测量技术应用基础新讲解

测量技术应用基础新讲解28.在公差带图中，表示基本尺寸的一条直线称为（）线；在此线以上的偏差为（）值，在此线以下的偏差为（）值。零正负√XXXX3选择题互换性按照

可分为完全互换和不完全互换。A.方法B.性质C.程度D.效果答案：C42.具有互换性的零件，其几何参数制成绝对精确是：

。A.不可能的B.有必要的C.有可能的

D.没必要的答案：A.D3.互换性在机械制造业中的作用有：

。A.便于采用高效专用设备B.便于装配自动化C.便于采用三化D.保证产品质量答案：ABCD55.标准化的意义在于：

。A.是现代化大生产的重要手段

B.是科学管理的基础C.是产品设计的基本要求D.是计量工作的前提答案：ABCD6第2章测量技术基础(measurementtechniquesbasic)内容提要测量、检验和检定的概念；测量过程的四要素：测量对象、测量单位、测量方法和测量精度；量块的“等”和“级”；计量器具的主要度量指标；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；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；测量误差的合成方法和测量结果的表达式。7第2章测量技术基础2.1测量的基本概念2.1.1测量、检验与检定1.测量(measurement)测量为确定被测量

x数值大小的过程。用公式表示为8测量的四要素：（1）被测对象(measuredobject)x—几何参数（2）计量单位(unitofmeasurement)—长度：m，mm；（3）测量方法(methodsofmeasurement)—测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。即获得测量结果的方法！可分为直接测量（directmeasurement）和间接测量(indirectmeasurement)！

（4）测量精度—测量结果与真值相一致的程度。角度：rad,，μrad，(00)、（／）、（〃）。测量精度用测量极限误差或测量不确定度来表示！92.检验(verification)检验是判断被测量是否合格的过程。3.检定:calibration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。不要求得出实际测量值。例如用量块来检定千分尺的精度指标等。102.1.2测量基准和尺寸传递系统1.长度单位—m，mm；角度rad2.长度基准—实物基准自然基准1m=1889年（通过巴黎的地球子午线）1650763.73λ1983年（光在真空行程的长度）过渡到113.尺寸传递系统主基准（副基准）工作基准工作器具被测对象图2.1尺寸传递系统国际基准、国家基准。(在一定范围内具有最高计量特性的基准)为了复现“m”，需建立的副基准。它是通过间接或直接对比国家基准而确定其量值并经国家批准的基准副基准——secondarystandard主基准——mainstandard12测量零件所用的计量器具。被测对象——measuringobject

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计量器具。工作基准——workingstandard

工作器具——workingmeasuringinstrument

例如量块、标准线纹尺等。如千分尺、比较仪、测长仪等。

13长度量值传递系统图见图2-2图2-2长度量值传递系统14“米”的发展历史国际单位制的长度单位“米”(meter,metre)起源于法国。1790年5月由法国科学家组成的特别委员会，建议以通过巴黎的地球子午线全长的四千万分之一作为长度单位──米，1791年获法国国会批准。为制造出表征米的量值的基准器，在法国天文学家捷梁布尔和密伸的领导下，于1792～1799年，对法国敦克尔克至西班牙的巴塞罗那进行了测量。1799年根据测量结果制成一根3.5毫米×25毫米短形截面的铂杆(platinummetrebar)，以此杆两端之间的距离定为1米，并交法国档案局保管，所以也称为“档案米”。这就是最早的米定义。

15因“档案米”变形情况严重，于是，1872年放弃了“档案米”的米定义，而以铂铱合金（90％的铂和10％的铱）制造的米原器作为长度的单位。米原器是根据“档案米”的长度制造的，当时共制出了31只，截面近似呈X形，把档案米的长度以两条宽度为6～8微米的刻线刻在尺子的凹槽（中性面）上。

1889年在第一次国际计量大会上，把经国际计量局鉴定的第6号米原器（31只米原器中在0℃时最接近档案米的长度的一只）选作国际米原器，并作为世界上最有权威的长度基准器保存在巴黎国际计量局的地下室中，其余的尺子作为副尺分发给与会各国。16规定在周围空气温度为0℃时，米原器两端中间刻线之间的距离为1米。1927年第七届国际计量大会又对米定义作了严格的规定，除温度要求外，还提出了米原器须保存在1个标准大气压下，并对其放置方法作出了具体规定。

