JJF 1423-2013 π尺校准规范

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中华人民共和国国家计量技术规范

JJF1423-2013

π尺校准规范

CalibrationSpecificationforPiTapes

2013-10-04实施

2013-07-04发布

国家质量监督检验检夜总局发布

,

JJF1423-2013

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π尺校准规范.0-o-o-

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归口单位:全国几何量工程参量计量技术委员会

主要起草单位:河北省计量科学研究所

辽宁省计量科学研究院

参加起草单位:北京市计量检测科学研究院

成都市精博直径精密测量研究所

沈阳佳字工具有限公司

本规范委托全国几何量工程参量计量技术委员会负责解释

,

JJF1423-2013

本规范主要起草人:

高同山(河北省计量科学研究所)

王少平(河北省计量科学研究所)

于徊清(辽宁省计量科学研究院)

张锐(河北省计量科学研究所)

参加起草人:

崔莓(北京市计量检测科学研究院)

于波(成都市精博直径精密测量研究所)

赵霞(沈阳佳字工具有限公司)

,

JJF1423-2013

目录

准8标校7激尺附司结果准方准项项目准用紧力境条条件径示尺的尺与带厚记宽特性……文件……准ι校校ι6准t校张t1环5准ι直ι副4副4尺4标4计概量3述2引用1范引围言…

证书准内钢光卷干及校涉准测间时隔测的…表张法法……目………和…校…设准备…条…件法件川……………"值…误…闰差隔…主误尺…度差的偏…度重差和合…和宽…厚度…差……54321

内量量紧…力………32………1校………………度H…HHH………黠…·

录录附容录附尺DC录附仪21复附的……BA校校用用校π……方…格式尺直尺直计示算示例ππ径径示值误差误差值的测的量测量确定确度定评度定评原定一那例一不不例

页

I

,

JJF1423-2013

引

JJF1071-2010((国家计量校准规范编写规则》、JJF1059.1-2012((测量不确定度

评定与表示》共同构成支撑校准规范制订工作的基础性系列规范。

本规范为首次发布。

E

,

JJF1423-2013

π尺校准规范

1范围

本规范适用于分度值为0.01mm,0.02mm,0.05mm，直径测量范围为9mm

16m的π尺的校准。

251用文件

JJG4-1999钢卷尺

JJG741一2005标准钢卷尺

凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注目期的引用文

件，其最新版本(包括所有的修改单〉适用于本规范。

3概述

π尺主要由一条弹性钢带构成，其两端分别为主尺和副尺，π尺主要用于测量圆形

工件的直径。π尺按结构不同分为条式、穿孔式和卷尺式三种型式，其外形见图1、

图2、图3。

图1条式

1一副尺2一尺带3一主尺

2

3

图2穿孔式

1一副尺2一尺带3一主尺

1

'

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日~二-6~

\\

图3卷尺式

1一副尺2一尺带3一主尺4一尺盒

4计量特性

4.1

4.2

4.2.1

4.2.2

4.3

4.4

4.5

500~D<1100士0.06

1100~D<2100士0.08

2100~D<30000.01,0.02士O.10

3000~D<3750士O.15

3750~D<5000士0.20

5000~D<16000

相对误差z士0.005%

注z以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。

5校准条件

5.1环境条件

校准室温度(20士5)OC，相对湿度z不大于70%。

2

,

JJF1423-2013

5.2张紧力条件

张紧力应符合说明书中的规定，对于说明书中无规定的，可以通过计算确定。其最

大允许误差为+0.5N。

常见π尺张紧力的计算见附录A。

5.3校准用设备

校准用主要设备见表2。

推荐使用表2所列测量设备，允许使用满足测量不确定度要求的其他设备。

6校准项目和校准方法

校准前，π尺和校准用器具等温平衡时间不少于4h。

首先检查外观和各部分的相互作用，确定没有影响校准计量特性的因素后再进行

校准。

6.1校准项目

校准项目见表2。

表2校准项目和技准用设备

校准项目设备名称及计量特性

序号

1读数显微镜，MPEV:10μm

标记宽度及宽度差

2

数显千分尺，MPE:士2μm

尺带厚度偏差和厚度差

3工具显微镜，MPEV:3μm

副尺与主尺的重合度

S

4万能工具显微镜，MPE:1μm+10-L

副尺的问隔误差

S

激光干涉仪，MPE:士(0.03μm+l.5X10-L)

