机械精度设计与检测_第02章测量基础知识.ppt

测量技术基础第2章本章重点本章重点测量误差的分类；误差的数据处理本章内容本章内容2.1 测量的基本概念2.2 计量器具和测量方法2.3 测量误差和数据处理测量就是将被测量和一个作为被测量单位的标准量进行比较的过程测量以确定被测对象的量值为目的 ，这里的量值是数和相应单位的组合 1. 长度计量单位 长度单位，以国际单位制的基本长度“米”为长度的基本单位，其英文代号为m（meter），在实际中的计量单位可以以m或其导出单位表示如mm（millimeter=1×10-3m）、μm（micrometer=1×10-6m）、nm（nanometer=1×10-9m）等在机械制造和测量中，多以mm和μm表示 2. 尺寸传递 为了实际应用的方便，必须将以物理常数出现的长度基准复现到实体（线纹尺或量块）上，再经过由高到低的精度传递，直到工程技术中使用的各种测量器具上3.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、国家基准为了复现“m” ,需建立的副基准副基准 ——主基准 ——测量零件所用的计量器具被测对象 —— 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——工作器具——例如量块、标准线纹尺等如千分尺 、比较仪、测长仪等 几何量测量也包括角度的测量，因为在机械制造中也包括一些角度类零件，如各种锥体、分度器、多面棱体等，2.2.2 2.2.2 角度计量单位及其量值传递系统角度计量单位及其量值传递系统(a) (b) 图图2-2 多面棱体(a)和角度量块块(b)3、量块（1） 量块的一般知识量块又名块规，它是一种平面平行的长度端面量具，有长方体（见图2-3）和圆柱体两种形式它是一种精度很高的定值量具（即1块块规只表示一个尺寸），通常用性质较稳定且较耐磨的铬锰类工具钢制造量块是按照一定的尺寸系列成套生产2.2.3 2.2.3 量块及其选用量块及其选用一般是由专门量具厂用多块组成的盒装套件供应有91块组、83块组、46块组、38块组、10块组等多种套别量块的测量面非常平整光洁，具有粘合性，所以可单块使用也可多块粘合在一起使用（粘合方法是用少许压力将两块量块对应的测量面轻轻推合在一起即可）多块使用时，为了不使粘合误差太大，通常不应超过四块2.2.3 2.2.3 量块及其选用量块及其选用使用组合量块校对或测量时,为获得较高尺寸精度,应以最 少的块数组成所需的尺寸。

如：组成尺寸38.965mm，使用83块一套的量块2）量块的尺寸量块中心长度L：量块两平行测量面上中心点连 线的长度量块长度Li： 量块一测量面的任意一点（距边缘0.5mm区域除外）与 其另一测量面相粘合的辅助体（平晶）表面之间的垂直距离 量块标称长度：每块量块的标称长度均刻在该量块的表面上，它是按一定的 比值复现长度单位m的量块长度值，它忽略了加工误差，量块按 级使用时，以此尺寸作为量块的工作寸 量块实际长度：按相应的测量条件对量块进行测量所得到的实际尺寸，此尺寸的精度依测量条件而定量块长度变动量：量块测量面上任意点（距边缘0.5 mm除外）测得的最大最小长度之差量块的实际长度偏差：量块的实际尺寸与标称尺寸之差3）量块的精度我国《长度计量器具（量块部分）检定系统JJG2056—1990》检定规程对量块精度规定若干“级”和“等”量块的分级依据制造量块时规定的长度极限偏差和长度变动量允许值的大小及量块测量面的平面度，将量块的制造精度分为：K、0、1、2、3五级，其中K级精度最高，3级精度最低按级使用时，以量块的标称尺寸为工作尺寸，忽略了量块的制造误差大多数情况下均按级使用量块。

主要依据检定量块时中心长度测量的极限误差（测量的不确定度）和平面平行性允许偏差，将其检定精度分为1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低按等使用时是以检定量块时所得到的量块的实际长度为工作尺寸，忽略的只是测量误差量块的分等1. 计量器具误差计量器具误差是由于计量器具本身内在因素引起的 （1）原理误差原理误差是由于计量器具的测量原理和结构设计不合理造成的此类误差一般为系统误差，加修正值可消除但有时为方便而不消除，因而带来误差2） 阿贝误差阿贝误差是由于在测量中不按阿贝原则进行测量而引起误差是指在设计计量器具或测量工件时，应 该将被测长度与仪器 的基准长度安置在同 一条直线上如图2-9 所示为阿贝测长仪原理图图2-9 阿贝测长仪原理图阿贝原则 ——标准刻 线尺被测刻线尺图2-10 用卡尺测轴， 由于不符合阿贝原则引起的误差为图2-10 用卡尺测轴标准刻线尺被测零件(3) 仪器基准件误差 仪器基准件误差是指量仪的基准件本身的误差如千分尺中测微螺杆的螺距误差、测长仪的刻线尺刻度误差等2. 相对测量中的标准件误差如长度基准量块按级使用3. 测量方法误差1、随机误差：在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的出现没有确定性的规律，即误差的绝对值和误差方向不确定。

