第4章 测量技术基础

第4章测量技术基础主讲：刘世明辽宁科技大学高职院机械系一、概述

1.测量技术在机械制造业中，对加工完成的零件是否符合设计要求进行判断与确定的一种手段。主要是研究对零件的几何量进行测量和检验的一门技术长度、角度、几何形状、相互位置以及表面粗糙度等

国家标准是实现互换性的基础测量技术是实现互换性的保证

一、概述

2.测量

确定被测对象的量值而进行的实验过程。即就是将一个被测量与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。L=q．E(基本测量方程式)式中：L—被测量值E—测量单位Q—比值测量单位的选择取决于被测几何量所要求的测量精度

一、概述

2.测量测量包括以下四个方面的内容：1.测量对象2.测量单位

3.测量方法4.测量精度

:零件的几何量

:国家的法定计量单位:测量器具、测量原理以及检测条件的综合:测量结果与真值的一致程度一、概述

3.检验对于零件几何量的检验，通常只是判断被测零件是否在规定的验收极限范围内，确定其是否合格，而不一定要确定其具体的量值。

二、长度基准与量值传递

1.基准的建立

为了保证工业生产中长度测量的准确度，首先要建立统一、可靠的长度基准。常见的长度基准：米（m）、毫米（mm）、微米(μm)、纳米（nm）国际单位制机械制造精密测量超精密测量换算关系为：1m=1000mm1mm=1000μm1μm=1000nm二、长度基准与量值传递

国际单位基准“米”也经历了三个不同的阶段

1）以地球子午线通过巴黎的四千万之一作为基本的长度单位米，国际米原器。2）采用光波波长作为长度单位基准

3）米等于光在真空中，在1/299792458秒的时间间隔内的行程长度

二、长度基准与量值传递

2.长度量值传递系统

为了保证长度基准的量值能准确地传递到工业生产中去，就必须建立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统

二、长度基准与量值传递

3.量块

量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。形状：矩形截面的长方体、圆形截面的圆柱体二、长度基准与量值传递

3.1量块的中心长度量块长度：指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶）平面间的垂直距离。量块的尺寸：指量块测量面上中心点的量块长度，用符号L来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。二、长度基准与量值传递

3.2量块的尺寸标注量块上标出的尺寸为名义上的中心长度，称为名义尺寸（或称为标称长度）。尺寸＜6mm的量块，名义尺寸刻在上测量面上；尺寸≥6mm的量块，名义尺寸刻在一个非测量面上，而且该表面的左右侧面分别为上测量面和下测量面。二、长度基准与量值传递

3.3量块的研合性(粘合性）利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺寸。二、长度基准与量值传递

3.4量块的组合为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的。二、长度基准与量值传递

2）量块的分等量块按其检定精度，可分为1、2、3、4、5、6六等。按“级”测量：使用量块上的名义尺寸。按“等”测量：使用量块检定后的实际尺寸进行测量。一套量块有两种使用方法。按“级”使用：根据刻在量块上的名义尺寸，忽略其制造误差按“等”使用：根据量块的实际尺寸，忽略检定时的测量误差按“等”测量比按“级”测量的精度高。3.5量块的精度1）量块的分级量块按制造精度分为6级，即00、0、1、2、3和K级。二、长度基准与量值传递

2）组合量块成一定尺寸时，应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，每选一块应使尺寸至少去掉一位小数。3.6量块的组合方法及原则组合方法

1）选择量块时，按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若是按“等”测量，可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。

二、长度基准与量值传递

3.6量块的组合方法及原则组合原则

1）量块块数尽可能少，一般不超过3~5块。2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。4）组合时，下测量面一律朝下。

二、长度基准与量值传递

28.935-1.00527.93-1.4326.5

-6.520-200

例如：要组成28.935mm的尺寸，采用83块一套的量块二、长度基准与量值传递

28.935-1.005…第一块量块尺寸为1.005mm27.93-1.43…

第二块量块尺寸为1.43mm26.5

-6.5……第三块量块尺寸为6.5mm20-20……第四块量块尺寸为20mm0以上四块量块研合后的整体尺寸为28.935mm一、测量方法1.测量方法是根据测量对象的特点来选择和确定的。特点：主要是指测量对象的尺寸大小、精度要求、形状特点、材料性质以及数量等一、测量方法2.测量方法的分类2.1按获得被测结果的方法分类直接测量：测量时，直接从测量器具上读出被测几何量的大小值间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值

一、测量方法

例如：在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径D。由于无法直接测量，可以间接测量圆的直径1.测出该劣弧的弦长b以及相应的弦高h2.通过公式D=h+b2/4h计算出其直径D一、测量方法2.测量方法的分类2.2据被测结果读数值的不同分类（读数值是否直接表示被测尺寸）绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。相对测量（微差或比较测量）

测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的微差值或偏差。

(特点：对零、精度高）一、测量方法2.测量方法的分类2.3根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触分类接触测量：测量器具的测量头与零件被测表面以机械测量力接触。不接触测量：测量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。一、测量方法2.测量方法的分类2.4根据同时测量参数的多少分类单项测量：单独测量零件的每一个参数。综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。一、测量方法2.测量方法的分类2.5根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同被动测量：在零件加工后进行的测量。主动测量：在零件加工过程中进行的测量。一、测量方法2.测量方法的分类2.6根据被测量或敏感元件（测量头）在测量中相对状态的不同分类静态测量：测量时，被测表面与测量头处于相对静止状态。动态测量：测量时，被测表面与测量头处于工作（或模拟）过程中的相对运动状态。二、测量器具