S

标准钢卷尺，U=(5μm+5X10-L)，k=2

5

直径示值误差

读数显微镜，MPEV:10μm

重锤，MPE:士0.5N

6.2校准方法

6.2.1标记宽度和宽度差

用读数显微镜测量。主尺和副尺的标记至少各抽测三条，测量抽测的每条标记的宽

度值，作为该位置标记宽度测量结果;主尺的标记宽度差以被测标记中的最大值与最小

值之差确定，副尺的标记宽度差以被测标记中的最大值与最小值之差确定。

注z标记宽度和宽度差仅在首次校准时测量。

6.2.2尺带厚度偏差和厚度差

尺带厚度偏差和厚度差用数显千分尺测量。在π尺尺带全长范围内测量不少于均匀

分布的三个位置，按式(1)计算各位置的平均值h，取h为尺带厚度值，尺带厚度值

与尺带厚度标称值之差即为尺带厚度偏差;各位置中的最大值与最小值之差即为尺带厚

度差。

3

'

JJF1423-2013

2:hi

h=i三L一(1)

式中z

h一一尺带的厚度值，mm;

hi-尺带第i位置的厚度测量值，mm;

n一一测量位置的个数。

6.2.3副尺与主尺的重合度

目力观察。使副尺的零标记与主尺某一标记对齐后，观察其尾标记与主尺的相应标

记是否重合，其差值即为重合度。

有争议时用工具显微镜测量。测量副尺上零标记与尾标记间的距离和主尺上分别与

副尺的零标记和尾标记相对应的标记间的距离，两者之差的绝对值即为重合度。

6.2.4副尺的间隔误差

用工具显微镜在π尺的副尺标记范围内不少于均匀分布的三段进行测量，如副尺标

记范围为14.137mm，分别测量(O~4.241)mm，(O~8.482)mm，(O~14.137)mm段。

各测量段的问隔误差以标称间隔与实际间隔之差确定。

注:副尺的问隔误差仅在首次校准时测量。

6.2.5直径示值误差

校准时，在π尺的主尺标记范围内不少于均匀分布的三段进行测量。

6.2.5.1用激光干涉仪测量

用压紧装置将被校π尺紧固在测量平台上，在被校π尺的另一端施加规定的张

紧力。

调整π尺与激光干涉仪光路平行，用瞄准显微镜瞄准π尺的零值标记，激光干涉仪

清零，然后用瞄准显微镜分别对所要求测量的各标记进行瞄准定位，由干涉仪测量零值

标记至各被测标记之间的长度，测完各测量位置后，激光干涉仪应回零，回零误差不大

于5μm。

6.2.5.2与标准钢卷尺进行比较测量

当标准钢卷尺具有对应校准点的修正值时，可以使用标准钢卷尺测量。

用压紧装置将被校π尺与标准钢卷尺紧固在测量平台上，分别在被校π尺与标准钢

卷尺的另一端施加各自规定的张紧力。

测量时，调整测量平台上的调零机构，使被校π尺的零值标记与标准钢卷尺的零值

标记对齐，然后用读数显微镜分别瞄准被校π尺和标准钢卷尺上的相应标记进行读数。

6.2.5.3π尺直径值的计算

π尺直径值的计算见式(2)、式(3):

D外=L;/π-h(2)

D内=L;/π+h(3)

式中z

D外一一外径实测值，mm;

4

,

JJF1423-2013

D内一一一内径实测值，mm;

h一一尺带的厚度值，mm;

L-被校点的长度实测值，mm;

i

π一一-3.1415927。

6.2.5.4π尺直径示值误差的计算

π尺直径示值误差的计算见式(4):

.1=D-D(4)

oi

式中z

A一一π尺的示值误差，mm;

D。一一π尺被校点的值，mm;

Di一一π尺被校点的直径实测值，mm。

当π尺的长度大于检测台的长度时，可分段检测，用各段的实际长度之和计算示值

误差。

直径示值误差也可以用满足测量不确定度要求的其他方法测量。

7校准结果的表达

校准后的π尺，出具校准证书。校准证书应给出校准结果及示值误差的测量不确

定度。

8复校时间间隔

由于复校时间间隔的长短是由π尺的使用情况、使用者、π尺本身质量等诸因素所

决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。建议复校间隔一般

不超过1年。

5

,

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附录A

π尺校准时的张紧力计算示例

A.1π尺校准时张紧力的计算

π尺使用时的工作拉力在使用说明书中已给定。用π尺测量圆柱体时所施加的工作

拉力可使尺带产生一个变形量..1，在平台上校准π尺时所施加的张紧力也使尺带产生

1

一个变形量岛，校准时测量力的选择保证两种情形下的变形量相等，从而计算得到在

平台上测量π尺时所施加的张紧力。

用π尺测量圆柱体时尺带的变形量见式(A.1):

f

..11=DF(1-1/e)/(EAf)(A.1)