但它遵循某种统计规律，如正态分布规律、均匀分布规律等随机误差是由很多未能确切掌握的微小因素所构成，所以其数值通常也很小随机误差决定了测量结果的精密程度（精密度）多次测量同一量时，随机误差通常有相互抵偿的性质，所以可以用取算术平均值的方法，减少随机误差对测量结果的影响测量误差合成对于较重要的测量,不但给出测量结果，还应给出测 量结果的准确程度,即极限误差 简单的测量,测量极限误差可从仪器的使用说明书或 检定规程中查得仪器的测量不确定度 复杂的测量,只能分析测量误差的组成项并计算其数 值,按一定方法综合成测量方法极限误差上述过程 叫测量误差的合成测量误差合成包括直接测量法和间接测量法测量误 差的合成:2.3 测量方法和测量器具的分类2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类测量方法是实验方法之一，它应包括在科学方法论指导下的实验设计、实验操作（获取被测量值）、实验结果数据处理三个不可或缺的阶段但在这里仅就获取被测量值的测量方法进行分类按测量操作中实际获得的测量值是否是实验设计中的被测量2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类直接测量绝对测量相对测量间接测量2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类按同时被测参数的数目可分为单项测量和综合测量单项测量综合测量2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类按测头与被测对象是否接触(是否存在测量力)接触测量非接触测量2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类按被测对象与测头的相对状态静态测量动态测量5、按测量在机械加工中所希望达到的目的，可分为离线测量（被动测量）和测量（主动测量）。

1）离线测量：零件加工完后，脱离加工生产线（或已从机床上取下）的测量，这种测量的目的是发现并剔除废品2）测量：零件仍处于加工生产线上，还没有脱离加工设备的测量，这种测量可以是静态的也可以是动态的其目的是控制加工过程是否继续进行或如何进行，以防止废品的产生2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类6、按测量过程中，测量条件是否改变（通常指人为改变），可分为等精度测量和不等精度测量1）等精度测量：指对某量需重复多次测量时，在测量过程中没有改变测量条件（如人员、设备、环境条件、测量次数等），这种重复多次的测量称为等精度测量2）不等精度测量：指对某量进行多次重复测量时，改变了测量条件，这种重复多次测量称为不等精度测量不等精度测量结果在计算平均值时需考虑权重比2.3.1 2.3.1 测量方法的分类测量方法的分类2.3.2 2.3.2 测量器具的分类测量器具的分类测量器具（measuring instrument）是指专门用于测量的量具、量仪、装置等，根据其结构特点、用途可分为下面四类： Ø 标准量具 Ø 极限量规（专门测量器具） Ø 通用测量器具 Ø 检验夹具 2.3.2 2.3.2 测量器具的分类测量器具的分类1、标准量具2、极限量规（专门测量器具）2.3.2 2.3.2 测量器具的分类测量器具的分类3、通用测量器具2.3.2 2.3.2 测量器具的分类测量器具的分类4、检验夹具2.3.2 2.3.2 测量器具的分类测量器具的分类2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标测量器具的技术指标是选用量具的依据，它们主要有：Ø 刻度间距与分度值Ø 示值范围与测量范围 Ø 示值误差与示值稳定性（示值变动性） Ø 灵敏度与灵敏限（迟钝度） Ø 回程误差 Ø 测量力 Ø 不确定度 1、刻度间距与分度值：(1)刻度间距（scale distance）：量具标尺或刻度盘上相临两刻线间的距离或弧长。

考虑到人的视觉特点，一般为1~2.5 mm，需在运动中观察的仪器仪表应取最大值2)分度值（value of a scale division）：每一刻度间距所代表量值常见尺寸测量器具的分度值一般为1、0.1、0.01、0.001、0.002 mm2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标2、示值范围与测量范围(1) 示值范围（indication range）：测量仪器上所能显示或指示的最低值到最高值的范围2) 测量范围（measuring range）：测量器具所能测量的最大值与最小值的范围2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标3、示值误差与示值稳定性（示值变动性）(1) 示值误差（error of indication）：测量器具显示的数值与被测量的真值之间的差值示值误差可从使用说明书或检定规程中查得，也可通过实验统计确定2) 示值稳定性（variation of indication）：在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次重复测量时，系列测得值的最大差异2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标4、灵敏度与灵敏限（迟钝度）(1)灵敏度（sensitivity）：量仪对被观察量变化的反应能力。

也可用下式定义：式中：S —— 灵敏度——被测量的增量——仪器指示出的增量（示值增量）2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标(2) 灵敏限（sensitivity threshold）：可以引起仪器（指针或读数显示）的读数变化的被测量的最小变动量也就是说，灵敏限表示的是测量仪器对被测量微小变化的不敏感程度2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标5、回程误差（hysteresis error）：当被测的量不变时，在相同条件下，测量器具沿正、反行程在同一点上测量结果之差的绝对值2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标6、测量力（measuring force）：测量过程中，测量头与被测件之间的接触力7、不确定度（uncertainty）：由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度通常用标准差或标准差的倍数来表征不确定度不确定度可以统计方法（A类）和非统计方法（B类）获得其表征值2.4 2.4 测量器具的基本度量指标测量器具的基本度量指标2.5 测量误差和数据处理2.5.1 2.5.1 测量误差的基本概念测量误差的基本概念精密测量时 的观察、瞄准、 读数、记录等对 测量结果的影响 也是不可忽视的 ，所以要求测量 人员要有一定的 技术水平、责任 心和敬业精神。

2.5.2 2.5.2 测量误差产生的原因测量误差产生的原因产生测量误差的原因很多，主要有以下几个方面： 测量 人员测量 方法测量 装置测量 环境测量器具、测量夹具本身的制造误差、零部件的不稳定性、传动摩 擦等因素均会对测量结果产生影响测量环境是指测量所要求的外部条件、氛围，如温度、湿度、气压 、灰尘以及电测中的电路参数、磁场、光照等的变化均会影 响测量结果测量方法是指。