中南大学互换性与测量技术基础课件------第2章测量技术基础

1、第2章，测量的基本概念，测量仪器和测量方法，测量误差和数据处理，测量仪器的选择，第1节，测量的基本概念，所谓的“测量”是一个实验过程，将被测量的量与作为单位或标准的量进行比较，从而确定它们之间的比率。如果测量为L，标准量为E，那么测量就是确定L是E的多少倍，也就是说，确定q=L/E的比值，最后得到测量的L的大小，即L=qE。完整的测量过程应包括：为了满足机械产品的功能要求，在可靠性、使用寿命、运动精度等方面的设计正确合理地完成后，还应进行加工装配工艺的制造工艺设计，即确定加工方法、加工设备、工艺参数、生产流程和检测手段。其中，一个特别重要的环节是质量保证措施中的精度检测。有四个要素：1 .长度

2、基准。2.长度值的传输和测量。1983年第17届国际计量大会采用了世界统一使用的公制长度基准，以米为长度基准。米的定义：米是光在真空中以1/299 792 458秒的时间间隔行进的距离。二是长度值的传递，在实际应用中，光波不能直接作为长度测量的参考。目前，在实际工作中，线尺和量块是两种实体基准。有两个传输系统用于实际使用各级长度基准的标准测量值，并且传输测量单位和角度值。角度测量也属于长度测量的范畴。弧度可以通过长度比来获得，并且圆周角度被定义为360，因此没有必要为角度建立自然基准。然而，在实际应用中，为了满足稳定性和测量的需要，角度值基准和角度值传输系统仍然建立。量块的组成：它有两个测量面

3、和四个非测量面。两个平行测量面之间的距离是量块的工作长度，称为标称长度(量块上标记的长度)。量块的一个测量面上的任意点到与量块的另一个测量面重叠的平面的垂直距离称为量块长度Li。从量块的一个测量面的中心点到与量块的另一个测量面重叠的平面的垂直距离称为量块的中心长度。图2-4量块，量块的用途：量块广泛应用于各级机械制造商和计量部门。它常作为尺寸传递的长度标准和测量仪器示值误差的检定标准，也可作为测量精密机械零件和调整精密机床夹具的尺寸基准。量块精度(等级):根据制造精度，GB/T60932001将量块分为0、1、2、3、k 5个等级，取消原标准中的00级，精度最高的为0级，精度最低的为3级，校准

4、等级为k级(用于校准0、1、2级)。主要根据量块长度的极限偏差、测量表面的平整度和粗糙度、量块的研磨性能等指标来划分。当量块按“等级”使用时，量块的标称长度作为工作尺寸，包括量块的制造误差，并将被引入测量结果中。因为不需要添加修正值，所以使用起来更方便。测量块的精度(等):根据检定精度，量块分为五个等级，即1、2、3、4、5等。其中一级精度最高，五级精度最低，“相等”主要根据测量量块中心长度的极限偏差和平面平行度的允许偏差来划分。测量块：的“等级”和“相等”是从两个不同角度划分其精度的两种形式：批量制造和单次验证。根据“等级”使用时，标在t为了用更少的块阵列合成所需的尺寸，测量块应按照一定的尺

5、寸系列成套生产和供应。国家标准规定了17系列成套量块，每套的数量为91、83、46、38、10等。组装量块时，为了减少量块组合的累积误差，应尽可能减少量块组合块数，一般不超过4块。选择测量块时，应从所需组合尺寸的最后一个数字开始，并从每个选定的块中减去所需尺寸的至少一个尾数。量块的选择：1。量块必须在有效期内，否则应及时送专业部门验证。2.使用环境良好，防止各种腐蚀性物质和灰尘损坏测量表面，影响其附着力。3.区分量块的“水平”和“水平”，注意使用规则。4.选择的量块应使用航空汽油清洗，并用干净的软布擦干，在量块温度与环境温度相同之前，不得使用。5.轻拿轻放重物，防止碰撞和掉落。6.请勿用手直接

