关于JJF1423-2013 π尺校准规范 直径示值误差的讨论

关于《JJF1423-2013 π尺校准规范》的问题，不知道编者错误，还是我孤陋寡闻，试挑两点：
         首先看第一条  “范围：本规范适用于分度值为0.01 mm, 0.02 mm, 0.05 mm ，直径测量范围为9 mm---
16 m 的π 尺的校准”。
        请量友讨论：市面上多见的π尺（也叫钢围尺、周径尺、圆周尺）分度值都是1mm的，按照1/10估读值0.1mm来说，也不符合这个校准规范。这个规范规定的分度值是合理的吗？经过论证么？
        其次，“4.5 直径尺示值误差的技术指标”，以D为（50-500）mm为例，分度值0.01 mm, 0.02 mm的技术要求是±0.05mm。这个指标比相同量程的卡尺还要好。在《JJG4-2015钢卷尺检定规程》之前，钢围尺的校准规范内容是放在《JJG4-1999》里面的，其时，技术要求跟钢卷尺一致，按照1级钢卷尺的指标“±（0.1+0.1L）mm”计算应为±0.2mm，出来个π尺校准规范，连技术指标都提升了好几倍？虽然注明“以上指标不是用于合格性判别，仅供参考。”但这也太离谱了。

       钢围尺充其量也是钢卷尺的一种，那么《JJG4-2015钢卷尺检定规程》中的技术指标却跟1999年的一模一样的。难道就单单π尺的制造技术突飞猛进了？

       上述问题不怕量友见笑，真希望是我的理解有误。在我们的计量工作中，所依据的检定规程、校准规范等技术文件存在的问题很多，规范性的国家标准文件应该是很严谨的，出现那么多的低级错误让基层计量人员怎么运用？

你怎么发力学了？

流连 发表于 2016-4-22 15:06
你怎么发力学了？

写贴的时候没有注意，写完才发现在力学计量里，担心退出又得重发（打字慢，），只好随便挑了个力值，有劳管理员移贴了。谢谢！呵呵，

1.“这个规范规定的分度值是合理的吗？经过论证么？”这个可不是规范随便就能规定的，而是这种计量器具本身分度值就是这样。恰恰相反，我从事长度计量也有几年了，但还没有看到过钢围尺，倒是经常见到π尺。我猜测钢围尺的分度值应该与普通钢卷尺相同，而π尺则不同，它应用了游标读数原理，将标尺间距细分化，从而减小了分度值，读数更加准确。
2.“这个指标比相同量程的卡尺还要好。”准确度与同规格卡尺相当或是优于卡尺，这是π尺的一大卖点。因为大卡尺操作起来不方便，π尺配以一定数量的磁性座可一人完成测量，准确度上也有保证，因此好多用户使用π尺来代替卡尺。
“按照1级钢卷尺的指标“±（0.1+0.1L）mm”计算应为±0.2mm，出来个π尺校准规范，连技术指标都提升了好几倍？”这个问题是这样的，π尺在生产时，其周长（长度）误差应该与钢卷尺差不太多，但是反映到直径上，误差会减小，因为周长等于直径乘以圆周率π，因此直径误差是周长误差的1/π。因此，其技术指标并不像你说的提升了好几倍。

长度室 发表于 2016-4-24 22:29
1.“这个规范规定的分度值是合理的吗？经过论证么？”这个可不是规范随便就能规定的，而是这种计量器具本身 ...

感谢您的回复，示值误差的1/π，这点倒是我没有考虑到了，是我不严谨了，见笑。

       或许我的问题比较片面，或者有些偏激，
       前些天做了几个π尺，德国OSKAR,分度值都是0.1mm的，如图：

OSKAR π尺

可见规范未将0.1mm分度值列入有些缺陷，兄台后续可以留意，0.1mm分度值的π尺不会少见。

      直径示值允许误差的问题我们再来讨论下：1、既然通过圆周率来换算直径，这个圆周率也就跟理论上的真圆有关，当被测实物趋于椭圆带来的影响分量是否应被考虑？2、π尺测量时一个圆周的范围是否处于同一个平面带来的影响（一个圆柱体肯定影响目力观察，用等高的方法不太现实。），从这点来说不能优于卡尺。

     另外，还是该规范，兄台看看“6.2.5.3 π 尺直径值的计算”计算公式（2）D外=Li/π-h和（3）D内=Li/π+h，外径和内径分别减去和加上一个尺带厚度值（是平均值，上标符号在这里不好打），在实际校准中，无论采用规范哪一校准方法（激光干涉仪或者标准钢卷尺比较）都是需要将被检π尺平展压紧在测量平台上的，并施加一定张紧力，然后在各个校准点上与标准相比较。那么，在这里为什么要加上或者减去这个尺带厚度值？（用π尺测量圆周时应该考虑这个，但是校准时标准器不是标准圆周），我假设制造工艺考虑了这个因素，没有考虑我们校准时是平展后直接比对长度，那么是否也应该考虑圆周率？即直径值计算公式应该加上或者减去h/π？想听听兄台的见解。

      谢谢！

岸岩 发表于 2016-4-25 16:24
感谢您的回复，示值误差的1/π，这点倒是我没有考虑到了，是我不严谨了，见笑。

       或许我的问题比 ...