17但是使用米原器作为米的客观标准也存在很多缺点，如材料变形；测量精度不高（只能达0．1μm）。很难满足计量学和其他精密测量的需要。另外，万一米原器损坏，复制将无所依据，特别是复制品很难保证与原器完全一致，给各国使用带来了困难。因此，采用自然量值作为单位基准器的设想一直为人们所向往。20世纪50年代，随着同位素光谱光源的发展。发现了宽度很窄的氪－86同位素谱线，加上干涉技术的成功，人们终于找到了一种不易毁坏的自然标准，即以光波波长作为长度单位的自然基准。181960年第十一届国际计量大会对米的定义作了如下更改：“米的长度等于氪－86原子的2P10和5d1能级之间跃迁的辐射在真空中波长的．73倍”。这一自然基准，性能稳定，没有变形问题，容易复现，而且具有很高的复现精度。我国于1963年也建立了氪－86同位素长度基准。米的定义更改后，国际米原器仍按原规定保存在国际计量局。

19随着科学技术的进步，70年代以来，对时间和光速的测定，都达到了很高的精确度。因此，1983年10月在巴黎召开的第十七届国际计量大会上又通过了米的新定义：“米是1／299792458秒的时间间隔内光在真空中行程的长度”。这样，基于光谱线波长的米的定义就被新的米定义所替代。20实际上，米是被定义为光在以铂原子钟测量的O.5640952秒内走过的距离（取这个特别的数字的原因是，因为它对应于历史上的米的定义——按照保存在巴黎的特定铂棒上的两个刻度之间的距离）。同样，我们可以用叫做光秒的更方便更新的长度单位，这就是简单地定义为光在一秒走过的距离。现在，我们在相对论中按照时间和光速来定义距离，这样每个观察者都自动地测量出同样的光速（按照定义为每0.5640952秒之1米）。没有必要引入以太的观念，正如麦克尔逊——莫雷实验显示的那样，以太的存在是无论如何检测不到的。然而，相对论迫使我们从根本上改变了对时间和空间的观念。我们必须接受的观念是：时间不能完全脱离和独立于空间，而必须和空间结合在一起形成所谓的空间——时间的客体。21角度量值传递系统图见图2-3。图2-3角度量值传递系统22角度不需要建立自然基准（圆周角为3600）以多面体作为角度基准建立角度传递系统。多面体为4、6、8、12、24、36、72等边正多面体，由石英或特种合金钢制成。233.1.3定值长度和定值角度的基准1.量块——分为长度量块和角度量块两类，是精密测量中广泛使用的标准器。长度量块是一种无刻度的标准端面量具。形状多为长方六面体。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2-1所示（见教材）。表2.1成套量块的组合尺寸（摘自CB/T6093—2001）套别总块数级别尺寸系列(mm)间隔(mm)块数1910，10.511.001，1.002，…，1.0091.01，1.02，…，1.491.5，1.6，…，1.92.0，2.5，…，9.510，20，…，100————0.0010.010.10.510119495161024续表2.1成套量块的组合尺寸（摘自CB/T6093—2001）套别总块数级别尺寸系列(mm)间隔(mm)块数2830，1,20.511.0051.01，1.02，…，1.491.5，1.6，…，1.92.0，2.5，…，9.510，20，…，100——————0.010.10.51011149516103460，1,211.001，1.002，…，1.0091.01,1.02,…,1.091.1,1.2,…,1.92,3,…,910，20，…，100——0.0010.0010.1110199981025续表2.1成套量块的组合尺寸（摘自CB/T6093—2001）套别总块数级别尺寸系列(mm)间隔(mm)块数4380，1,211.0051.01,1.02,…,1.091.1,1.2,…,1.91,2,…,910，20，…，100————0.010.111011998105100，10.991,0.992，┅，10.001106100，11，1.001，┅，1.0090.0011026一对平行平面为量块的工作表面(即测量平面)，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晶表面间具有可研合性，以便组成所需尺寸的量块组。量块上标示出的尺寸称为量块的标称尺寸。标称尺寸(即名义尺寸)＜6mm的量块，有数字的一面为上测量面；标称尺寸＞6mm的量块，有数字面的右侧面为上测量面。27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需要的量块尺寸一般量块数目不超过四块。…………第一块………….第二块…………..第三块…………..第四块图2-4量块组合量块的组合方法28（1）有关量块的精度术语①量块长度l(见下图)

