關于JJF1423-2013 π尺校準規范 直徑示值誤差的討論

關于《JJF1423-2013 π尺校準規范》的問題，不知道編者錯誤，還是我孤陋寡聞，試挑兩點：
         首先看第一條  “范圍：本規范適用于分度值為0.01 mm, 0.02 mm, 0.05 mm ，直徑測量范圍為9 mm---
16 m 的π 尺的校準”。
        請量友討論：市面上多見的π尺（也叫鋼圍尺、周徑尺、圓周尺）分度值都是1mm的，按照1/10估讀值0.1mm來說，也不符合這個校準規范。這個規范規定的分度值是合理的嗎？經過論證么？
        其次，“4.5 直徑尺示值誤差的技術指標”，以D為（50-500）mm為例，分度值0.01 mm, 0.02 mm的技術要求是±0.05mm。這個指標比相同量程的卡尺還要好。在《JJG4-2015鋼卷尺檢定規程》之前，鋼圍尺的校準規范內容是放在《JJG4-1999》里面的，其時，技術要求跟鋼卷尺一致，按照1級鋼卷尺的指標“±（0.1+0.1L）mm”計算應為±0.2mm，出來個π尺校準規范，連技術指標都提升了好幾倍？雖然注明“以上指標不是用于合格性判別，僅供參考。”但這也太離譜了。

       鋼圍尺充其量也是鋼卷尺的一種，那么《JJG4-2015鋼卷尺檢定規程》中的技術指標卻跟1999年的一模一樣的。難道就單單π尺的制造技術突飛猛進了？

       上述問題不怕量友見笑，真希望是我的理解有誤。在我們的計量工作中，所依據的檢定規程、校準規范等技術文件存在的問題很多，規范性的國家標準文件應該是很嚴謹的，出現那么多的低級錯誤讓基層計量人員怎么運用？

你怎么發力學了？

流連 發表于 2016-4-22 15:06
你怎么發力學了？

寫貼的時候沒有注意，寫完才發現在力學計量里，擔心退出又得重發（打字慢，），只好隨便挑了個力值，有勞管理員移貼了。謝謝！呵呵，

1.“這個規范規定的分度值是合理的嗎？經過論證么？”這個可不是規范隨便就能規定的，而是這種計量器具本身分度值就是這樣。恰恰相反，我從事長度計量也有幾年了，但還沒有看到過鋼圍尺，倒是經常見到π尺。我猜測鋼圍尺的分度值應該與普通鋼卷尺相同，而π尺則不同，它應用了游標讀數原理，將標尺間距細分化，從而減小了分度值，讀數更加準確。
2.“這個指標比相同量程的卡尺還要好。”準確度與同規格卡尺相當或是優于卡尺，這是π尺的一大賣點。因為大卡尺操作起來不方便，π尺配以一定數量的磁性座可一人完成測量，準確度上也有保證，因此好多用戶使用π尺來代替卡尺。
“按照1級鋼卷尺的指標“±（0.1+0.1L）mm”計算應為±0.2mm，出來個π尺校準規范，連技術指標都提升了好幾倍？”這個問題是這樣的，π尺在生產時，其周長（長度）誤差應該與鋼卷尺差不太多，但是反映到直徑上，誤差會減小，因為周長等于直徑乘以圓周率π，因此直徑誤差是周長誤差的1/π。因此，其技術指標并不像你說的提升了好幾倍。

長度室 發表于 2016-4-24 22:29
1.“這個規范規定的分度值是合理的嗎？經過論證么？”這個可不是規范隨便就能規定的，而是這種計量器具本身 ...

