互换性与测量技术基础 第3版 教学课件 ppt 作者 周兆元 02第二章

1、第二章 测量技术基础,【导读】本章主要介绍了包括量值传递系统、量块基本知识、测量用仪器和量具的基本计量参数,测量误差的特点及分类,测量误差的处理方法,测量结果的数据处理步骤等。 通过本章学习掌握有关测量的概念及其四要素；了解“米“的定义及长度量值传递系统的概况；掌握量块的特点、精度和使用；了解角度量值传递系统概况、计量器具的分类；掌握计量器具的基本度量指标、测量方法的分类及其特点；理解测量误差的含义及来源；掌握测量误差的种类及处理原则、随机误差的特点及处理方法、系统误差的处理方法、粗大误差的处理方法和直接测量列数据处理方法。 本章内容涉及的相关标准主要有：GB/T 60932001几何量技术规范（GPS） 长度标准 量块，JJG l462003量块检定规程等。,第一节 概 述,测量是指为确定被测量的量值而进行的实验过程，其实质是将被测几何量L与复现计量单位E的标准量进行比较，从而确定比值q的过程，即 qLE，或LqE。 一个完整的测量过程应包括以下四个要素： (1)测量对象 本课程涉及的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差等。 (2)计量单位 在机械制造中常用的

2、单位为毫米（mm）。在机械图纸上以毫米（mm）为单位的量可省略不写。 (3)测量方法 是指测量时所采用的测量原理、计量器具以及测量条件的总和。 (4)测量精确度 是指测量结果与真值的一致程度。,第二节 长度和角度计量单位与量值传递 一、长度单位与量值传递系统 1984年国务院发布了关于在我国统一实行法定计量单位的命令，决定在采用先进的国际单位制的基础上，进一步统一我国的计量单位，并发布了中华人民共和国法定计量单位，其中规定长度的基本单位为米（m）。 1983年，第十七届国际计量大会正式通过米的新定义如下： “米是光在真空中（1299 792 458）s时间间隔内所经路径的长度。” 1985年，我国用自己研制的碘吸收稳定的0.633m氦氖激光辐射来复现我国的国家长度基准。 机械制造中常用的长度单位为毫米（mm）；1mm10-3m。 精密测量时，多采用微米（m）为单位；1m10-3mm。 超精密测量时，则用纳米（nm）为单位；1nm10-3m。,在实际生产和科研中，不便于用光波作为长度基准进行测量，而是采用各种计量器具进行测量。为了保证量值统一，必须把长度基准的量值准确地传递到生产中应用的

3、计量器具和工件上去。因此，必须建立一套从长度的最高基准到被测工件的严密而完整的长度量值传递系统。我国从组织上自国务院到地方，已建立起各级计量管理机构，负责其管辖范围内的计量工作和量值传递工作。在技术上，从国家波长基准开始。长度量值分两个平行的系统向下传递（见图2-1）：一个是端面量具（量块）系统；另一个是刻线量具（线纹尺）系统。其中以量块为媒介的传递系统应用较广。,二、量块 量块是没有刻度的、截面为矩形的平面平行的端面量具。量块用特殊合金钢制成；如图所示：,量块的组成：两个测量面和四个非测量面。,量块长度Li：从量块一个测量面上任意一点（距边缘0.5mm区域除外）到与此量块另一个测量面相研合的面的垂直距离。,中心长度L：从量块一个测量面上中心点到与此量块另一个测量面相研合的面的垂直距离,表2-1列出了其中两套量块的尺寸系列。,根据不同的使用要求，量块做成不同的精度等级。划分量块精度有两种规定：按“级”划分和按“等”划分。,国标GB/T60932001按制造精度将量块分为00，0，1，2，3和K级共六级，精度依次降低。 量块按“级”使用时，是以量块的标称长度为工作尺寸的，该尺寸包含了量块

