第3章测量技术基础.ppt

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1、第第3 3章章 测量技术基础测量技术基础3.13.1测量的基本概念测量的基本概念3.23.2长度单位和尺寸（基准和量值）的传递长度单位和尺寸（基准和量值）的传递3.33.3计量器具与测量方法计量器具与测量方法3.43.4误差理论与数据处理误差理论与数据处理 3.1.1 3.1.1 计量工作和对长度计量的基本要求计量工作和对长度计量的基本要求计量工作计量工作:单位统一、数值准确单位统一、数值准确3.13.1测量的基本概念测量的基本概念metrology，计量学是关于测量的科学。，计量学是关于测量的科学。是研究测量，保证量值统一和准确的一门科学。是研究测量，保证量值统一和准确的一门科学。计量学计量

2、学计量学研究的内容计量学研究的内容:*计量单位及其基准，标准的建立、保存和使用。计量单位及其基准，标准的建立、保存和使用。*测量方法和计量器具，测量不确定度，观测者进行测量的能力测量方法和计量器具，测量不确定度，观测者进行测量的能力 以及计量法制和管理等。以及计量法制和管理等。*计量学也包括研究物理常数和物质标准，材料特性的准确测定。计量学也包括研究物理常数和物质标准，材料特性的准确测定。长度计量长度计量：十大计量十大计量对长度计量的基本要求对长度计量的基本要求:控制测量误差；控制测量误差；选择测量方法与测量器具；选择测量方法与测量器具；分析误差产生的原因。分析误差产生的原因。3.1.2 测量

3、的定义测量的定义测量：测量：将将被测量被测量与体现测量单位的与体现测量单位的标准量标准量进行比较，进行比较，从而确定被测量的实验从而确定被测量的实验操作操作过程。过程。式中式中 L 被测量，在长度测量中指被测长度；被测量，在长度测量中指被测长度；)23()13(/、EqLELqE标准量，在长度测量中是标准量，在长度测量中是长度单位长度单位；q比值。比值。它说明被测值它说明被测值L等于所用的长度单位等于所用的长度单位E与测量比值与测量比值q的乘积。的乘积。例如：例如：E为为mm，q50，则被测长度，则被测长度L为为50mm。测量的基本方程式测量的基本方程式量值：用一个数和一个合适的计量单位表示的

4、量，如量值：用一个数和一个合适的计量单位表示的量，如1m 5kg等。等。测量过程四要素测量过程四要素 (P58)1、测量对象（、测量对象（被测量被测量）（几何量：长度、角度、形位误差和表面粗糙度）（几何量：长度、角度、形位误差和表面粗糙度）2、测量单位（、测量单位（标准量标准量）（物质形式：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘）（物质形式：光波波长、精密量块、线纹尺、各种圆分度盘）3、测量方法、测量方法(测量的类型、器具、基面、瞄准定位方法、主客观条件等）测量的类型、器具、基面、瞄准定位方法、主客观条件等）4、测量精度（、测量精度（不确定度不确定度）测试测试:指具有试验性质的测量。也可理解

5、为试验和测量的全过程。指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。检验检验:是判断被测物理量是否合格是判断被测物理量是否合格(是否在规定范围内是否在规定范围内)的过程，的过程，通常不一定要求测出通常不一定要求测出具体值具体值。因此检验也可理解为不要求知道。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验的主要对象是具体值的测量。检验的主要对象是工件工件。检定检定:为评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它为评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它包括检查、加标记和出具检定证书。检定的主要对象是包括检查、加标记和出具检定证书。检定的主要对象是计量器具计量器具。比对比对:在规

6、定的条件下，在规定的条件下，对对相同不确定度等级的同类基准、标准相同不确定度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的或工作用计量器具之间的量值进行比较的过程量值进行比较的过程。3.1.3 名词术语名词术语3.23.2长度单位和尺寸传递长度单位和尺寸传递3.2.1长度单位、长度基准和量值传递系统长度单位、长度基准和量值传递系统1.长度单位长度单位 m/mm/um/nm17911791年，档案米尺年，档案米尺18801880年，国际米原器年，国际米原器铂铱合金的高精度米尺第铂铱合金的高精度米尺第6 6号（号（3030多根多根 ）当时米的定义为：米的长度等于在冰点温度下，当时米的定义为：米的长度等