感謝您的回復，示值誤差的1/π，這點倒是我沒有考慮到了，是我不嚴謹了，見笑。

       或許我的問題比較片面，或者有些偏激，
       前些天做了幾個π尺，德國OSKAR,分度值都是0.1mm的，如圖：
可見規范未將0.1mm分度值列入有些缺陷，兄臺后續可以留意，0.1mm分度值的π尺不會少見。

      直徑示值允許誤差的問題我們再來討論下：1、既然通過圓周率來換算直徑，這個圓周率也就跟理論上的真圓有關，當被測實物趨于橢圓帶來的影響分量是否應被考慮？2、π尺測量時一個圓周的范圍是否處于同一個平面帶來的影響（一個圓柱體肯定影響目力觀察，用等高的方法不太現實。），從這點來說不能優于卡尺。

     另外，還是該規范，兄臺看看“6.2.5.3 π 尺直徑值的計算”計算公式（2）D外=Li/π-h和（3）D內=Li/π+h，外徑和內徑分別減去和加上一個尺帶厚度值（是平均值，上標符號在這里不好打），在實際校準中，無論采用規范哪一校準方法（激光干涉儀或者標準鋼卷尺比較）都是需要將被檢π尺平展壓緊在測量平臺上的，并施加一定張緊力，然后在各個校準點上與標準相比較。那么，在這里為什么要加上或者減去這個尺帶厚度值？（用π尺測量圓周時應該考慮這個，但是校準時標準器不是標準圓周），我假設制造工藝考慮了這個因素，沒有考慮我們校準時是平展后直接比對長度，那么是否也應該考慮圓周率？即直徑值計算公式應該加上或者減去h/π？想聽聽兄臺的見解。

      謝謝！

岸巖 發表于 2016-4-25 16:24
感謝您的回復，示值誤差的1/π，這點倒是我沒有考慮到了，是我不嚴謹了，見笑。

       或許我的問題比 ...

　　4樓的解讀是正確的。
　　6.2.5.3 π 尺直徑值的計算公式（2），外徑和內徑分別減去和加上一個尺帶厚度平均值？這是因為使用時要用到游標，游標讀數時游標刻度的那一部分與π尺的主體部分將重疊，重疊的結果會給直徑測得值增加一個厚度值，因此必須減掉這個厚度，內徑測量剛好相反必須加上π尺的一個厚度。
　　你提到的分度值0.1mm的π尺，校準規范沒有包含的確是一個缺憾。檢定方法應該是沒有差別的，關鍵是直徑最大允差沒有規定，建議還是依照自己的被測直徑的允差進行計量要求導出，計算出允差對本規范加以補充。
　　你提到了被測件的橢圓，測量時π尺是否處于同一個徑向截面內帶來的影響，考慮得很周到。但校準規范講的是對π尺的校準，在校準中沒有使用標準直徑作計量標準，因此附錄B在進行不確定度評定時不考慮這兩項的影響是正確的。如果是使用π尺測量直徑，對使用中的這個測量方案評估測量不確定度或進行誤差分析，則應該考慮你說的兩個影響。

規矩灣錦苑 發表于 2016-4-26 00:19
　　4樓的解讀是正確的。
　　6.2.5.3 π 尺直徑值的計算公式（2），外徑和內徑分別減去和加上一個尺帶厚 ...

謝謝老師的回復！
  
       使用中加上或者減去一個尺帶厚度值可以理解，但是校準時被檢π尺尺帶是平展在測量臺上的，不存在主尺與副尺重疊的問題啊？

岸巖 發表于 2016-4-26 09:06
謝謝老師的回復！
  
       使用中加上或者減去一個尺帶厚度值可以理解，但是校準時被檢π尺尺帶是平展 ...

　　“校準時被檢π尺尺帶是平展在測量臺上”此話不假，可是校準的數據是周長不是直徑啊。校準規范的表1是對“直徑最大允許誤差”提出的要求，不是對π尺長度最大允許誤差的要求，因此周長校準結果必須換算成直徑，換算成直徑就必須按π尺實際使用中的狀態進行計算。

規矩灣錦苑 發表于 2016-4-26 18:07
　　“校準時被檢π尺尺帶是平展在測量臺上”此話不假，可是校準的數據是周長不是直徑啊。校準規范的表1 ...

