02第2章测量技术基础01

1、1 第第2章章 测测 量量 技技 术术 基基 础础 内内 容容 提提 要要 测量、检验和检定的概念；测量、检验和检定的概念； 测量过程的四要素：测量对象、测量单位、测量方测量过程的四要素：测量对象、测量单位、测量方 法和测量精度；法和测量精度； 量块的量块的 “等等” 和和 “级级” ； 计量器具的主要度量指标；计量器具的主要度量指标； 产生测量误差的原因；产生测量误差的原因； 系统误差的产生原因、发现和消除方法；系统误差的产生原因、发现和消除方法； 随机误差的特性和处理方法；随机误差的特性和处理方法； 粗大误差的评定准则和处理方法；粗大误差的评定准则和处理方法； 测量误差的合成方法和测量结果

2、的表达式。测量误差的合成方法和测量结果的表达式。 2 第第2章章 测测 量量 技技 术术 基基 础础 2.1 测量的基本概念测量的基本概念 2.1.1 测量、检验与检定测量、检验与检定 1. 测量测量 测量测量为确定被测量为确定被测量 x 数值大小的过程。数值大小的过程。 用公式表示为用公式表示为 E x q 即 测量值 测量单位 被测量 3 测量的四要素：测量的四要素： （1） 被测对象被测对象 x 几何参数几何参数 （2）计量单位）计量单位 长度：长度：m ,mm； （3）测量方法）测量方法 测量时所采用的测量原测量时所采用的测量原 理、计量器具和测量条件的综合。理、计量器具和测量条件的综

3、合。 （4）测量精度）测量精度 测量结果与真值相一致的程度。测量结果与真值相一致的程度。 角度：角度：rad, rad, (00)、（、（ ）、（ ）、（ ）。 ）。 4 2. 检验检验 检验是判断被测量是否合格的过程。检验是判断被测量是否合格的过程。 3. 检定检定 评定计量器具的精度是否合格的实验过程。评定计量器具的精度是否合格的实验过程。 如用量规来检验被测件。如用量规来检验被测件。 不要求得出实际测量值。不要求得出实际测量值。 5 2.1.2 测量基准和尺寸传递系统测量基准和尺寸传递系统 1. 长度单位长度单位 m, mm;rad 2. 长度基准长度基准 实物基准实物基准自然基准自然基

4、准 1 m = 40000000 1 1889年（通过巴黎的地球子午年（通过巴黎的地球子午 线）线） 1650763.73原子波长）年（ 86 r 1960K (s) 299792458 1 1983年（光在真空行年（光在真空行 程的长度）程的长度） 。rad0174533.01 , rad10rad1 0-6 mm;10m,1 mm10nm1 -3-6 过渡到过渡到 6 3.尺寸传递系统尺寸传递系统 主基准（副基准主基准（副基准）工作基准工作基准 工作器具工作器具被测对象被测对象 图图2.1 尺寸传递系统尺寸传递系统 国际基准、国家基准。国际基准、国家基准。 为了复现为了复现“m” ,需建立

5、的副基准。需建立的副基准。 副基准副基准 主基准主基准 7 测量零件所用的计量器具。测量零件所用的计量器具。 被测对象被测对象 经过与国家基准或副基准比对，用来检经过与国家基准或副基准比对，用来检 定较低准确度的基准，或检定工作器具用的定较低准确度的基准，或检定工作器具用的 计量器具。计量器具。 工作基准工作基准 工作器具工作器具 例如量块、标准线纹尺等。例如量块、标准线纹尺等。 如千分尺如千分尺 、比较仪、测长仪等。、比较仪、测长仪等。 8 长度量值传递系统图见图长度量值传递系统图见图2-2 图图2-2长度量值传递系统长度量值传递系统 9 角度量值传递系统图见图角度量值传递系统图见图2-3。