7、于在冰点温度下，米原器两端刻线间的距离。米原器两端刻线间的距离。19601960年，光波波长年，光波波长米定义为：米的长度等于米定义为：米的长度等于8686KrKr原子的原子的2p2p1010和和5d5d5 5能级之间跃迁所对应的辐射在真空中的能级之间跃迁所对应的辐射在真空中的波长波长的的165 0763.73165 0763.73倍。倍。（北极（北极-赤道）地球子午线赤道）地球子午线/1000/1000万万巴黎巴黎长度单位的发展长度单位的发展19831983年，新定义年，新定义激光技术激光技术米是光在真空中在米是光在真空中在1/299 792 458 s 的时间间隔内所行进的路程长度。的时间

8、间隔内所行进的路程长度。2.长度基准：长度基准：辐射线波长：氦氖激光器辐射线波长：氦氖激光器 632.8nm端面量具：量块端面量具：量块刻线量具：线纹尺刻线量具：线纹尺角度基准：多面棱体、标准度盘、测角仪、分度头角度基准：多面棱体、标准度盘、测角仪、分度头圆周封闭原则圆周封闭原则圆周分度器件圆周分度器件多面棱体多面棱体3.长度量值传递系统长度量值传递系统图图3-1、3-2国家基准国家基准基准波长基准波长省级基准省级基准一等量块一等量块市级基准市级基准二等量块二等量块工厂基准工厂基准三等量块三等量块计量器具计量器具被测工件被测工件工作基准工作基准主基准主基准圆周分度器件圆周分度器件：单一角度单一

9、角度：例如，：例如，v形导轨的夹角、燕尾槽角度等；形导轨的夹角、燕尾槽角度等；圆锥零件的锥形角圆锥零件的锥形角：例如，刀具的锥柄、机床主轴的锥孔等；例如，刀具的锥柄、机床主轴的锥孔等；例如，分度盘、多齿盘、多面棱体以及例如，分度盘、多齿盘、多面棱体以及各种齿轮、花键等。各种齿轮、花键等。*角度测量的类型角度测量的类型角度量值传递系统角度量值传递系统P61 图图3-3 由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长由两个相互平行的测量面之间的距离来确定其工作长度的度的高精度量具高精度量具，其长度为计量器具的长度标准。，其长度为计量器具的长度标准。作用作用:对计量仪器、量具和量规等视值误差进行校正

10、、鉴定对计量仪器、量具和量规等视值误差进行校正、鉴定3.2.2 量块量块 长度量块是单值端面量具，其形状大多为长方六面体，其中一对长度量块是单值端面量具，其形状大多为长方六面体，其中一对平行平面为量块的工作表面，两工作表面的间距即长度量块的工作尺平行平面为量块的工作表面，两工作表面的间距即长度量块的工作尺寸。量块由特殊合金钢制成，耐磨且不易变形，工作表面之间或与平寸。量块由特殊合金钢制成，耐磨且不易变形，工作表面之间或与平晶表面间具有可研合性。以便组成所需尺寸的量块组。晶表面间具有可研合性。以便组成所需尺寸的量块组。长度量块尺寸方面的术语长度量块尺寸方面的术语(1)标称长度。量块上标出的尺寸称

11、为量块的标称长度标称长度。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度l。(2)实际长度。量块长度的实际测得值称为量块的实际长度。实际长度。量块长度的实际测得值称为量块的实际长度。分为中心长度分为中心长度L 和任意点长度和任意点长度Li。(3)量块的长度变动量。指量块任意点长度量块的长度变动量。指量块任意点长度Li的最大差值，的最大差值，即即Lv=Li maxLi min。(4)量块的长度偏差。指量块的长度实测值与标称长度之差。量块的长度偏差。指量块的长度实测值与标称长度之差。长度量块的分级长度量块的分级 量块按制造精度分为量块按制造精度分为6 级，即级，即00，0，1，2，3，K 级，其中级，其中00