不好意思，老師，我還是不能理解。周長與直徑只是存在一個圓周率的換算關系，換算后的直徑值與尺帶厚度值之間我看不出有什么關聯，（除非是我上面所說制造π尺時已經考慮了這個厚度值--并把這個厚度值預置入了尺帶的周長里，如果是這樣，是否內外徑應該是分別加上或者減去h/π才對？）
       針對這個問題，我用手頭兩個π尺驗證了一下，π尺的厚度值是0.2mm左右，如果不計算這個厚度值，π尺的直徑示值誤差還是基本都在規范的指標內的（其中只有一點誤差較大），即±0.05mm。但是如果減去這個厚度值（外徑），結果可想而知。當然，這當中我的測量值不一定可靠、尺子本來誤差也有可能這么大，只是兩個尺子的數據也不能完全佐證。希望有經驗的同行們多多指導，謝謝！

我想問一下，要是π尺的長度超過了標準鋼卷尺的長度，該怎樣檢？

renkai 發表于 2016-4-27 17:44
我想問一下，要是π尺的長度超過了標準鋼卷尺的長度，該怎樣檢？

該規范有相關要求：分段檢測，再用各段實際長度之和計算直徑的示值誤差。請參閱。

具體怎樣操作呢，那些比較長的尺要自己在上面做記號嗎？

岸巖 發表于 2016-4-27 09:07
不好意思，老師，我還是不能理解。周長與直徑只是存在一個圓周率的換算關系，換算后的直徑值與尺帶厚度值 ...

可是，測量直徑時必須及π尺繞被測件一周啊，而且游標讀數時相當于游標尺必須重疊在主尺之上，并不是兩頭無縫對接，外徑測量時，也就使直徑值多出了一個尺厚，因此實際直徑多出的一個尺厚就必須減掉。

規矩灣錦苑 發表于 2016-4-26 00:19
　　4樓的解讀是正確的。
　　6.2.5.3 π 尺直徑值的計算公式（2），外徑和內徑分別減去和加上一個尺帶厚 ...

您說的“如果是使用π尺測量直徑，對使用中的這個測量方案評估測量不確定度或進行誤差分析，則應該考慮你說的兩個影響。”這是正確的。但是對于外徑和內徑分別減去和加上一個尺帶厚度平均值的解釋是不正確的。無論是否是穿孔式π尺，使用游標進行讀數時都不會出現尺帶重疊，因此“減去和加上一個尺帶厚度平均值”的原因不是出于此。具體原因我會在給上面這位量友的回復中談，但對于加減一個尺帶厚度的問題，我一直在考慮，以前老是感覺有問題，現在拿出來大家一起討論。

renkai 發表于 2016-4-27 22:01
具體怎樣操作呢，那些比較長的尺要自己在上面做記號嗎？

看來你有操作經驗，呵呵。我知道是什么問題，我碰到過。對于測量范圍大的π尺，如果標準鋼卷尺是5 m的，可能π尺的零值線紋至長度5 m內沒有線紋，這樣造成分段時第二段被檢π尺沒有起始線紋與標準鋼卷尺對齊。我們與我們當地生產π尺的企業溝通過，建議他們在大測量范圍的π尺的線紋空缺處，選擇適當的地方增加刻線，作為校準時的指示線。沒有刻線時，只能自己想辦法加標記了。

長度室 發表于 2016-4-27 23:19
您說的“如果是使用π尺測量直徑，對使用中的這個測量方案評估測量不確定度或進行誤差分析，則應該考慮你 ...

期待你的解讀。

岸巖 發表于 2016-4-25 16:24
感謝您的回復，示值誤差的1/π，這點倒是我沒有考慮到了，是我不嚴謹了，見笑。

       或許我的問題比 ...

