第2章测量技术基础(2)

1、第第2章章 测量技术基础测量技术基础 测量的基本概念测量的基本概念 计量器具和测量方法计量器具和测量方法 测量误差测量误差第一节第一节 测量的基本概念测量的基本概念所谓“测量”就是将被测的量与作为单位或标准的量，在量值上进行比较，从而确定二者比值的实验过程。 若被测量为L，标准量为E，那么测量就是确定L是E的多少倍。即确定比值q = L / E，最后获得被测量L的量值，即 L = qE。一个完整的测量过程应包含:测量对象：测量对象：零件的几何量，如长度、角度、形状位置误 差、表面粗糙度等计量单位：计量单位：长度m,角度rad及度、分、秒”测量方法：测量方法：测量原理、计量器具和测量条件的总和测

2、量精确度测量精确度（或准确度）：测量结果与真值的一致程度为了满足机械产品的功能要求，在正确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计以后，还须进行加工和装配过程的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程及检测手段。其中，特别重要的环节就是质量保证措施中的精度检测。四个要素国际上统一使用的公制长度基准是在1983 年第17 届国际计量大会上通过的，以米作为长度基准。米的定义：米的定义：米是光在真空中在1/299 792 458 秒的时间间隔内所行进的距离。 在实际应用中，不能直接使用光波作为长度基准进行测量。目前，在实际工作中使用线纹尺和量块线纹尺和量块作为两种实体基准

3、。 从长度基准各级计量标准量值实际使用，有两条传递系统角度的计量单位及量值传递角度计量也属于长度计量的范畴，弧度可用长度比值求得，一个圆周角定义为360，角度不必再建立一个自然基准。但在实际应用中，为稳定和测量需要，仍然建立角度值基准及角度量值传递系统。三、三、 量块量块 量块的构成：量块的构成： 它有两个测量面和四个非测量面。两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作长度，称为标称标称长度长度（量块上标出的长度）。从量块一个测量面上任意点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块长度量块长度Li。从量块一个测量面中心点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度中心

4、长度。 L4L3L2L量块L1平晶图2-4 量块 量块的用途：量块的用途：量块在机械制造厂和各级计量部门中应用较广，常作为尺寸传递的长度标准和计量仪器示值误差的检定标准，也可作为精密机械零件测量、精密机床和夹具调整时的尺寸基准。 量块的精度（量块的精度（级级）：GB/T60932001按制造精度将量块分为0，1，2，3和K级共5级，取消了原标准中的00级，0级精度最高，3级精度最低，K级为校准级（用来校准0、1、2级）。主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。量块按“级”使用时，以量块的标称长度为工作尺寸，该尺寸包含了量块的制造误差，并将被引入到测量结果中

5、。由于不需要加修正值，故使用较方便。 量块的精度（量块的精度（等等）：）：国家计量局标JJG1462003量块检定规程按检定精度将量块分为5等，即1、2、3、4、5等，其中1等精度最高，5等精度最低，“等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。 量块的量块的“级级”与与“等等” : 量块的“级”和“等”是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。 按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。 按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。 就同一量块而言，检

6、定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，量块按“等等”使用时其精度比按“级级”使用要高。 量块在使用时，常常用几个量块组合使用。为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按一定的尺寸系列成套生产供应。国家标准共规定了17种系列的成套量块，其每套数目分别为91，83，46，38，10块等。组合量块时，为减少量块组合的累积误差，应尽量减少量块的组合块数，一般不超过4块。 选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。 量块的选用量块的选用：1.005201.286.528.7851. 量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，

7、否则应及时送专业部门检定。2. 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。伤，影响其粘合性。3. 分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。4. 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。与环境温度相同后方可使用。5. 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。6. 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀

8、及手温对测量精确度的影响。温对测量精确度的影响。7. 使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。锈脂存于干燥处。 量块使用的注意事情项：量块使用的注意事情项：第三节第三节 测量器具的分类测量器具的分类 是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类： 单值量具 只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。 多值量具 可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如90角尺(