6、触摸量块，以免汗液腐蚀量块，手温影响测量精度。7.使用后，用航空汽油清洗用过的块，干燥，涂上防锈油脂，存放在干燥的地方。第3节测量仪器的分类它是一种具有固定形式的仪器，用于复制或提供一个或多个已知值。根据不同的用途，量具可以分为以下几类：单值量具只能反映单值量具。它可用于校准和调整其它测量仪器，或直接与被测仪器作为标准量进行比较。例如测量块、角度测量块等。多值测量工具可以反映一组相同值的测量工具。它还可以校对和调整其他测量仪器或直接与被测仪器进行比较作为标准量。如直尺、90度直尺等。专门用于测试特定参数的专用测量工具。常见的有：检查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的螺纹量规

7、、判断复杂形状表面轮廓合格的检验模板、通过模拟装配通过测试装配精度的功能量规等。通用测量工具在中国，通常把结构简单的测量仪器称为通用测量工具。如游标卡尺、外径千分尺和千分表。测量仪器的技术性能指标和测量工具的标称值标在测量工具上，以表明其特性或指导其使用。如量块上标注的尺寸、十字线上标注的尺寸、角度量块上标注的角度等。刻痕间距测量标尺或刻度盘上两条相邻刻痕线中心之间的距离。为了便于阅读，通常将其制成间距为0的等距划线。752.5毫米.在分数值测量仪器的刻度上，由两个相邻的划线表示的数值之间的差值。如果外径千分尺的差动圆柱上相邻两个刻线所代表的值之差为0.01毫米，则测量仪器的分度值为0.01毫

8、米。分度值是测量仪器可以直接读取的最小单位值，它反映了读数精度，从一个方面说明了测量仪器的测量精度。表示测量仪器指示的测量值。指示范围是由测量仪器显示或指示的从最低值到最高值的范围。例如，机械比较仪的指示范围为-0.10.1毫米(或0.1毫米)，如图所示。测量范围在允许的不确定度范围内，测量仪器能够测量的测量值的下限值在上限值范围内。例如，外径千分尺的测量范围为025毫米和2550毫米，机械比较仪的测量范围为0180毫米，如图所示。测量力在接触测量过程中，测量仪器的测量头之间的接触压力它反映了测量仪器的工作稳定性。指示误差测量仪器的指示值和测量的真值之间的差值。示值误差是测量仪器各种误差的综合

9、反映。因此，仪表指示范围内不同工作点的指示误差不同。一般来说，测量仪器的示值误差可以通过具有适当精度的量块或其他测量标准来验证。不确定性是指由于测量误差的存在，所测量的几何量不确定的程度。它直接反映了测量结果的可信度。第四节测量方法的分类：1 .根据被测量(参数)是否为待测量，直接测量待测量的值或从测量仪器的读数装置获得的标准值的偏差。例如，用游标卡尺和外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸。间接测量首先测量与待测量有一定函数关系的相关量，然后根据相应的函数关系得到待测量的测量结果。例如，用“弦高法”测量大尺寸圆柱体的直径，直径d的实际值可以从弦长s和弦高h的测量结果中得到，如图所示。从

10、图中可以看出，2 .根据测量结果的不同读数对绝对测量进行分类，从测量仪器中直接获得被测参数的整数值的测量值。例如，用游标卡尺测量零件的轴直径。将相对测量值与相同的已知量(通常为测量标准量)进行比较，该已知量与其值仅略有不同，并获得测量值与已知量之间的相对偏差。例如，比较器的量块归零后，测量轴的直径，比较器的指示值是量块和轴直径之间的差值。3。根据被测零件表面与测量仪探头之间是否存在机械接触，在接触测量仪探头与零件被测表面接触后，测量机械力。如用外径千分尺和游标卡尺测量零件。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能会引起测量仪器和被测零件的变形，导致测量误差，也可能会对被测零件的表面质量造

11、成损害。非接触式测量仪的传感元件不与被测零件的表面直接接触，因此不存在机械测量力。非接触式测量仪器主要利用光、气、电、磁作为传感元件来接触被测零件的表面。如干涉显微镜、磁性测厚仪和气动测厚仪。4、根据测量在分类过程中的作用，在测量过程中主动测量。测量结果直接用于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，是否需要调整，这样可以及时防止废品的发生，所以也叫主动测量。被动测量：加工后的测量。结果仅用于发现和剔除废品，因此被动测量也称为被动测量。5、根据同时在零件上测量的参数数量，单次测量独立地测量零件的单个参数，不相互接触。例如，分别测量齿轮的齿厚、齿廓和齿距。该方法通常用于量规校