0.1 mm分度的我還真沒怎么看到過，畢竟我檢π尺也不多。不過關于你提出的分度值及直徑示值誤差計算公式問題，當初回復征求意見稿時我也提出過。在以前的帖子里，我貼出過，我找了一下，在這里http://m.dy313.com/forum.php?mo ... =%E6%B4%BE%E5%B0%BA，我在11#貼出過當時給起草小組反饋意見。
1.“當被測實物趨于橢圓帶來的影響分量是否應被考慮”，在使用π尺測量被測件時，測量結果的不確定度是要考慮這個影響量，但也僅限于被測件圓度不大的情況下，我看過有的π尺生產廠家在說明書上寫明了π尺不能用于測量橢圓物體，這是它與卡尺相比的一個劣勢所在。校準π尺時不考慮。
2.“π尺測量時一個圓周的范圍是否處于同一個平面帶來的影響（一個圓柱體肯定影響目力觀察，用等高的方法不太現實。）”使用π尺測量時，要施加一定的張緊力，使得π尺測量面與被測物表面緊密貼合，因此我認為尺帶不在被測物徑向圓內的影響不大。畢竟用大卡尺測量時，卡尺支撐點，溫度，測量力等的影響也是存在的。拋開技術層面，經濟層面上π尺比大卡尺經濟實惠。因此對于大直徑的測量，有好多客戶選擇了精密π尺。
3.“6.2.5.3 π 尺直徑值的計算”問題，說實話到現在我一直沒徹底搞明白，也一直在質疑。你說你想不明白直徑與尺帶厚度的關系，其實很簡單，在紙上畫一個圓環，對于外徑派尺，內圓代表派尺測量面，外圓代表派尺刻線面。你會發現外圓直徑等于內圓直徑加上2個尺帶厚度（不存在h/π的問題）。我們校準派尺時，測量的是刻線面的長度，即圓環的外圓周長，除以圓周率理應是外圓直徑，被測物的直徑應該是圓環的內圓直徑，應該是差2個尺帶厚度。可是當時的征求意見稿是一個尺帶厚度（征求稿上沒有現在的外徑、內徑之分），我回復完自己寫的東西后，有一次到我們這河北省院學習別的項目，碰到了該規范第一起草人高老師，跟他談起了我回復的這個問題，他說看到了我的稿子，也考慮了問題并且問了派尺生產廠家（參加起草單位），生產廠家說刻線面所標示的值指的是派尺中性層上的值（就是圓環內圓周與外圓周中間圓周），我當時不便于再纏著問，就回來再想想。回來后怎么想怎么感覺這說不通，因為客戶在用外徑派尺測量外徑時，直接讀得被測物外徑，也就是說，圓環外圓周上標示的直徑值指的是內圓直徑，不用再考慮尺帶厚度。而用外徑派尺測量內徑時，把派尺翻過來貼合被測面，讀得數值加上兩個尺帶厚度是被測內徑值（這在使用說明書上有說明，百度可查），也可看出不應該是標在中性層上的值。但是D外=Li/π-h和D內=Li/π+h是出于中性層來計算的，還是拿圓環來舉例，中性層直徑減一個尺厚是內圓直徑，加一個尺厚是外圓直徑。為了弄清楚，我還查來了參加起草人沈陽佳宇工具有限公司趙霞老師的電話，生產廠家最有發言權，打了兩次對方沒有接到，我就先把這問題放下了。這次你問我又想起來了，說出來大家一起再想想。
有一點是肯定的，把尺帶看成是矩形，它圍不成圓環，矩形兩長邊是等長的，而圓環內外圓周周長不等。

還有一個檢定規程JJG 670—1990《柔性周徑尺》，現在還能用嗎？

長度室 發表于 2016-4-28 01:13
0.1 mm分度的我還真沒怎么看到過，畢竟我檢π尺也不多。不過關于你提出的分度值及直徑示值誤差計算公式問 ...

