辛永強(qiáng) 郭芮君

(甘肅省計(jì)量研究院，蘭州 730070)

0 引言

水平儀檢定器是常用的幾何量計(jì)量器具，它主要用于校準(zhǔn)框式和條式水平儀的分度值[1]，在計(jì)量行業(yè)及相關(guān)企業(yè)應(yīng)用廣泛。

水平儀檢定器按其機(jī)構(gòu)形式可分為杠桿螺絲副式和螺絲副式，在實(shí)際使用過程中，由于撞擊、磨損和使用頻繁等原因，常會出現(xiàn)回程誤差及分度值誤差等指標(biāo)超差，影響其對水平儀的分度值校準(zhǔn)的準(zhǔn)確度，從而影響量值傳遞工作的開展，因此需要進(jìn)行調(diào)修。下面就以杠桿螺絲副式水平儀檢定器為例，介紹其常見故障及調(diào)修方法。

1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及測量原理

主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，被檢水平儀置于工作臺上，工作臺可繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動一微小傾角。工作臺的轉(zhuǎn)動是由手輪旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動測微螺桿，由測微螺桿帶動杠桿，使其繞杠桿轉(zhuǎn)軸擺動，并通過支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)工作臺的轉(zhuǎn)動[2]。

1.工作臺；2.杠桿轉(zhuǎn)軸；3.支點(diǎn)；4.上砧塊；5.杠桿；6.下砧塊；7.固定套管；8.微分筒；9.測微螺桿；10.底腳螺釘；11.手輪；12.工作臺轉(zhuǎn)軸；13.定位塊圖1 水平儀檢定器結(jié)構(gòu)示意圖

2 常見故障及調(diào)修方法

2.1 手輪轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)，存在卡滯或跳動現(xiàn)象

手輪轉(zhuǎn)動不靈活，一是由于測微螺桿存在污物或銹蝕；二是傳動機(jī)構(gòu)各部件契合不好所致。

調(diào)修方法：

1)卸下測微螺桿并用溶劑汽油清洗，打磨銹跡后加適量鐘表油。

2)重新裝配并調(diào)整測微螺桿、固定套管和微分筒，注意要對稱調(diào)整，并旋轉(zhuǎn)測微螺桿進(jìn)行檢驗(yàn)[3]。

2.2 縱向及橫向水準(zhǔn)器零位存在偏差

調(diào)修時(shí)，可先轉(zhuǎn)動檢定器手輪使其示值處于量程中點(diǎn)，并在工作臺上先橫向后縱向分別安置框式(或條式)水平儀，調(diào)整底腳螺釘使水平儀的水準(zhǔn)器置零。觀察水平儀檢定器的水準(zhǔn)器，橫向水準(zhǔn)器可以在緊固螺釘微微放松后用木制榔頭敲擊其底部來調(diào)零；縱向水準(zhǔn)器可通過兩個(gè)調(diào)整螺釘來置零，旋進(jìn)左側(cè)(或右側(cè))螺釘時(shí)水準(zhǔn)泡相應(yīng)的左移(或右移)。

2.3 回程誤差超出規(guī)程要求

影響回程誤差的因素主要有以下幾個(gè)方面:

1)工作臺轉(zhuǎn)軸處的頂尖與砧塊裝夾過緊。調(diào)修時(shí)，先松開緊固螺釘，對稱旋出兩側(cè)的砧塊，使砧塊與頂尖剛好接觸上，或留有適量間隙即可。

2)測微螺桿及附件的影響。如測微螺桿轉(zhuǎn)動的松緊程度不一致，或與手輪之間存在晃動量等。調(diào)修時(shí)，均需拆卸、檢查再重新裝配。

3)工作臺支點(diǎn)與上砧塊接觸處存在碰傷。調(diào)修時(shí)，只要擰松上砧塊背面的六角螺釘，將上砧塊微量旋轉(zhuǎn)，使支點(diǎn)偏離上砧塊的碰傷處即可。

2.4 分度值超差

分度值誤差是很多因素作用的結(jié)果，表現(xiàn)為非線性和線性誤差，需要綜合考慮，分別調(diào)整。

非線性誤差：主要是測微螺桿磨損不均勻所致，可以將磨損少的部位用金剛砂研磨，并用溶劑汽油清洗。傳動部分的調(diào)修方法同2.1所述。

線性誤差：一般分析檢查定位塊和杠桿。

2.4.1 定位塊位置存在偏差

水平儀檢定器的工作臺回轉(zhuǎn)軸線是其結(jié)構(gòu)原理的重要指標(biāo)，需要用定位塊來指示。定位塊位置不準(zhǔn)，直接影響到儀器的使用和分度值的檢定。