4、的制造误差，它们将被引入到测量结果中。但因不需要加修正值，故使用较方便。,国家计量局标准JJGl462003 量块检定规程按检定精度将量块分为16等，精度依次降低。 量块按“等”使用时，不再以标称长度作为工作尺寸，而是用量块经检定后所给出的实测中心长度作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，仅包含检定时较小的测量误差。,量块在使用时，常常用几个量块组合成所需要的尺寸，如图2-2b所示。组合量块时，为减少量块组合的累积误差，应力求使用最少的块数获得所需要的尺寸，一般不超过4块。可以从消去尺寸的最末位数开始，逐一选取。 例如，使用83块一套的量块组；从中选取量块组成33.625mm。查表2-1，可按如下步骤选择量块尺寸： 33.625 量块组合尺寸 1.005 第一块量块 32.62 1.02 第二块量块尺寸 31.6 1.6 第三块量块尺寸 30 第四块量块尺寸,三、角度单位与量值传递系统 角度也是机械制造中重要的几何参数之一。 我国法定计量单位规定平面角的角度单位为弧度（rad）及度（o ）、分（）、秒（）。 1 rad 是指在一个圆的圆周上截取弧长与该圆的半径相等时所对应的中心平面

5、角。 1o (180)rad。 度、分、秒的关系采用60进位制，即 1o60, 160。,以多面棱体为基准的角度量值传递系统如图2-4所示。,以多面棱体(见图2-3)作为角度基准来建立角度传递系统。,四、角度量块 角度量块有三角形和四边形两种，如图2-5所示。,第三节 计量器具与测量方法 一、计量器具的分类 计量器具可按用途、结构和工作原理分类。 1按用途分类,标准计量器具,通用计量器具,专用计量器具,指测量时体现标准量的测量器具。通常用来校对和调整其他计量器具，或作为标准量与被测几何量进行比较。如线纹尺、量块、多面棱体等。,指通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸（或其他几何量），并能获得具体读数值的计量器具。如千分尺、千分表、测长仪等。,指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。如量规，圆度仪，基节仪等。,2按结构和工作原理分类,机械式 计量器具,光学式 计量器具,气动式 计量器具,电动式 计量器具,光电式 计量器具,指通过机械结构实现对被测量的感受、传递和放大的计量器具。如机械式比较仪；百分表和扭簧比较仪等。,指用光学方法实现对被测量的转换和放大的计量器具。如光学比较仪、投影

6、仪、自准直仪和工具显微镜等。,指靠压缩空气通过气动系统时的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具。如水柱式和浮标式气动量仪等。,指将被测量通过传感器转变为电量，再经变换而获得读数的计量器具。如电动轮廓仪和电感测微仪等。,指利用光学方法放大或瞄准，通过光电元件再转换为电量进行检测，以实现几何量的测量的计量器具。如光电显微镜、光电测长仪等。,二、计量器具的基本度量指标 （1）分度值（刻度值）i 是指在测量器具的标尺或度盘上，相邻两刻线间所代表被测量的量值。,如千分表的分度值为0.001mm，百分表的分度值为0.01mm。对于数显式仪器，其分度值称为分辨率。一般说来，分度值越小，计量器具的精度越高。,分度值（刻度值）i,（2）刻度间距c 是指计量器具的刻度尺或度盘上相邻两刻线中心之间的距离。 为便于目视估计，一般刻度间距为0.752.5mm。,刻度间距c,（3）示值范围 是指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。 如光学比较仪的示值范围为0.1mm。,示值范围,（4）测量范围 是指计量器具所能测量零件的最小值到最大值的范围。 如光学比较仪的测量范围为0180mm。如某一千