12、 级精度最高，级精度最高，3 级精度最低。级精度最低。K 级为校准级级为校准级，用来校准，用来校准0，1，2 级量块。级量块。量块的量块的“级级”主要是根据量块长度主要是根据量块长度极限偏差极限偏差和量块和量块长度变动量的允许值（长度变动量的允许值（公差公差）来划分的。）来划分的。量块按量块按“级级”使用时，以量块的使用时，以量块的标称长度标称长度作为工作作为工作尺寸。该尺寸包含了量块的制造误差，尺寸。该尺寸包含了量块的制造误差，不需要加修正值，不需要加修正值，使用较方便使用较方便。但不如按。但不如按“等等”使用的测量精度高。使用的测量精度高。量块精度等级量块精度等级长度量块的分等长度量块的分

13、等 量块按检定精度分为量块按检定精度分为16 等，其中等，其中1 等精度最等精度最高，高，6 等精度最低。等精度最低。量块按等使用时，是以量块检定书列出的量块按等使用时，是以量块检定书列出的实测实测中心长度中心长度作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，只包含检定时较小的测量误差。误差，只包含检定时较小的测量误差。按按“等等”使用量块，在测量上使用量块，在测量上需要加入修正值需要加入修正值，比按比按“级级”使用的测量精度高。使用的测量精度高。分等分等:按其按其测量不确定度测量不确定度分分,以实测值作为工作尺寸以实测值作为工作尺寸 (常用常用)分级分级:按按

14、制造精度制造精度分分,以标称长度作为工作尺寸以标称长度作为工作尺寸 (少用少用)量块的使用（量块的使用（组合）组合）长度量块的尺寸组合一般采用长度量块的尺寸组合一般采用消尾法消尾法，即选一块量，即选一块量块应消去一位尾数。块应消去一位尾数。如尺寸如尺寸 46.725 使用使用83 块套的量块组合为块套的量块组合为:46.725=1.0051.224.540 长度量块的尺寸组合利用量块的研合性，可根据长度量块的尺寸组合利用量块的研合性，可根据实际需要，用多个尺寸不同的量块研合组成所需要的实际需要，用多个尺寸不同的量块研合组成所需要的长度标准量。为保证精度一般不超过长度标准量。为保证精度一般不超过

15、4 块。量块是成套块。量块是成套制成的，每套包括一定数量不同尺寸的量块。制成的，每套包括一定数量不同尺寸的量块。3.3 3.3 计量器具与测量方法计量器具与测量方法3.3.1 计量器具的分类计量器具的分类(P62-63)1 1标准量具标准量具2 2通用计量器具通用计量器具3 3专用计量器具专用计量器具4 4计量装置计量装置计量仪器计量仪器(简称量仪简称量仪)是能将被测几何量的量值转换成是能将被测几何量的量值转换成可直接观测的示值或等效信息的一类计量器具。可直接观测的示值或等效信息的一类计量器具。计量装置计量装置是指为确定被测几何量量值所必需的计量器是指为确定被测几何量量值所必需的计量器具和辅助

16、设备的总体。它能够测量同一工件上较多的具和辅助设备的总体。它能够测量同一工件上较多的几何量和形状比较复杂的工件，有助于实现检测自动几何量和形状比较复杂的工件，有助于实现检测自动化或半自动化。如齿轮综合精度检查仪、发动机缸体化或半自动化。如齿轮综合精度检查仪、发动机缸体孔的几何精度综合测量仪等。孔的几何精度综合测量仪等。量具量具类是通用的有刻度的或无刻度的一系列单值和多类是通用的有刻度的或无刻度的一系列单值和多值的量块和量具等，如长度量块、值的量块和量具等，如长度量块、90角尺、角度量角尺、角度量块、线纹尺、游标卡尺、千分尺等。块、线纹尺、游标卡尺、千分尺等。量规量规是没有刻度且专用的计量器具。可用以检验零是没有刻度且专用的计量器具。可用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。游标量具游标量具 应用游标读数原理制成的量具叫游标量具。它在机械制造业中应用十分广泛，可用于测量内外尺寸、高度、深度等。游标读数原理 游标量具读数部分主要是由尺身与游标组成，其原其原理是利用尺身刻线间距与游理是利用尺身刻线间距与游标刻线间距差来进行小数读标刻线间距差来进行小数