12、准、过程间测量或过程分析、机床调整等。综合测量和检测零件几个相关参数的综合效果或综合参数，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，用螺纹量规检查螺纹虚拟中径等。最终检验一般采用综合测量，测量效率高，能有效保证互换性，应用广泛例如，由同一个人，用同样的仪器，在同样的环境中，以同样的方式，仔细测量同样的量。一般来说，为了简化测量结果的处理，通常采用等精度测量。事实上，绝对同等精度的测量是不可能的。不等精度测量在测量过程中，决定测量精度的所有因素或条件都可能全部或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，所以在重要的科研实验中一般用于高精度测量。第5节测量误差和数据处理，1。测量

13、误差概述，1。测量误差的概念对于任何测量过程，由于测量仪器和测量条件的限制，不可避免地会有大的或小的测量误差。因此，每一个实际测量值都只是在一定程度上接近被测几何量的真值，而实际测量值与被测几何量的真值之间的差异称为测量误差。测量误差可以表示为绝对误差或相对误差。相对误差是指绝对误差(绝对值)与真值的比值。由于无法得到真值，在实际应用中，经常使用被测几何量的测量值x来代替真值进行估计。在公式中，f是相对误差。相对误差是一个无量纲值，通常用百分比表示。绝对误差是指被测几何量的测量值与其真值之间的差值，即公式中的绝对误差；x被测几何量的测量值；被测几何量的真实值。绝对误差可以是正的或负的，也就是说

14、，测量的几何量可以表示为。2.测量误差的来源。产生测量误差的原因有很多，主要有：(1)测量仪器误差：由测量仪器的设计、制造和使用引起的各种误差。为了简化结构，测量仪器的设计不符合“阿贝原理”，即“在设计测量仪器或测量工件时，被测长度和参考长度是沿测量轴或直线排列的。”千分尺的设计符合阿贝原理。也就是说，两个测量点之间的尺寸线与标尺(参考长度)一致，从而提高了测量精度。然而，游标卡尺的设计不符合“阿贝原理”，游标卡尺的测量长度与参考尺平行排列。在测量过程中，卡尺的活动爪倾斜一定角度，导致测量误差，测量仪器零件的制造和装配误差也会导致测量误差。使用中的测量仪器零件变形、滑动面磨损、接触测量的机械测

15、量力等。也会产生测量误差。(2)参考误差：指参考量本身存在的误差。例如，量块的制造误差、标尺的标记误差等等。(3)测量方法误差：指由于测量方法不完善(包括计算公式不准确、测量方法不当和工件安装不合理)而引起的误差。例如，通过直接测量和间接测量来测量相同的几何量会产生不同的方法误差。(4)环境误差：指测量过程中由于环境条件不符合标准条件而引起的误差。例如，温度、湿度、气压、照明等。不符合标准，测量仪器上有灰尘和振动引起的误差。(5)人为误差：指测量人员的主观因素(如技术熟练程度、分辨能力、思维和情绪等)造成的误差。)，例如，测量仪器调整不正确、数值读数错误等造成的误差。根据测量误差的特点和性质，可将其分为三类：系统误差、随机误差和粗差。系统误差：是指在一定的测量条件下，同一数值被多次测量时，绝对值和符号保持不变或绝对值和符号按一定规律变化的测量误差。随机误差：指绝对值和符号以不可预测的方式变化时的测量误差粗差：指在一定测量条件下超出预测的测量误差，即明显扭曲测量结果的测量误差。有粗差的测量值称为异常值，其值相对较大。重大误差有主客观原因，如测量人员的疏忽造成的读数误差，也有客观原因，如外部突然振动造成的测量误差。2.随机错误1。随机误差的分布规律和特征，可通过试验方法确定。实践表明，在大多数情况下，随机误差符合正态分布。为了便于理解