1.分类：按其测量原理、结构特点及用途分为五类基准量具和量仪

通用量具和量仪：固定刻线量具、游标量具、螺旋测微量具、机械式量仪、光学量仪、气动量仪、电动量仪极限规检验量具主动测量装置二、测量器具

常用通用量具和量仪

游标卡尺二、测量器具

常用通用量具和量仪

螺旋测微器二、测量器具

2.度量指标：测量中应考虑的测量工具的主要性能它是选择和使用测量工具的依据。二、测量器具

机械比较仪二、测量器具

刻度间距（隔）C：简称刻度，标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。（1~2.5mm）分度值（刻度值、精度值）i：简称精度，它是指测量器具标尺上一个刻度间距所代表的测量数值。

示值范围：测量器具标尺上全部刻度间隔所代表的测量数值。

2.度量指标：二、测量器具

量程：计量器具示值范围的上限值与下限值之差。灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。

示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。2.度量指标：二、测量器具

测量范围：测量器具所能测量出的最大和最小的尺寸范围。一般地，将测量器具安装在表座上，包括：1）标尺的示值范围2）表座上安装仪表的悬臂能够上下移动的最大和最小的尺寸范围。2.度量指标：二、测量器具

测量力：

在测量过程中量具或量仪的测量头与被测表面之间的接触力。

放大比（传动比）K：指量仪指针的直线位移（或角位移）与引起这个位移的原因（即被测量尺寸变化）之比。这个比等于刻度间距与分度值之比，即K=C/i。

2.度量指标：三、测量误差及其处理

1.测量误差

被测量的实际测得值与被测量的真值之间的差异δ=X–Q

测量误差绝对误差：δ=X–Q

相对误差：ε=δ/Q（≈δ/X）

用来判定相同被测几何量的测量精确度

用来判定不同大小的同类几何量的测量精确度

三、测量误差及其处理

例如：有两个被测量的实际测得值X1=100mm，X2=10mm，δ1=δ2=0.01mm，则其相对误差为：ε1=δ1/X1×100%=0.01/100×100%=0.01%ε2=δ2/X2×100%=0.01/10×100%=0.1%由上例可以看出，两个不同大小的被测量，虽然具有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的，显然，ε1＜ε2，表示前者的精确度比后者高。三、测量误差及其处理

2.测量误差产生的原因

计量器具误差计量器具误差是指由于计量器具本身存在的误差而引起的测量误差。具体地说是由于计量器具本身的设计、制造以及装配、调整不准确而引起的误差，一般表现在计量器具的示值误差和重复精度上。三、测量误差及其处理

2.测量误差产生的原因

基准件误差所有的基准件或基准量具，虽然制作的非常精确，但是都不可避免的存在误差。基准件误差就是指作为标准量的基准件本身存在的误差。基准件的误差应不超过总测量误差的1/3~1/5三、测量误差及其处理

2.测量误差产生的原因

方法误差方法误差是指选择的测量方法和定位方法不完善所引起的误差。环境误差环境误差是指由于环境因素与要求的标准状态不一致所引起的测量误差。影响测量结果的环境因素有温度、湿度、振动和灰尘等。长度计量中规定标准温度为20℃三、测量误差及其处理

2.测量误差产生的原因

人员误差及读数误差人员误差是指由于人的主观和客观原因所引起的测量误差。测量力引起的变形误差使用计量器具进行接触测量时，测量力使零件与测量头接触的部分发生微小变形而产生测量误差。三、测量误差及其处理

3.测量误差分类系统误差系统误差是指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，误差的数值大小和符号均保持不变；或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。

定值系统误差

变值系统误差

三、测量误差及其处理

3.测量误差分类随机误差指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差称为随机误差。从表面看，随机误差没有任何规律，表现为纯粹的偶然性，因此也讲其称为偶然误差。

三、测量误差及其处理

3.测量误差分类随机误差指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差称为随机误差。从表面看，随机误差没有任何规律，表现为纯粹的偶然性，因此也将其称为偶然误差。

多次重复测量，误差的变化服从统计规律，所以，可利用统计原理和概率论对它进行处理。

三、测量误差及其处理

3.测量误差分类粗大误差（也叫过失误差）是指超出了在一定条件下可能出现的误差。它的产生是由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）而造成的某些较大的误差。在处理数据时，必须按一定的准则从测量数据中剔除。

三、测量误差及其处理

4.测量精度分类测量精度是指几何量的测得值与其真值的接近程度。

a）精密度高b）正确度高c）准确度高d）准确度低

三、测量误差及其处理

4.测量精度分类精密度在同一条件下对同一几何量进行多次测量时，该几何量各次测量结果的一致程度。它表示测量结果受随机误差的影响程度。若随机误差小，则精密度高。三、测量误差及其处理

4.测量精度分类正确度在同一条件下对同一几何量进行多次测量时，该几何量测量结果与其真值的符合程度。它表示测量结果受系统误差的影响程度。若系统误差小，则正确度高。三、测量误差及其处理

4.测量精度分类

准确度（或称精确度）表示对同一几何量进行连续多次测量所得到的测得值与真值的一致程度。它表示测量结果受系统误差和随机误差的综合影响程度。若系统误差和随机误差都小，则准确度高。三、测量误差及其处理

5.随机误差的特性与处理

实验：对某一零件用相同的方法进行150次重复测量，可得150个测得值，然后将测得的尺寸进行分组。从7.131、7.132………7.141mm，每隔0.001mm为一组，分十一组，各测得值及出现次数如表所示：随机误差的特性频率直方图

将上述实验的测量总次数N无限增大（N→∞），而分组间隔Δx无限减小(Δx→0)，且用横坐标表示随机误差，纵坐标表示对应的随机误差的概率密度，则可以得到如图所示的光滑曲线，即随机误差的正态分布曲线，也称高斯曲线

。三、测量误差及其处理

5.随机误差的特性与处理

1