　　4楼的解读是正确的。
　　6.2.5.3 π 尺直径值的计算公式（2），外径和内径分别减去和加上一个尺带厚度平均值？这是因为使用时要用到游标，游标读数时游标刻度的那一部分与π尺的主体部分将重叠，重叠的结果会给直径测得值增加一个厚度值，因此必须减掉这个厚度，内径测量刚好相反必须加上π尺的一个厚度。
　　你提到的分度值0.1mm的π尺，校准规范没有包含的确是一个缺憾。检定方法应该是没有差别的，关键是直径最大允差没有规定，建议还是依照自己的被测直径的允差进行计量要求导出，计算出允差对本规范加以补充。
　　你提到了被测件的椭圆，测量时π尺是否处于同一个径向截面内带来的影响，考虑得很周到。但校准规范讲的是对π尺的校准，在校准中没有使用标准直径作计量标准，因此附录B在进行不确定度评定时不考虑这两项的影响是正确的。如果是使用π尺测量直径，对使用中的这个测量方案评估测量不确定度或进行误差分析，则应该考虑你说的两个影响。

规矩湾锦苑 发表于 2016-4-26 00:19
　　4楼的解读是正确的。
　　6.2.5.3 π 尺直径值的计算公式（2），外径和内径分别减去和加上一个尺带厚 ...

谢谢老师的回复！
  
       使用中加上或者减去一个尺带厚度值可以理解，但是校准时被检π尺尺带是平展在测量台上的，不存在主尺与副尺重叠的问题啊？

岸岩 发表于 2016-4-26 09:06
谢谢老师的回复！
  
       使用中加上或者减去一个尺带厚度值可以理解，但是校准时被检π尺尺带是平展 ...

　　“校准时被检π尺尺带是平展在测量台上”此话不假，可是校准的数据是周长不是直径啊。校准规范的表1是对“直径最大允许误差”提出的要求，不是对π尺长度最大允许误差的要求，因此周长校准结果必须换算成直径，换算成直径就必须按π尺实际使用中的状态进行计算。

规矩湾锦苑 发表于 2016-4-26 18:07
　　“校准时被检π尺尺带是平展在测量台上”此话不假，可是校准的数据是周长不是直径啊。校准规范的表1 ...

不好意思，老师，我还是不能理解。周长与直径只是存在一个圆周率的换算关系，换算后的直径值与尺带厚度值之间我看不出有什么关联，（除非是我上面所说制造π尺时已经考虑了这个厚度值--并把这个厚度值预置入了尺带的周长里，如果是这样，是否内外径应该是分别加上或者减去h/π才对？）
       针对这个问题，我用手头两个π尺验证了一下，π尺的厚度值是0.2mm左右，如果不计算这个厚度值，π尺的直径示值误差还是基本都在规范的指标内的（其中只有一点误差较大），即±0.05mm。但是如果减去这个厚度值（外径），结果可想而知。当然，这当中我的测量值不一定可靠、尺子本来误差也有可能这么大，只是两个尺子的数据也不能完全佐证。希望有经验的同行们多多指导，谢谢！

我想问一下，要是π尺的长度超过了标准钢卷尺的长度，该怎样检？

renkai 发表于 2016-4-27 17:44
我想问一下，要是π尺的长度超过了标准钢卷尺的长度，该怎样检？

该规范有相关要求：分段检测，再用各段实际长度之和计算直径的示值误差。请参阅。

具体怎样操作呢，那些比较长的尺要自己在上面做记号吗？

岸岩 发表于 2016-4-27 09:07
不好意思，老师，我还是不能理解。周长与直径只是存在一个圆周率的换算关系，换算后的直径值与尺带厚度值 ...

可是，测量直径时必须及π尺绕被测件一周啊，而且游标读数时相当于游标尺必须重叠在主尺之上，并不是两头无缝对接，外径测量时，也就使直径值多出了一个尺厚，因此实际直径多出的一个尺厚就必须减掉。

规矩湾锦苑 发表于 2016-4-26 00:19
　　4楼的解读是正确的。
　　6.2.5.3 π 尺直径值的计算公式（2），外径和内径分别减去和加上一个尺带厚 ...

