格低廉，更可有效解決上述誤差及偏差，提高讀數(shù)的準確度及測量速度。

2.2 相關輔助配件

輔助配件包括：微分頭專用尺架（含水準氣泡），水準氣泡接桿，尾桿、專用托架，中間接桿。設計結構如圖2 所示。

圖2 設計結構圖

3 全套測量工具材料選型及相關參數(shù)

3.1 微分頭技術參數(shù)

本方案選擇型號：350-254；

測量范圍：0～25mm；

分辨率0.001mm；

精度：±3pm；

球面、4 按鍵、帶鎖緊止動、帶安裝螺母M9.5。

3.2 尺架、接桿、尾桿、托架及配件

3.2.1 材料選擇

全部采用7075 鋁合金，其優(yōu)點是：強度高，機械性能好，抗腐蝕性能強，易于加工，耐磨性好，非鐵磁材料不易磁化。

7075鋁合金主要物理參數(shù)：

抗拉強度：524MPa；

0.2%屈服強度：455MPa；

硬度：150HB；

密度：2.81g/cm3。

3.2.2 材料質(zhì)量計算比較

根據(jù)7075 鋁合金材料物理參數(shù)，可求得測量裝置桿子總質(zhì)量，以一站管理所測桿長度計算如下：

桿長：500+200+50+20+20=790mm

桿直徑16mm、中心孔直徑8mm、密度2.81g/cm3

m=ρ×v

V=（S1-S2）×L=（0.82×3.14-0.42×3.14）×7.9=119.0688cm3

∴m=334.583328g ≈0.335kg

加上尺架、微分頭等，總質(zhì)量不超過1kg。

黃銅密度為8.5～8.8g/cm3，取值8.65，折算桿子總質(zhì)量為1.030kg，遠遠超過7075 鋁合金桿質(zhì)量。另外黃銅桿為了配合內(nèi)徑千分尺焊接了內(nèi)外絲接頭，因同軸度誤差在所難免，遠超過數(shù)碼機床加工的內(nèi)外絲同軸度。

測量長度達到1.5m 的內(nèi)徑千分尺一般使用合金工具鋼，密度一般在7.8g/cm3左右，直徑也為16mm，但由于其芯部有測量伸縮桿，當組裝同長度的桿后，質(zhì)量遠遠超過黃銅桿，使用7075 鋁合金作為接桿的優(yōu)勢很明顯。

3.2.3 材料鐵磁性能規(guī)避和應用

7075 鋁合金為非鐵磁材料，不易磁化，避免了微分頭磁化在測量過程中吸合鋼琴線的問題。

尾桿采用組合模式，中間置入釹鐵硼（N38）材料，通過專用測量觸頭產(chǎn)生吸力，貼合被測量部件。

尾桿做成后經(jīng)靜力拉伸實驗實測拉力為1.28kg，實際測試時滿足使用條件。

3.2.4 支承托架設計

托架為7075 鋁合金材質(zhì)制作，配合磁性表座及表桿固定。

3.2.5 尺桿同軸度測定

整桿組裝后（按一站管理所配尺長度組裝）其同軸度偏差測定[5]為小于0.01mm；當做小孔徑測量時，尺架、水準氣泡接桿螺孔配合符合國家標準。

3.3 水準氣泡

水準氣泡在該測量工具中起輔助作用，對水準氣泡的要求并不是很高，該工具中采用圓柱形水準氣泡，要求水準氣泡組合時，其軸線與尺桿軸線水平即可。

4 產(chǎn)品應用效果

4.1 測量精度提高

引入數(shù)顯微分頭后，減少了測量面上的讀數(shù)瞄準誤差、對零誤差、姿態(tài)測量誤差，同時消除了讀數(shù)偏差。

引入水準氣泡后，使得測量找點變得直觀明確，減輕了施測者工作強度，提高了測量效率。

引入專用測量尾桿與托架后，使得測點可以實現(xiàn)精準定位。

通過各種手段提高的精度累加后，使用該尺測量對比原測量工具和方法，極大提高了測量效率及精度。

4.2 對測量人員要求降低

大型機組安裝、檢修時的固定部件垂直同心的測量，對施測人員的要求很高：一是要求施測人員能夠準確找出最小接觸點，即當測桿處于水平位置時尾測點與測頭的直線距離。這就要求施測人員具有良好的手感與聽力。二是要求施測人員可以精準地讀出測定數(shù)值，并嚴格按照內(nèi)徑千分尺使用事項，注意消除誤差，避免偏差。當引入數(shù)顯微分頭及水準氣泡后，使得尺桿水平度觀測變得直觀明了，讀數(shù)方便快捷，并不需要鎖定后再拿出再讀數(shù)，這大大降低了施測人員的技能要求。

4.3 減少扶尺配員

此條專門針對大型機組測量，通常機組測量如上所述，將配置專門扶尺人員配合施測者，扶尺者在測量過程中重要程度不言而喻，測點定位精準、不能產(chǎn)生位移，多次測量時可以找到測點相近位置等。同時由于測量者需要不斷調(diào)整尺桿方向進行找點，對扶尺者來說是一種耐力考驗。在引入專用尾桿及托架后，通過測量觸頭定位測點，托架支撐固定，點位可以更加精準，固定測點后，可無需人工施測。如此既減少33%的人工費用，又提高了測量準確度。

5 建議

（1）數(shù)顯微分頭尺身長，需配合固定支架方可轉變?yōu)閮?nèi)徑測量，其總長達190mm，小孔徑難以應用，日后可進行微小化設計。

（2）由于工作原理，微分頭數(shù)顯讀數(shù)為負值，雖然不影響使用，但是違反讀數(shù)習慣，可進一步改進