7、分尺的测量范围为75100mm。,测量范围,（5）灵敏度 是指计量器具对被测量变化的反应能力。若被测量变化为L，计量器具上相应变化为x，则灵敏度S为： S=xL (2-1) 当x和L为同一类量时，灵敏度又称放大比，其值为常数。放大比K可用下式来表示 K=ci (2-2) 式中 c计量器具的刻度间距； i计量器具的分度值。 （6）测量力 是指计量器具的测头与被测表面之间的接触力。在接触测量中，要求要有一定的恒定的测量力。测量力太大会使零件或测头产生变形，测量力不恒定会使示值不稳定。,（7）示值误差 是指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。 （8）示值变动 是指在测量条件不变的情况下，用计量器具对被测量测量多次(一般510次)所得示值中的最大差值。 （9）回程误差（滞后误差） 是指在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，计量器具示值的最大变动量。 （10）不确定度 是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。不确定度用极限误差表示，它是一个综合指标，包括示值误差、回程误差等。如分度值为0.0lmm的千分尺，在车间条件下测量一个尺寸小于50mm的零件时，其不确定度为0.00

8、4mm。,三、测量方法的分类,测量,直接测量,间接测量,测量,绝对测量,相对测量,测量,单项测量,综合测量,测量,接触测量,非接触测量,测量,在线测量,离线测量,测量,等精度测量,不等精度测量,三、测量方法的分类 1直接测量和间接测量 直接测量是指直接从计量器具获得被测量的量值的测量方法比较仪测量轴径。 如用游标卡尺、干分尺或比较仪测量轴径。 间接测量是指测量与被测量有一定函数关系的量，然后通过函数关系算出被测量的测量方法。 如测量大尺寸圆柱形零件直径D时，先测出其周长工，然后再按公式D=L/求得零件的直径D。 为减少测量误差，一般都采用直接测量，必要时才采用间接测量。,2绝对测量和相对测量 绝对测量是指被测量的全值从计量器具的读数装置直接读出。 如用测长仪测量零件，其尺寸由刻度尺上直接读出。 相对测量是指计量器具的示值仅表示被测量对已知标准量的偏差，而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的代数和。 如用比较仪测量时，先用量块调整仪器零位，然后测量被测量，所获得的示值就是被测量相对于量块尺寸的偏差。 一般说来，相对测量的测量精度比绝对测量的测量精度高。,3单项测量和综合测量 单项测量是

9、指分别测量工件的各个参数的测量。如分别测量螺纹的中径、螺距和牙型半角。 综合测量是指同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格。如用螺纹量规检验螺纹的单一中径、螺距和牙型半角实际值的综合结果，即作用中径。 单项测量的效率比综合测量低，但单项测量结果便于工艺分析。,4接触测量和非接触测量 接触测量是指计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量。 如用卡尺、千分尺测量工件。 非接触测量是指计量器具的测头与被测表面不接触的测量。 如用气动量仪测量孔径和用显微镜测量工件的表面粗糙度。 接触测量有测量力，会引起被测表面和计量器具有关部分产生弹性变形，因而影响测量精度，非接触测量则无此影响。,5在线测量和离线测量 在线测量是指在加工过程中对工件的测量。 其测量结果用来控制工件的加工过程，决定是否需要继续加工或调整机床，可及时防止废品的产生。 离线测量是指在加工后对工件进行的测量。 主要用来发现并剔除废品。 在线测量使检测与加工过程紧密结合，以保证产品质量。因而是检测技术的发展方向。,6等精度测量和不等精度测量 等精度测量是指决定测量精度的全部因素或条件都不变的测量。 如由同一人员，使用同一台仪器，在同样的条件下，以同样的方法和测量次数，同样仔细地测量同一个量的测量。 不等精度测量是指在测量过程中，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的测量。 如上述的测量当改变其中之一或几个甚至全部条件或因素的测量。 一般情况下都采用等精度测量。不等精度测量的数据处理比较麻烦，只运用于重要的科研实验中的高精度测量。,第四节 测量误差 一、测量误差的概念 测量误差，是指测得值x与真值Q之差，即 xQ （2-3） 由式（2-3）所表达的测量误差，反映了测得值偏离真值的程度，也称绝对误差。由于测得值x可能大于或小于真值Q，因此测量误差可能是正值或负值。若不计其符号正负，则可用绝对值表示 |=|xQ| 这样，真值Q可用下式表示 Qx

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