您说的“如果是使用π尺测量直径，对使用中的这个测量方案评估测量不确定度或进行误差分析，则应该考虑你说的两个影响。”这是正确的。但是对于外径和内径分别减去和加上一个尺带厚度平均值的解释是不正确的。无论是否是穿孔式π尺，使用游标进行读数时都不会出现尺带重叠，因此“减去和加上一个尺带厚度平均值”的原因不是出于此。具体原因我会在给上面这位量友的回复中谈，但对于加减一个尺带厚度的问题，我一直在考虑，以前老是感觉有问题，现在拿出来大家一起讨论。

renkai 发表于 2016-4-27 22:01
具体怎样操作呢，那些比较长的尺要自己在上面做记号吗？

看来你有操作经验，呵呵。我知道是什么问题，我碰到过。对于测量范围大的π尺，如果标准钢卷尺是5 m的，可能π尺的零值线纹至长度5 m内没有线纹，这样造成分段时第二段被检π尺没有起始线纹与标准钢卷尺对齐。我们与我们当地生产π尺的企业沟通过，建议他们在大测量范围的π尺的线纹空缺处，选择适当的地方增加刻线，作为校准时的指示线。没有刻线时，只能自己想办法加标记了。

长度室 发表于 2016-4-27 23:19
您说的“如果是使用π尺测量直径，对使用中的这个测量方案评估测量不确定度或进行误差分析，则应该考虑你 ...

期待你的解读。

岸岩 发表于 2016-4-25 16:24
感谢您的回复，示值误差的1/π，这点倒是我没有考虑到了，是我不严谨了，见笑。

       或许我的问题比 ...

0.1 mm分度的我还真没怎么看到过，毕竟我检π尺也不多。不过关于你提出的分度值及直径示值误差计算公式问题，当初回复征求意见稿时我也提出过。在以前的帖子里，我贴出过，我找了一下，在这里http://www.gfjl.org/forum.php?mo ... =%E6%B4%BE%E5%B0%BA，我在11#贴出过当时给起草小组反馈意见。
1.“当被测实物趋于椭圆带来的影响分量是否应被考虑”，在使用π尺测量被测件时，测量结果的不确定度是要考虑这个影响量，但也仅限于被测件圆度不大的情况下，我看过有的π尺生产厂家在说明书上写明了π尺不能用于测量椭圆物体，这是它与卡尺相比的一个劣势所在。校准π尺时不考虑。
2.“π尺测量时一个圆周的范围是否处于同一个平面带来的影响（一个圆柱体肯定影响目力观察，用等高的方法不太现实。）”使用π尺测量时，要施加一定的张紧力，使得π尺测量面与被测物表面紧密贴合，因此我认为尺带不在被测物径向圆内的影响不大。毕竟用大卡尺测量时，卡尺支撑点，温度，测量力等的影响也是存在的。抛开技术层面，经济层面上π尺比大卡尺经济实惠。因此对于大直径的测量，有好多客户选择了精密π尺。
3.“6.2.5.3 π 尺直径值的计算”问题，说实话到现在我一直没彻底搞明白，也一直在质疑。你说你想不明白直径与尺带厚度的关系，其实很简单，在纸上画一个圆环，对于外径派尺，内圆代表派尺测量面，外圆代表派尺刻线面。你会发现外圆直径等于内圆直径加上2个尺带厚度（不存在h/π的问题）。我们校准派尺时，测量的是刻线面的长度，即圆环的外圆周长，除以圆周率理应是外圆直径，被测物的直径应该是圆环的内圆直径，应该是差2个尺带厚度。可是当时的征求意见稿是一个尺带厚度（征求稿上没有现在的外径、内径之分），我回复完自己写的东西后，有一次到我们这河北省院学习别的项目，碰到了该规范第一起草人高老师，跟他谈起了我回复的这个问题，他说看到了我的稿子，也考虑了问题并且问了派尺生产厂家（参加起草单位），生产厂家说刻线面所标示的值指的是派尺中性层上的值（就是圆环内圆周与外圆周中间圆周），我当时不便于再缠着问，就回来再想想。回来后怎么想怎么感觉这说不通，因为客户在用外径派尺测量外径时，直接读得被测物外径，也就是说，圆环外圆周上标示的直径值指的是内圆直径，不用再考虑尺带厚度。而用外径派尺测量内径时，把派尺翻过来贴合被测面，读得数值加上两个尺带厚度是被测内径值（这在使用说明书上有说明，百度可查），也可看出不应该是标在中性层上的值。但是D外=Li/π-h和D内=Li/π+h是出于中性层来计算的，还是拿圆环来举例，中性层直径减一个尺厚是内圆直径，加一个尺厚是外圆直径。为了弄清楚，我还查来了参加起草人沈阳佳宇工具有限公司赵霞老师的电话，生产厂家最有发言权，打了两次对方没有接到，我就先把这问题放下了。这次你问我又想起来了，说出来大家一起再想想。
有一点是肯定的，把尺带看成是矩形，它围不成圆环，矩形两长边是等长的，而圆环内外圆周周长不等。

还有一个检定规程JJG 670—1990《柔性周径尺》，现在还能用吗？

长度室 发表于 2016-4-28 01:13
0.1 mm分度的我还真没怎么看到过，毕竟我检π尺也不多。不过关于你提出的分度值及直径示值误差计算公式问 ...