9、测量被测面的平面度和与基准面的垂直度）等。 专用量具 专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。 通用量具 我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。 测量器具的技术性能指标 量具的标称值 标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。 刻线间距 测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5m

10、m的等距离刻线。 分度值 测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。 示值 由测量器具所指示的被测量值。 示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm），如图所示。 测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550mm等，机械式比

11、较仪的测量范围为0180mm，如图所示。 测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。 比较仪测量时，先用量块研合组成与被测基本尺寸相等的量块组，再用此量块组使测微仪指针对零，然后换上被测工件，测微仪指针指示的即为被测尺寸的偏差值。 灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。 重复性 在相同的测量条件下，对同一被测几何量进行多次测量时，各测量结果之间的一致性。通常以测量重复性误差的极限值(正、负偏差

12、)来表示。反映的是测量仪器的工作稳定性。 示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。 不确定度 由于测量误差的存在而对被测几何量量值不能肯定的程度。直接反映测量结果的置信度。 第四节第四节 测量方法分类测量方法分类 1、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类 直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。 间接测量 先测出与欲测之量有一定函数关系的

13、相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。例如用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，由弦长S与弦高H的测量结果，可求得直径D的实际值，如图所示。由图可得HHSD422、按测量结果的读数值不同分类 绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。 相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。 3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类 接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。

14、如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。 非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。4、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。 被动测量 加工完成后进行的测

15、量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。5、按零件上同时被测参数的多少分类 单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。 综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。6、按被测工件在测量时所处状态分类 静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距

16、仪测量齿轮齿距等。 动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。7、按测量中测量因素是否变化分类 等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。 不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数

17、据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。第五节 测量误差与数据处理一、测量误差的概述 1测量误差的概念测量误差的概念 对于任何测量过程，由于计量器具和测量条件方面的限制，不可避免地会出现或大或小的测量误差。因此，每一个实际测得值，往往只是在一定程度上接近被测几何量的真值，这种实际测得值与被测几何量的真值之差称为测量误差。 测量误差可以用绝对误差或相对误差来表示。相对误差：相对误差：是指绝对误差(取绝对值)与真值之比。由于真值无法得到，因此在实际应用中常以被测几何量的测得值x代替真值进行估算，则有： 式中，f 为相对误差。 相对误差是一个无量纲的数值，通常用百分比来表示。%10

18、0 xQf绝对误差：绝对误差：是指被测几何量的测得值与其真值之差，即 绝对误差；x 被测几何量的测得值； Q被测几何量的真值。绝对误差有可能是正值或负值。Qx 产生测量误差的原因很多，主要有以下几种： (1)(1)计量器具误差计量器具误差：是指计量器具本身在设计、制造设计、制造和使用使用过程中造成的各项误差。设计计量器具时为简化结构而不符合“阿贝原则” 会产生原理误差“阿贝原则阿贝原则”是指“在设计计量器具或测量工件时，将被测长度与基准长度沿测量轴线或直线排列。” 千分尺的设计是符合“阿贝原则”的。即被测两点间的尺寸线与标尺(基准长度)在一条线上，从而提高了测量精度。而游标卡尺的设计则不符合“阿贝原则”， 游标卡尺被测长度与基准刻线尺相距平行配置，在测量过程中，卡尺活动量爪倾斜一个角度，此时产生的测量误差ssxxtan计量器具零件的制造和装配误差也会产生测量误差。 计量器具的零件在使用过程中的变形，滑动表面的磨损、接触测量的机械测量力等，也会产生测量误差。(2)(2)基准器误差：基准器误差：是指作为基准量的基准器本身存在的误差。例如，量块的制造误差、线纹尺的刻线误差等。 (3)(3)测量方法误差：测量方法误差：是指测量方法不完善(包括计算公式不精确、测量方法不当、工件安装不合理）所产生的误差。例如，对同一个被测几何量分别用直接测量法和间接测量法测量会产生不同的方法误差。 (4)环