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。②量块中心长度lc

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。辅助体的材料和表面质量应与量块相同！29③量块标称长度ln（见下图）

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④任意点的量块长度偏差

e

任意点的量块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–ln30图中

图量块的精度指标

合格条件为⑤量块的长度变动量v量块测量面上任意点中的最大量块长度与最小量块长度之差。其允许值为tv。31

⑥量块测量面的平面度误差

fd(见下图)量块测量面的平面度误差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。其公差为td(见表2-4)。

图平面度误差≤50032（2）量块的精度等级①量块的分级（按GB/T6093-2001）

按量块的制造精度分五级：K、0、1、2、3级，其中K级精度最高，精度依次降低，3级最低。各级的精度指标如表2-2所示。33按级使用量块时，是以量块的标称长度为工作尺寸，即不计量块的制造误差和磨损误差，因此测量精度不高，但使用方便。34②量块的分等(JJG146—2003)（JJG国家计量检定规程）按量块的检定精度分五等，即1、2、3、4、5等。各等的精度指标如表2-3所示。35其中1等量块技术要求最高，5等技术要求最低。低一等的量块尺寸是由高一等的量块传递而来(图2—1)。因此，按等使用量块时，是用量块的实际尺寸，而不是量块的标称尺寸。此时影响量块使用的准确度就不再是量块长度的极限偏差，而是检定量块时的测量总不确定度。量块按“等”使用的测量精度比按“级”使用的高！36（3）量块的使用和检验量块的使用可分

按级使用时，是以量块的标称长度为工作尺寸，不计量块的制造误差和磨损误差。

按等使用时，是以量块经检定后给出的实际中心长度（实际尺寸）尺寸为工作尺寸。它排除了制造误差的影响，提高了测量精度。因此，量块按等使用比按级使用的测量精度要高。按级使用按等使用372.多面棱体

多面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。常见的有4、6、8、12、24、36、72面体等。

如图2-5为正八面棱体，它所有相邻两工作面法线间夹角为450。图2-5正八面棱体

因此，可以用作基准来测量任意的n×450的角度。382.2.1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。量仪+量具1.计量器具分类按其原理、结构和用途分为:2.2计量器具和测量方法基准量具通用计量器具极限量规类检验夹具39（1）基准量具用来校对或调整计量器具，或作为标准尺寸进行相对测量的器具称为基准量具。它可分为如下两种：①定值基准量具：如量块、角度块等；②变值基准量具：如标准线纹刻度尺等；40（2）通用计量器具将被测量转换为可直观观测的示值或等效信息的测量工具称为通用计量器具。它包括如下7类：①游标类量具：游标卡尺、游标高度卡尺、游标角度尺等；②微动螺旋类量具：千分尺、公法线千分尺；③机械比较仪：齿轮杠杆比较仪、扭簧比较仪等；④光学量仪：光学计、光栅测长仪、激光干涉仪等；⑤电动量仪：电感比较仪、电动轮廓仪、容栅测位仪；⑥气动量仪：水柱式气动仪、浮标式气动仪；⑦微机化量仪：微机控制的数显万能测长仪、表面粗糙度测量仪和三坐标测量机等41③机械比较仪机械比较仪是指用机械方法实现原始信号转换的量仪，一般都具有机械测微机构。这种量仪结构简单、性能稳定、使用方便。如指示表、杠杆比较仪等。补充内容：42④光学量仪：是指用光学方法实现原始信号转换的量仪，一般都具有光学放大(测微)机构。这种量仪精度高、性能稳定。如光学比较仪、工具显微镜、激光干涉仪等。激光干涉仪43⑤电动量仪：电动量仪是指能将原始信号转换为电量信号的量仪，一般具有放大、滤波等电路。这种量仪精度高、测量信号经模／数(A／D)转换后，易于与计算机接口，实现测量和数据处理的自动化，如电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪等。电动轮廓仪44⑥气动量仪：气动式量仪是以压缩空气为介质，通过气动系统流量或压力的变化来实现原始信号转换的量仪。这种量仪结构简单、测量精度和效率都高、操作方便，但示值范围小，如水桂式气动量仪、浮标式气动量仪等。差压型低压水柱式气动量仪45⑦微机化量仪微机化量仪是指在微机系统控制下，可实现测量数据的自动采集、处理、显示和打印等功能的机电一体化量仪，如微机控制的数显万能测长仪、电脑表面粗糙度测量仪和三坐标测量机等。三坐标测量机46