　　看来你分析的思路是对的，我说的重叠有问题。π尺测量直径好比是形成一个呼拉圈，呼拉圈粗细好比是π尺的厚度，呼拉圈内径就是π尺非刻线面，与被测件外径相贴合，呼拉圈外径好比是π尺的刻线面，读数在刻线面上。因此π尺刻线面形成的圆直径（呼拉圈外径）比非刻线面直径（呼拉圈内径）大两个π尺厚度。
　　现在的问题正如你所说为什么检定规程只增加一个π尺厚度而不是两个厚度？规程起草人说生产厂家认为刻线面所标示的值指的是派尺中性层上的值，理由是什么呢？可不可以把测完直径的π尺段展平，看成是截短的皮带，皮带侧面看就是长长的矩形，其内表面、外表面和中间层的长度完全相同，从将其围成一个圆环时的角度思考能不能说得通呢？

规矩湾锦苑 发表于 2016-4-28 20:12
　　看来你分析的思路是对的，我说的重叠有问题。π尺测量直径好比是形成一个呼拉圈，呼拉圈粗细好比是π ...

看到了两位老师的回复，问题是基本弄清楚了，感谢！至于最终的结论，我想是可以通过实践来论证的。

长度室 发表于 2016-4-28 01:13
0.1 mm分度的我还真没怎么看到过，毕竟我检π尺也不多。不过关于你提出的分度值及直径示值误差计算公式问 ...

你的最后一句话是对的，派尺这玩意其实是美国人首先发明出来的，简单介绍其中的一个原理：把矩形尺带围成一个圈，使其头尾两端的两个平面面对面贴合，则其内圈长度变短，外圈长度变长，内外圈的中间层长度不变。这是主要的一个原理，好多年前沈阳的一位老师傅传授的。

规矩湾锦苑 发表于 2016-4-28 20:12
　　看来你分析的思路是对的，我说的重叠有问题。π尺测量直径好比是形成一个呼拉圈，呼拉圈粗细好比是π ...

现在问题就出在这了，“其内表面、外表面和中间层的长度完全相同，从将其围成一个圆环时的角度思考能不能说得通呢？”内表面、外表面和中间层的长度完全相同，这种情况下是围不成圆环的。等长的话直径相同，就不存在尺带厚度了。因此厂家说标称值指的是中性层上的值似乎可以这样解释。但我们测得的长度，确实是外圆周长。

jacksilver 发表于 2016-5-16 22:58
你的最后一句话是对的，派尺这玩意其实是美国人首先发明出来的，简单介绍其中的一个原理：把矩形尺带围成 ...

你好，感谢你的回复。“把矩形尺带围成一个圈，使其头尾两端的两个平面面对面贴合，则其内圈长度变短，外圈长度变长。”抱歉，在理论上我还是没有想通。我感觉除非是围成一个圈之前，两端的两个平面不是平行的，而是呈梯形面，使其头尾两端的两个平面面对面贴合时，才有可能围成一个圆。

长度室 发表于 2016-5-17 13:56
你好，感谢你的回复。“把矩形尺带围成一个圈，使其头尾两端的两个平面面对面贴合，则其内圈长度变短，外 ...

你好，这是因为其中有力的存在，测量圆周时派尺的矩形尺带实际是变形的。

长度室 发表于 2016-5-17 13:56
你好，感谢你的回复。“把矩形尺带围成一个圈，使其头尾两端的两个平面面对面贴合，则其内圈长度变短，外 ...

　　似乎21楼所说＂把矩形尺带围成一个圈，使其头尾两端的两个平面面对面贴合，则其内圈长度变短，外圈长度变长，内外圈的中间层长度不变＂有一定道理。一个矩形的尺带和一个矩形的木条不同，木条表面是刚性的，刚性无法变形，围成一圈将有一个扇形的空缺不能对接，尺带是柔性的，取一个厚一点的皮质裤腰带可以围成一圈，内外圈都将产生变形。
　　如果手头上有π尺，建议可以做个试验，在车间选择一个较大直径的轴或盘状物，用千分尺和π尺分别测量其直径对比验证公式是否正确。
　　过去见过一个行业的π尺检定规程，计量标准就是一个由若干个直径大小不同的圆柱盘形从小到大依次排列的塔轮，塔轮各直径使用千分尺和量块组采用比较测量法检定。这种方法直观且易操作，但国家校准规范选择了直接检定π尺长度计算出直径示值的方法，估计可能是这种方法因塔轮成本较高，占用实验室工作面积大的原因吧。