調(diào)修方法：卸下定位塊，將立式光學(xué)計(jì)測頭對準(zhǔn)原定位塊位置，轉(zhuǎn)動檢定器手輪，使其傾角發(fā)生變化，同時(shí)觀察光學(xué)計(jì)顯示值，若示值存在變化，則說明原定位塊位置不準(zhǔn)。此時(shí)需微量平移光學(xué)計(jì)測頭，重復(fù)上述改變檢定器傾角并觀察光學(xué)計(jì)示值的過程，通常需多次平移光學(xué)計(jì)測頭直到示值不再變化為止。此時(shí)，光學(xué)計(jì)的測量軸線與工作臺回轉(zhuǎn)軸線重合，可據(jù)此重新安置定位塊或進(jìn)行標(biāo)記。

2.4.2 杠桿比發(fā)生變化

在排除了定位塊位置不準(zhǔn)的因素后，可以考慮儀器內(nèi)部的杠桿關(guān)系對于實(shí)際分度值的影響。

1)測出手輪轉(zhuǎn)動100分度時(shí)工作臺(200mm處)的位移誤差e

依據(jù)規(guī)程，將光學(xué)計(jì)測頭對準(zhǔn)工作臺200mm處，在全量程范圍內(nèi)每隔10個(gè)分度檢定一點(diǎn)[4]，選取其中每100個(gè)分度范圍光學(xué)計(jì)測得的偏差值，如：106.9μm、107.3μm、107.4μm?？芍獙?shí)際位移約為107.2μm，位移誤差e=+7.2μm。

2)分析杠桿關(guān)系并確定調(diào)整量Δc

設(shè)測微螺桿移動Δl時(shí)引起支點(diǎn)的位移為Δs,則有杠桿比：

(1)

式中，c為杠桿短臂，即杠桿轉(zhuǎn)軸中心至支點(diǎn)中心的距離；b為杠桿長臂，即杠桿轉(zhuǎn)軸中心至測微螺桿軸心的距離。

同時(shí)光學(xué)計(jì)測得的偏差值為Δh，則有

(2)

式中，l為光學(xué)計(jì)測量軸線至工作臺轉(zhuǎn)軸中心的距離，規(guī)程規(guī)定為200mm；a為工作臺轉(zhuǎn)軸中心至支點(diǎn)中心的距離，鑄造尺寸為1/3m。

測微螺桿的螺距為1mm，微分筒分成60等分，則當(dāng)手輪每轉(zhuǎn)動100分度時(shí)，測微螺桿移動100/60mm，可推導(dǎo)得出

c=b·Δh

(3)

由于杠桿長臂的尺寸為100mm，且變化量較小可以忽略，則調(diào)整量為

Δc=-b·e=-0.72mm

(4)

需要減小杠桿短臂，即杠桿轉(zhuǎn)軸左移0.72mm。

3)調(diào)修方法

如圖2所示，由于杠桿轉(zhuǎn)軸固定在塊B上，所以只需將塊B左移即可。首先將電子數(shù)顯百分表置于表架上，調(diào)整使其測頭橫向?qū)?zhǔn)杠桿左側(cè)面的中點(diǎn)，記下百分表的讀數(shù)，如：4.24mm。然后擰松塊B的緊固螺釘3、7，旋出螺釘9，旋進(jìn)螺釘8、10使塊B左移，同時(shí)觀察百分表示值，當(dāng)其顯示4.96mm時(shí)，擰緊螺釘9，此時(shí)塊B向左移動了約0.72mm，最后擰緊螺釘3、7固定。

1.塊A；2.塊B；3.7.8.9.10.螺釘；4.杠桿轉(zhuǎn)軸；5.上砧塊；6.杠桿圖2 局部結(jié)構(gòu)俯視圖

4)小結(jié)

調(diào)修對象：儀器的實(shí)際分度值是由杠桿關(guān)系決定的，可以通過改變杠桿短臂的大小來調(diào)整。由于支點(diǎn)位置一般不變，我們可以平移杠桿轉(zhuǎn)軸(具體操作時(shí)平移塊B)來實(shí)現(xiàn)杠桿短臂的變化。

調(diào)修方向：位移誤差e為正值時(shí)，調(diào)整量為負(fù)，即需要減小杠桿短臂，操作時(shí)將杠桿轉(zhuǎn)軸向左移動；e為負(fù)值時(shí)相反。

調(diào)修幅度：與位移誤差e的大小成正比。可根據(jù)式(4)所示關(guān)系，計(jì)算出需要調(diào)修的幅度，將具體操作予以量化。

3 結(jié)束語

水平儀檢定器在企業(yè)及計(jì)量單位應(yīng)用廣泛，調(diào)試修理技術(shù)要求很高，需要我們不斷實(shí)踐，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高操作時(shí)的精準(zhǔn)度。本文從儀器結(jié)構(gòu)原理出發(fā)，分析儀器故障產(chǎn)生的原因和處理方法，希望給相關(guān)工作人員提供技術(shù)參考。

[1] 李小亭.幾何量計(jì)量[M].中國計(jì)量出版社，1998

[2] 譚慶永,何貢.長度計(jì)量技術(shù)問答[M].中國計(jì)量出版社，1995

[3] 高同山.合像水平儀的調(diào)修[J].計(jì)量技術(shù)，2009(5)

[4] JJG 191—2002水平儀檢定器檢定規(guī)程[S]，2002