　　看來你分析的思路是對的，我說的重疊有問題。π尺測量直徑好比是形成一個呼拉圈，呼拉圈粗細好比是π尺的厚度，呼拉圈內徑就是π尺非刻線面，與被測件外徑相貼合，呼拉圈外徑好比是π尺的刻線面，讀數在刻線面上。因此π尺刻線面形成的圓直徑（呼拉圈外徑）比非刻線面直徑（呼拉圈內徑）大兩個π尺厚度。
　　現在的問題正如你所說為什么檢定規程只增加一個π尺厚度而不是兩個厚度？規程起草人說生產廠家認為刻線面所標示的值指的是派尺中性層上的值，理由是什么呢？可不可以把測完直徑的π尺段展平，看成是截短的皮帶，皮帶側面看就是長長的矩形，其內表面、外表面和中間層的長度完全相同，從將其圍成一個圓環時的角度思考能不能說得通呢？

規矩灣錦苑 發表于 2016-4-28 20:12
　　看來你分析的思路是對的，我說的重疊有問題。π尺測量直徑好比是形成一個呼拉圈，呼拉圈粗細好比是π ...

看到了兩位老師的回復，問題是基本弄清楚了，感謝！至于最終的結論，我想是可以通過實踐來論證的。

長度室 發表于 2016-4-28 01:13
0.1 mm分度的我還真沒怎么看到過，畢竟我檢π尺也不多。不過關于你提出的分度值及直徑示值誤差計算公式問 ...

你的最后一句話是對的，派尺這玩意其實是美國人首先發明出來的，簡單介紹其中的一個原理：把矩形尺帶圍成一個圈，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合，則其內圈長度變短，外圈長度變長，內外圈的中間層長度不變。這是主要的一個原理，好多年前沈陽的一位老師傅傳授的。

規矩灣錦苑 發表于 2016-4-28 20:12
　　看來你分析的思路是對的，我說的重疊有問題。π尺測量直徑好比是形成一個呼拉圈，呼拉圈粗細好比是π ...

現在問題就出在這了，“其內表面、外表面和中間層的長度完全相同，從將其圍成一個圓環時的角度思考能不能說得通呢？”內表面、外表面和中間層的長度完全相同，這種情況下是圍不成圓環的。等長的話直徑相同，就不存在尺帶厚度了。因此廠家說標稱值指的是中性層上的值似乎可以這樣解釋。但我們測得的長度，確實是外圓周長。

jacksilver 發表于 2016-5-16 22:58
你的最后一句話是對的，派尺這玩意其實是美國人首先發明出來的，簡單介紹其中的一個原理：把矩形尺帶圍成 ...

你好，感謝你的回復。“把矩形尺帶圍成一個圈，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合，則其內圈長度變短，外圈長度變長。”抱歉，在理論上我還是沒有想通。我感覺除非是圍成一個圈之前，兩端的兩個平面不是平行的，而是呈梯形面，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合時，才有可能圍成一個圓。

長度室 發表于 2016-5-17 13:56
你好，感謝你的回復。“把矩形尺帶圍成一個圈，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合，則其內圈長度變短，外 ...

你好，這是因為其中有力的存在，測量圓周時派尺的矩形尺帶實際是變形的。

長度室 發表于 2016-5-17 13:56
你好，感謝你的回復。“把矩形尺帶圍成一個圈，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合，則其內圈長度變短，外 ...

　　似乎21樓所說＂把矩形尺帶圍成一個圈，使其頭尾兩端的兩個平面面對面貼合，則其內圈長度變短，外圈長度變長，內外圈的中間層長度不變＂有一定道理。一個矩形的尺帶和一個矩形的木條不同，木條表面是剛性的，剛性無法變形，圍成一圈將有一個扇形的空缺不能對接，尺帶是柔性的，取一個厚一點的皮質褲腰帶可以圍成一圈，內外圈都將產生變形。
　　如果手頭上有π尺，建議可以做個試驗，在車間選擇一個較大直徑的軸或盤狀物，用千分尺和π尺分別測量其直徑對比驗證公式是否正確。
　　過去見過一個行業的π尺檢定規程，計量標準就是一個由若干個直徑大小不同的圓柱盤形從小到大依次排列的塔輪，塔輪各直徑使用千分尺和量塊組采用比較測量法檢定。這種方法直觀且易操作，但國家校準規范選擇了直接檢定π尺長度計算出直徑示值的方法，估計可能是這種方法因塔輪成本較高，占用實驗室工作面積大的原因吧。