6、 图2-3 角度量值传递系统 10 3.1.3 定值长度和定值角度的基准定值长度和定值角度的基准 1. 量块量块长度基准长度基准 量块是一种无刻度的标准端面量具。量块是一种无刻度的标准端面量具。 量块按一定的尺寸系列成套生产。国家规定了量块按一定的尺寸系列成套生产。国家规定了17 套量块，如表套量块，如表2-1所示（见教材）。所示（见教材）。 表表2.1 成套量块的组合尺寸（摘自成套量块的组合尺寸（摘自CB/T60932001） 套别套别总块数总块数级别级别尺寸系列尺寸系列(mm)间隔间隔(mm)块数块数 1910，10.5 1 1.001，1.002，1.009 1.01，1.02，1.49

7、 1.5，1.6，1.9 2.0，2.5，9.5 10，20，100 0.001 0.01 0.1 0.5 10 1 1 9 49 5 16 10 11 续表2.1 成套量块的组合尺寸 （摘自CB/T6093 2001） 套别套别总块数总块数级别级别尺寸系列尺寸系列(mm)间隔间隔(mm)块数块数 2830，1, 2 0.5 1 1.005 1.01，1.02，1.49 1.5，1.6，1.9 2.0，2.5，9.5 10，20，100 0.01 0.1 0.5 10 1 1 1 49 5 16 10 3460，1, 2 1 1.001，1.002，1.009 1.01, 1.02, 1.09

8、 1.1, 1.2, , 1.9 2, 3, , 9 10，20，100 0.001 0.001 0.1 1 10 1 9 9 9 8 10 4380，1, 2 1 1.005 1.01, 1.02 , , 1.09 1.1, 1.2, , 1.9 1, 2, , 9 10，20，100 0.01 0.1 1 10 1 1 9 9 8 10 12 应用时，应力求用最少的块数组合所需的尺寸。 如需组合51.995的尺寸, 参照表2-1组合如下 51.995 需要的量块尺寸 99.50 005. 1 5 .49 49. 1 40 5 . 9 一般不超过四块。 第一块 .第二块 .第三块 .第四块

9、图 量块组合 量块的组合方法量块的组合方法 13 （1） 有关量块的精度术语 量块长度 l(见下图) 量块长度量块长度是指量块一个测量面上的任意 点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体 表面之间的垂直距离。 量块中心长度 lc 量块中心长度量块中心长度 是指对应于量块未 研合测量面中心点 的长度。 14 量块标称长度 ln（见下图） 量块标称长度量块标称长度是指在量块上，用以表明其与主 单位（m)之间关系的量值（量块长度的示值）。 图 量块的精度指标 任意点的量 块长度偏差 e 任意点的量块任意点的量块 长度偏差长度偏差是指任意 点的量块长度与标 称长度的代数差。 即 e = l ln 15

10、图中图中 为量块长度极限偏差。和 ee tt 图 量块的精度指标 合格条件为合格条件为 ee tet 量块的长度变量块的长度变 动量动量v 量块测量面上量块测量面上 任意点中的最大量任意点中的最大量 块长度与最小量块块长度与最小量块 长度之差。长度之差。 其允许值为其允许值为 tv。 。合格条件： v tv 16 量块测量面的平面度误差量块测量面的平面度误差 fd(见下图见下图) 量块测量面的量块测量面的平面度误差平面度误差是指包容量块测量面的是指包容量块测量面的 实际表面且距离为最小的两个平行平面之间的距离。实际表面且距离为最小的两个平行平面之间的距离。 其公差为其公差为 td (见表见表2

11、-4)。 合格条件为 图平面度误差 500 dd tf 17 （2）量块的精度等级）量块的精度等级 量块的分级（量块的分级（ 按按GB/T6093-2001） 按量块的制造精度分按量块的制造精度分五级五级：K、0、1、2、3级，级， 其中其中K级精度最高，精度依次降低，级精度最高，精度依次降低，3级最低。级最低。 各级的精度指标如表各级的精度指标如表2-2所示。所示。 18 量块的分等量块的分等 (JJG1462003) 按量块的检定精度分五等，即按量块的检定精度分五等，即1、2、3、4、5等。等。 各等的精度指标如表各等的精度指标如表2-3所示。所示。 19 （3） 量块的使用和检验量块的使