式中z

..11一一变形量，mm;

D一一π尺示值，mm;

F一一工作拉力，N;

f一一π尺测量圆柱体时的摩擦系数;

2

A一一π尺截面积，mm;

2

E一一弹性模量，N/mm

。

π尺在平台上测量时所施加的张紧力使尺带产生的变形量见式(A.2):

..12=πDFo/(EA)(A.2)

式中z

..12一一变形量，mm;

Fo一一校准时的张紧力，N。

使..1=岛，得到z

1

Fo=F(1-1/eπf)/(πf)(A.3)

令c=(1-1/e寰。/(πf)，则式(A.3)变为

Fo=cF(A.4)

张紧力计算时常用的C值见表A.1。

A.2π尺校准时张紧力的典型计算

当π尺的工作拉力规定为20N、摩擦系数为o.15时，π尺的张紧力通过式(A.3)

计算得z

Fo=15.9N

表A.l张紧力计算时常用的c值

fc

o.100.858

0.150.797

6

,

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表A.l(续〉

fc

O.18O.764

0.200.742

0.300.647

7

,

JJF1423-2013

附录B

用激光干涉仪测量π尺直径示值误差的测量不确定度评定示例

B.1测量方法

在测量平台上使用激光干涉仪对被校π尺的长度进行直接测量，通过计算得出π尺

直径的示值误差，下面以尺带厚度为0.25mm，直径测量范围为(50100)mm、(1300

1500)mm的π尺为例，分析其测量不确定度。

B.2测量模型

π尺的示值误差按式(B.1)计算z

1).=D。一Di(B.1)

式中z

A一一π尺直径示值误差，mm;

Do一一π尺被校点的值，mm;

Di一一π尺被校点的直径实测值，mmo

Di=L;/π-h(B.2)

式中:

Li一→π尺被校点的长度实测值，mm;

h一一π尺尺带的厚度值，mm;

π一一-3.1415927。

考虑到π尺的线膨胀系数偏差、尺温测量误差、张紧力偏差、阿贝误差的影响，加

上这些修正有z

Di=L;/π-h+éha+86.T+8M'十8A(B.3)

式中z

86.a一一线膨胀系数偏差所带来的影响，mm;

86.T一一尺温测量误差所带来的影响，mm;

8M'一一张紧力偏差所带来的影响，mm;

8一一阿贝误差所带来的影响，mm。

A

将式(B.3)带人式(B.1)得z

1).=Do-[(L;/π-h)+8缸十86.T+8M'+8J(B.4)

A

B.3方差和灵敏系数

2

式(B.4)中各输入量相互独立，依据记(y)=~[øfjøXJ2u(Xi)'则有〈=

~c2(x;)u2(x;)。

故得z

u:=ci-uL+cid+cL吨+c:TUL+cLuL+ciui(B.5)

由式(B.5)得z

Uc=ci儿+cfd+cLu二三十c:TUL+cipuL+ciι(B.6)

8

,

JJF1423-2013

由式(B.4)得z

CL.=θ11/θ1Li=-1/πCï;=a11/ah=1

B.4

不确定度来源

不确定度来源包括z

a)测量长度Li的标准不确定度UL.;

b)尺带厚度引人的标准不确定度Uï;;

c)π尺的线膨胀系数偏差引人的标准不确定度uωp

d)π尺尺温的测量误差引人的标准不确定度UAT;

e)张紧力偏差引人的标准不确定度UAP;

f)阿贝误差引人的标准不确定度归。

下面以(50--100)mm的π尺为例具体分析其测量不确定度，线膨胀系数α=(11.5士。

60

1

X10-C-，其最大测量点为Do=87.50mm，对应的长度实测值L=275.728mm=

i

0.275728m;尺带厚度值h=O.249mm。

B.5标准不确定度一览表

标准不确定度一览表见表B.1。

表B.l(SO-100)mm的π尺示值误差测量的标准不确定度一览表

标准不确定度标准不确定度值

不确定度来源Ci=éJf/éJXiICiXU(X;)I

分量U(X;)U(Xi)

