数显千分表的精度校准方法

核心概念与校准项目

• 分辨力：通常为 0.001mm。

• 主要校准项目：

1. 外观与功能检查。

2. 相互作用：测杆移动的平稳性与摩擦力。

3. 测力及测力变化。

4. 示值误差：包括全量程示值误差和各段局部示值误差。

5. 回程误差：正、反行程中，同一测量点的示值之差。

6. 重复性。

7. 响应速度（部分高动态应用需要）。

校准前准备

1. 环境要求（非常严格）：

• 温度：(20 ± 1)°C。

• 湿度：≤ 70% RH。

• 平衡温度时间：被校表、标准器及主要设备在实验室内恒温不少于8小时。

2. 主要设备与标准器：

• 0级大理石平板。

• 专用刚性表架。

• 数显测力计（分辨力0.01N）。

• 拨杆。

• 高精度位移传感器校准仪：如 激光干涉仪 或 高精度光栅式指示表检定仪（如德国马尔Mahr Millitron系列或同等设备）。这是最准确的方法，能自动完成全行程扫描和数据采集。

• 二等或一等量块 + 高精度比较仪架：这是经典的“比对法"，对操作技巧要求高。

• 核心标准器：

• 辅助设备：

• 其他：无尘布、无水乙醇、无尘手套、放大镜。

3. 被校表检查：

• 外观：显示屏完好，按键功能正常，表体无损伤。

• 测杆与测头：测杆无弯曲，测头（多为红宝石或硬质合金球）无缺损。

• 开机与清零：各功能键工作正常，能稳定清零。

核心校准步骤与方法（以使用高精度检定仪为例）

步骤一：安装与预热

1. 将数显千分表垂直、牢固地安装在检定仪的专用夹具上，确保测杆轴线与检定仪驱动轴线严格同轴。

2. 连接电源，开机预热至少30分钟，让电子系统达到热稳定状态。

3. 在行程中点附近，轻触清零。

步骤二：测力与测力变化校准

1. 将测力计传感器置于检定仪测头下方。

2. 驱动检定仪，使千分表测头以约0.01mm/s的速度缓慢接触测力计，直至达到正向行程终点，记录测力-位移曲线。

3. 反向退回，记录反向测力。

4. 测力：取行程中段测力的平均值。

5. 测力变化：在整个行程中，最大测力与最小测力之差。

步骤三：示值误差与回程误差校准（核心步骤）

使用检定仪的自动扫描模式进行。

1. 设置参数：

• 起始点：略低于量程起点（预压缩约0.02mm）。

• 终点：略高于量程终点。

• 步进间隔：通常为0.01mm或0.02mm（至少10个点）。

• 扫描速度：低速、匀速，如0.01mm/s。

2. 正向扫描：检定仪驱动测杆正向（压缩）移动，系统自动采集并记录每个步进点千分表的实际示值和检定仪的标准位移值。

3. 反向扫描：到达终点后，立即开始匀速反向（伸出）扫描，再次采集数据。

4. 数据处理（通常由软件自动完成）：

• 各点示值误差 = 千分表示值 - 检定仪标准值。

• 全量程示值总误差 = 最大正误差 - 最小负误差。

• 局部示值误差：在任意规定的测量段内（如0.05mm, 0.2mm），该段内最大误差与最小误差之差。

• 回程误差：在同一校准点上，正向示值与反向示值之差的绝对值。取所有点中的最大值作为最终回程误差。

步骤四：重复性校准

1. 选择行程中的一个点（通常为中间点）。

2. 检定仪驱动测头，以同一速度、同一方向重复10次定位到该点。

3. 每次记录千分表的稳定示值。

4. 重复性 = 最大示值 - 最小示值。

使用量块比对法（替代方法，精度略低，要求高）

若无自动检定仪，可参考以下步骤，但不推荐用于高精度校准。

1. 安装：将千分表垂直夹在刚性表架上，置于0级平板上。

2. 调零：在测头下放置一块约1mm的量块，轻压清零。

3. 逐点测量：

• 使用二等量块组，以0.02mm或0.05mm为间隔，逐级叠加或更换量块。

• 每次都用拨杆以相同的方式和力度轻触测头，待数值稳定后记录。

• 完成正向后，再反向逐级测量。

4. 计算：人工计算示值误差和回程误差，过程繁琐且易引入人为误差。

判断标准（以分辨力0.001mm，量程常见为0-1mm或0-2.5mm的数显千分表为例）

参考JJG 271-2019，主要允许误差限示例（单位：µm 微米）：

注意：必须根据被校表的具体量程和分辨力，查询最新的JJG 271-2019规程获取精确允差。

校准结果与记录

1. 校准报告应包含：环境条件、标准器信息（名称、编号、不确定度）、全部校准数据表格、误差曲线图。

2. 计算各项误差，并与规程允差对比。

3. 给出明确结论：合格 / 不合格。

4. 出具正式的校准证书，包含测量不确定度评估。

关键注意事项与高级要点

1. 对中与同轴度：安装时测杆与标准器驱动轴的同轴度误差是最大误差源之一。必须使用精密的V型块或专用夹具。

2. 热膨胀与热漂移：预热至关重要。避免用手直接触碰表体或测杆。激光干涉仪对环境温度、气压、湿度极为敏感，需实时补偿。

3. 速度效应：数显表的采样率和响应时间可能影响动态测量。校准时的扫描速度应与实际使用速度相近，或评估不同速度下的误差。

4. 电磁兼容性：校准现场应远离强电磁干扰源，防止数显跳字。

5. 电池与电源：确保使用新电池或稳定电源，电压不足会导致示值不稳。

6. 软件算法：数显千分表可能有“滤波"、“峰值保持"等功能，校准时应将这些功能关闭或置于标准模式。

总结

数显千分表的校准是微米级的精密计量活动，强烈依赖于高等级的标准设备和严格控制的实验室环境。对于生产和质量控制中的量值溯源，必须将其送至具备相应资质（如CNAS）的计量实验室进行周期检定/校准。

企业内部可以进行期间核查：使用一块高精度量块或步进规，定期在几个固定点（如低、中、高）测量，观察示值变化趋势，以监控其稳定性，但这不能替代正式的年度校准。