12、用和检验 量块的使用可分量块的使用可分 按按级级使用时，是以量块的使用时，是以量块的标称长度标称长度为工作尺为工作尺 寸，不计量块的制造误差和磨损误差。寸，不计量块的制造误差和磨损误差。 按按等等使用时，是以量块经检定后给出的使用时，是以量块经检定后给出的实际实际 中心长度中心长度尺寸为尺寸为工作尺寸工作尺寸。它排除了制造误差。它排除了制造误差 的影响，提高了测量精度。的影响，提高了测量精度。 因此，因此，量块按等使用比按级使用的测量精度量块按等使用比按级使用的测量精度 要高。要高。 按按级级使用使用 按按等等使用使用 20 2. 多面棱体多面棱体 多面棱体是角度的最常用的实物基准。它是用多面

13、棱体是角度的最常用的实物基准。它是用 特殊的合金钢或石英玻璃制成的多面棱体。特殊的合金钢或石英玻璃制成的多面棱体。 常见的有常见的有4、6、8、12、24、36、72面体等。面体等。 如如 图图2-5 为正八面棱体，它所有相邻两工作面为正八面棱体，它所有相邻两工作面 法线间夹角为法线间夹角为450。 图图 2- 5 正八面棱体正八面棱体 因此，可以用因此，可以用 作基准来测量任意作基准来测量任意 的的n450的角度。的角度。 21 2.2.1 计量器具及其分类计量器具及其分类 计量器具为测量仪器和测量工具的统称。计量器具为测量仪器和测量工具的统称。 1. 计量器具分类计量器具分类 按其原理、结

14、构和用途分为按其原理、结构和用途分为 （1） 基准量具基准量具 定值基准量具，如量块、定值基准量具，如量块、 角度块角度块 。 变值基准量具，如线纹刻变值基准量具，如线纹刻 线尺等。线尺等。 2.2 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 22 (2) 通用计量器具通用计量器具 将被测量转换成可直接观测的示值或等将被测量转换成可直接观测的示值或等 效信息的测量工具。效信息的测量工具。 按其原理可分：按其原理可分： 游标类量具游标类量具如游标卡尺等。如游标卡尺等。 微动螺旋类量具微动螺旋类量具如千分尺等。如千分尺等。 机械比较仪机械比较仪如齿轮杠杆比较仪等。如齿轮杠杆比较仪等。 光学量仪光学量仪如

15、光学计、光学测角仪等。如光学计、光学测角仪等。 气动量仪气动量仪如浮标式气动量仪的。如浮标式气动量仪的。 电动量仪电动量仪如电动轮廓仪等。如电动轮廓仪等。 微机化量仪（机电一体化量仪）微机化量仪（机电一体化量仪） 如微机控制的数显测量仪如微机控制的数显测量仪:数显光学计、数显光学计、 数显测长仪、三坐标测量机等。数显测长仪、三坐标测量机等。 23 （3）量规类量规类 如光滑极限量规、螺纹量规、功能量规等。如光滑极限量规、螺纹量规、功能量规等。 （4） 检验夹具检验夹具 测量时所需的夹具等辅助设备。测量时所需的夹具等辅助设备。 2. 计量器具的度量指标计量器具的度量指标 （1）分度值（）分度值（

16、i ) 分度值分度值是指计量器具的刻尺或度盘上相是指计量器具的刻尺或度盘上相 邻两刻线所代表的量值之差。邻两刻线所代表的量值之差。 (2) 刻度间距（刻度间距（a） 刻度间距刻度间距是指相邻两刻线中心之间的距离是指相邻两刻线中心之间的距离 和圆弧长。为便于估读，其值为和圆弧长。为便于估读，其值为12.5mm。 24 （3）示值范围）示值范围 示值范围示值范围是指标尺所指示或显示的最低值到是指标尺所指示或显示的最低值到 最高值的范围。最高值的范围。 （4） 测量范围测量范围 测量范围测量范围是指在允许误差范围内，测量器具是指在允许误差范围内，测量器具 所能测量零件的最低值到最高值的范围。所能测量