UL

1.2μm0.38μm

测量长度Li一1/π

u;;尺带厚度4.3μm14.3μm

61

U0.577X10--C-4.4X105μm..C

0.25μm

尺线膨胀系数偏差

ðaπ

0.115-C1.0μm.-C一1

Ut;Tπ尺尺温测量误差0.115μm

0.289NO.14μm.N-1

0.04μm

UiiP张紧力偏差

0.4μm10.4μm

UA阿贝误差

u=4.4μm

c

B.6

标准不确定度分量计算

B.6.1测量长度Liï31人的的标准不确定度分量UL

测量长度Li通过瞄准显微镜瞄准，由激光干涉仪读数得到的，因此其影响量有激

光干涉仪的示值误差、测量重复性以及激光干涉仪的分辨力。

B.6.1.1激光干涉仪的示值误差引人的标准不确定度比1

6

激光干涉仪的最大允许误差为士(0.03μm+1.5X10-L;)，均匀分布，k=.j言，则z

ULil=(0.03μm+1.5L;)/疗

=(0.03μm+1.5X0.275728mX10→)μm/点

=0.26μm

B.6.1.2测量重复性估算的标准不确定度UL.2

由瞄准显微镜瞄准π尺某标记，用激光干涉仪读数，重复测量10次，测量结果〈单

,

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位zμm)为o.0,1.2,-1.0,-1.2,1.4，一1.5，1.2，1.5，一0.9，一0.8，则z

L;(Xi一王)2

i=l

实验标准偏差:s==1.2μm

n-1

则zUL2=S=1.2μm

i

因激光干涉仪的分辨力为o.1μm，其引人的标准不确定度为(0.1μm/2)/J3=

0.029μm，小于测量重复性引人的标准不确定度，所以只取测量重复性引人的标准不

确定度。故z

2

ULi=VU~i1+U~i2=';0.26十王军μm::::::::::1.2μm

B.6.2π尺尺带厚度引人的标准不确定度分量u;;

B.6.2.1尺带厚度测量引人的标准不确定度分量U:Ü

B.6.2.1.1尺带厚度测量的重复性或量化误差引人的标准不确定度分量Uhll

B.6.2.1.1.1测量重复性引人的标准不确定度分量Uhll1

对π尺某点，在重复性条件下用数显千分尺测量10次，测量结果(单位mm)

为0.245，0.246,0.245,0.244,0.246,0.244,0.244,0.246,0.245,

0.245，贝tl:

.z:;(Xi-X)2

s=伞I~1-.-=0.0008mm

实验标准偏差n-l

由于尺带厚度值是3次测量(J.'!pn=3)的平均值，则z

Uhlll=s/rn=s/♂=0.0005mm=0.5p'm

B.6.2.1.1.2量化误差引人的标准不确定度分量Uh山

分辨力为0.001mm的数显千分尺的量化误差为0.0005mm，均匀分布，k=

J言，则z

Uhll2=0.0005mm/J3=0.0003mm=0.3川

测量重复性和量化误差，两者中取大值，故z

Uhll=Uhlll=o.5μm

B.6.2.1.2千分尺示值误差引人的标准不确定度分量Uh12

分辨力为0.001mm的数显千分尺的示值误差为0.002mm，均匀分布，k=

J言，则z

Uh12=O.002mm/J3=0.00115mm=1.四川

则Uh1=VUill+ui12=1.25μm

B.6.2.2尺带厚度不均匀引人的标准不确定度分量Uh2

由于尺带厚度不均匀而造成尺带厚度差，其值不大于0.01mm，三角分布，是=

/6，则z

Uh2=0.01mm//6=0.0041mm=4.1p'm

10

,

JJF1423-2013

尺带厚度测量时温度偏离标准温度5"C，尺带厚度值为h=0.249mm，则温度所

6

带来的影响量为0.249XαX5=0.249mmX11.5X10-"c一1X5"c=0.000014mm,

忽略不计。故:

Uh=Vuζτ习2=4.3μm

B.6.3π尺线膨胀系数偏差引人的标准不确定度分量u句

线膨胀系数偏差所带来的直径影响量为z

8=LX!::.αX(T-20)/π

6ai

60

1

对用优质碳素钢为材料的π

Aα=+lX10-C-，均匀分布

k=.j言，(T-20"C)

B.6.4

π尺

B.6.5π尺

由张紧力

(B.7)

式中z

!::.P-张紧力偏差F

E一→弹性系数，21000X

F一一π尺的横截面积，F=3mm2

。

π

尺张紧力偏差为