(3)量规是没有刻度且专用的计量器具。（极限量规类）

可用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。使用量规检验不能得到工件的具体实际尺寸和形位误差值，而只能确定被检验工件是否合格。如使用光滑极限量规检验孔（塞规）、轴（卡规），只能判定于孔、轴的合格与否，不能得到孔、轴的实际尺寸。47⑷检验夹具（以前称为计量装置）是指为确定被测几何量量值所必需的计量器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。482.计量器具的基本技术指标计量器具的基本技术指标计量器具的基本技术性能指标是合理选择和使用计量器且的重要依棍。常用的计量技术性能指标包括：①刻度间距——②分度值——。③分辨力——④示值范围——⑤测量范围——⑥灵敏度——⑦示值误差——⑧修正值⑨测量结果的重复性⑩测量不确定度49⑴刻度间距：也称标尺间距scalespacing计量器具的标尺或分度盘上相邻两刻线中心之间的距离或圆弧长度称为刻度间距。考虑人眼观察的方便，一般应取刻度间距为1—1.25mm。⑵分度值：valueofscaledivision/scaleinterval计量器具的标尺或分度盘上每一刻度间距所代表的量值称为分度值(i)。一般长度计量器具的分度值有i=0.1mm、0.05mm、O.02mm、0.0lmm、0.005mm、0.002mm、0.001mm等几种。一般来说，分度值越小，则计量器具的精度就越高。50⑶分辨率（resolution;resolvingpower

）：计量器具所能显示的最末一位数所代表的量值。由于在一些量仪(如数字式量仪)中，其读数采用非标尺或非分度盘显示，因此就不能使用分度值这一概念，而将其称为分辨率。例如，国产JCl9型数显式万能工具显微镜的分辨率为0.5μm。(4)示值范围：rangeofindication

计量器具所能显示或指示的被测几何量起始值到终止值的范围称为示值范围。例如机械式测微仪的示值范围为土100μm。51⑸测量范围：measuringrange计量器具在允许的误差限度内所能测出的被测几何量量值的下限值到上限值的范围。一般测量范围上限值与下限值之差称为量程。例如立式光学比较仪的测量范围为0—180mm，也即立式光学比较仪的量程为180mm。52⑹灵敏度：sensitivity计量器具对被测几何量微小变化的响应变化能力称为灵敏度。若被测几何量的变化为Δx，该几何量引起计量器具的响应变化能力为ΔL，则灵敏度S=ΔL/Δx当上式中分子和分母为同种量时，灵敏度也称为放大比或放大倍数。对于具有等分刻度的标尺或分度盘的量仪，放大倍数K等于刻度间距a与分度值i之比K=a/i一般来说，分度值越小，则计量器具的灵敏度就越高。53⑺示值误差errorofindicationofameasuringinstrument计量器具上的示值与被测几何量真值的代数差称为示值误差。一般来说，示值误差越小，则计量器具的精度就越高。⑻修正值correction为消除计量器具的系统误差，用代数法加到测量结果上的值称为修正值。其大小与示值误差的绝对值相等，符号相反。例如，已知某千分尺的零位误差为+0.01mm，则其零位误差的修正