17、零件的最低值到最高值的范围。 （5）灵敏度）灵敏度 （k） 灵敏度灵敏度是指计量器具示值装置对被测量变化是指计量器具示值装置对被测量变化 的反应能力。的反应能力。 灵敏度也称放灵敏度也称放 大比，可用大比，可用 式式(2-1)表示表示 k （2-2） i a k 25 (6) 灵敏限（灵敏阈）灵敏限（灵敏阈） 灵敏限灵敏限是指能引起计量器具示值可能觉察变化是指能引起计量器具示值可能觉察变化 的被测量的最小变化值。的被测量的最小变化值。 灵敏限越小，计量器具精度越高。灵敏限越小，计量器具精度越高。 （7）测量力）测量力 测量力测量力是指在测量过程中，计量器具与被测是指在测量过程中，计量器具与被测

18、 表面的接触力。表面的接触力。 （8）示值误差）示值误差 示值误差示值误差是指计量器具的示值与被测量是指计量器具的示值与被测量 真真 值之差。值之差。 26 （9）示值变动性）示值变动性 示值变动性示值变动性是指在测量条件不变的情况下，是指在测量条件不变的情况下， 对同一被测量进行多次重复测量读数时（对同一被测量进行多次重复测量读数时（510 次），其读数的最大变动量。次），其读数的最大变动量。 （10）回程误差（滞后误差）回程误差（滞后误差） 回程误差回程误差是指在相同测量条件下，对同一被是指在相同测量条件下，对同一被 测量进行往返两个方向测量时，测量器具的示值测量进行往返两个方向测量时，测

19、量器具的示值 变化量。变化量。 （11）修正值）修正值 修正值修正值是指为了消除或减少系统误差，用代是指为了消除或减少系统误差，用代 数法加到测量结果上的值。数法加到测量结果上的值。 27 （12）不确定度）不确定度 不确定度不确定度是指由于测量误差的是指由于测量误差的 存在而对被测量量值不能肯定的程存在而对被测量量值不能肯定的程 度。度。 28 2.2.2 测量方法分类及其特点测量方法分类及其特点 按测量值获得方式的的不同，测量方法可分为：按测量值获得方式的的不同，测量方法可分为： 1. 绝对测量和相对测量绝对测量和相对测量 （1）绝对测量绝对测量 （见图（见图2.6） 在计量器具在计量器具

20、 的示数装置上可的示数装置上可 表示出表示出被测量的被测量的 全值全值。 图图 2-6绝对测量法绝对测量法 29 (2) 相对测量相对测量 （见图（见图 2-7） 在计量器具在计量器具 的示数装置上只的示数装置上只 表示出被测量相表示出被测量相 对已知标准量的对已知标准量的 偏差值偏差值。 图图 2-7 相对测量法相对测量法 即测出的即测出的 值为尺寸实际值为尺寸实际 的偏差。的偏差。 30 2. 直接测量和间接测量直接测量和间接测量 （1） 直接测量直接测量用计量器具直接测量被测量用计量器具直接测量被测量 的的整个数值或相当于标准量的偏差整个数值或相当于标准量的偏差。 （2）间接测量间接测量测得的量与被测量有函数关系测得的量与被测量有函数关系 的其他量，再的其他量，再通过函数关系式求出被测量通过函数关系式求出被测量。 如图如图 2-8 所示测所示测 R: 28 2 h h s R 通过测量通过测量 s、h )(hsfR、 R 图图 2-8间及测量法间及测量法 31 3. 单项测量和综合测量单项测量和综合测量 （1）单项测量单项测量对被测件的个别参数分对被测件的个别参数分 别进别进