第9章 各种物理量的测试计量(中)PPT课件

第九章各种物理量的测量(中)、9.1几何量测量、9.2温度测量、9.3力学测量练习、9.1几何量测量、9.1.1几何量测量技术发展概述几何量测量技术的发展历史悠久，是最早形成的测量科学领域的一部分。现代几何测量技术发展迅速。与过去相比，无论是测量标准、工作测量仪器还是测量方法都有了很大的进步，甚至发生了根本性的变化。早期加工的量具和量具零件形状相对简单，精度要求不高。当时使用的测量仪器是有代表性的测量仪器，如竹木直尺或钢尺，其分度值最低只能达到0.5毫米。随着工件形状的逐渐复杂化和精度的提高，这种低精度的线尺已不能满足测量要求。19世纪初，游标卡尺出现了。游标卡尺用于估算主尺划线的小数部分，将分度值减小到0.1毫米，然后减小到0.05毫米甚至0.02毫米。1867年，基于螺旋微动原理的千分尺出现，分度值为0.01毫米。为了校对仪器并统一数值，1895年出现了测量块。量块的出现极大地推动了基于比较测量的各种测量工具和量具的发展。在20世纪初，生产了一种分度值为0.01毫米的千分表、一种分度值为0.001毫米的千分表和一种千分尺。到20世纪30年代，出现了0.2m扭簧测量仪和扭簧比较仪。然后，各种类型的光学和机械仪器被开发和生产，如阅读显微镜，工具显微镜，投影仪，光学仪表，长度测量仪等。20世纪60年代末70年代初，电子测量仪器得到了发展，如电子千分尺、电子轮廓仪和三坐标测量机。然而，20世纪80年代以光、机、电、计算机为特征的测量仪器的出现、普及和应用，将几何测量带入了一个全新的阶段。在举行的1889年公制国际计量大会上，铂铱合金仪表刻度上两条刻线之间的距离被用作1m的定义值。这种仪表称之为国际仪表。作为长度单位的物理标准，国际大米原型已经使用了71年。其相对精度约为千万分之一，即1m的测量精度约为0.1m。到20世纪中叶，这种精度还不够，不仅影响了自然科学的发展，也不能满足机械制造，特别是精密机械制造等行业的要求。1960年，国际计量会议通过了“米等于辐射真空波长长度的1650763.73倍，相当于86Kr原子在2P10和5d6能级之间的跃迁”的定义。与此同时，它废除了基于1889年原始仪表组的仪表定义。根据这个定义，1米的精度是十亿分之四。这意味着一个长度为5厘米或4毫米的固定物质在1000公里的长度测量中没有一个原子的差别。显然，基于原子辐射的单色波长的仪表的新定义远远优于仪表的原始定义。因为原子辐射的波长是物质本身的一种属性，是一种自然现象，它能保证强度的高度稳定性。此外，自然界中的氪原子是取之不尽用之不竭的，仪表的定义可以在任何地方实现，而不用像物理标准一样担心被损坏。1960年，出现了单色性好、相干性强、能量集中、方向性好的激光器。自1969年以来，激光在真空中获得的光速为299792458米/秒，比以前精确了100倍。1983年10月20日，在法国巴黎举行的第17届国际计量大会上，米的新定义：米被正式采用。它是光在真空中以1/299792458秒的时间间隔通过的距离。真空中的光速被视为一个固定的基本物理常数，因此长度测量可以从t1导出在这五条谱线中，CH4饱和吸收频率稳定的氦氖激光辐射光谱再现精度最高，波长为3392231397.0fm，相对不确定度为1.310-10。，与此同时，国际计量委员会强调，水稻新定义的复制并不排除已经使用的86Kr、198Hg和114Cd谱线，但它们的不确定性要低得多。例如，86Kr的不确定度是410-9。9.1.2几何量测量的基本原理为了保证测量的正确和可靠，人们在测量实践中总结了几何量测量的基本原理，即阿贝原理、闭合原理、最小变形原理、最短测量链原理和统一基准原理。，1。阿贝原理阿贝原理是几何测量中最基本的原理。对于长度测量，主要是两点之间的最短直线距离或点、线、面与线或面之间的最短距离。连接两点的直线或距离最短的直线称为测量的测量线。对于标准量，它被称为测量线。因此，长度测量本质上是将被测量物体上的被测量线的长度与被测量线的标准长度进行比较的过程。因此，在长度测量中，被测线和被测线的方向必须根据一定的测量原理来确定，这就是阿贝原理。阿贝原理是由德国科学家阿贝提出的，所以它被称为阿贝原理。该原理指出，被测线应与测量线重合，或应在其延长线上，或被测线与测量线应串联排列，因此阿贝原理又称为串联原理。在一般测量过程中，尽可能不要违反阿贝原则。可以证明，按照阿贝原理进行长度测量所引起的所有测量误差都是次要的微小误差。然而，不符合阿贝原理的长度测量引起的测量误差是线性误差，通常称为阿贝误差。2。闭合原理圆周分度误差的测量是角度测量的重要组成部分。在圆周分度中，初始刻划线(0)和最终刻划线(360)总是重合的，也就是说，圆周分度是闭合的，这是圆周分度的闭合特征。圆周分割是通过将整个圆360等分来获得的。圆周分度误差是利用圆周分度的封闭特性获得的。圆周分度端到端的间隔误差之和为零，这是分度误差的闭合条件。根据圆周分度的密封特性，测量的密封原理为：如果满足密封条件，圆周分度间隔误差之和必须为0。，密封原理给许多测量带来了方便，尤其是角度测量。例如，在多面体棱镜的验证中，可以利用密封原理在没有高精度标准的情况下实现自验证。在通用齿轮测量仪上测量齿轮圆周累积误差时，使用密封原理比绝对测量更方便、简单。3.最小变形原理在测量过程中，当被测物体和测量仪器的零件由于重力、热膨胀和内应力等影响而变形时，会影响测量结果的准确性。例如，在接触测量中，由测量力引起的接触变形、大尺寸物体水平放置时自重引起的弯曲变形以及由不均匀加热引起的局部热变形都会带来测量误差。因此，为了使测量结果准确可靠，在测量过程中应尽量减小各种原因引起的变形，这是长度测量中最小变形的原则。4。最短测量链原理在精密测量中，被测的微小变化是肉眼无法直接观察到的，只有借助测量仪器将微小变化转化为可观察到的测量信号才能实现测量。测量系统中提供与输入量有给定关系的输出的部件称为测量传感器或测量仪器的转换单元。完整的组件m在测量中，我们应该努力统一三个标准，以减少测量误差。9.1.3几何量规任何物体都有一定的几何形状，如直线、平面、曲面、多面体、圆锥体、球体等。表征这些物体几何形状的参数可以概括为一般参数、形状和位置参数、微观参数和波度。常见参数包括长度、宽度、高度、曲率半径、直径、距离和角度。形状和位置参数包括直线度、平面度、圆度、圆柱度、轮廓、平行度、同轴度、对称性和跳动量等。微观参数主要指微观几何形状误差，即表面粗糙度。几何量的测量是指上述参数的测量。为了保证参数值的统一，有必要建立相应的值传递系统。根据现代几何量传输系统的建立，上述参数可分为五类：长度、线型、角度、平整度和粗糙度。因此，几何量的传递也可以分为五种传递系统，即长度、线型、角度、平整度、粗糙度等传递系统。以下重点介绍每个传输系统中的主要标准设备。1。长度规量块规，也称为量块规，具有矩形或圆形横截面。它是一种高精度单值规，其工作长度由两个平行测量平面之间的距离决定。它是长度值传递系统中的基本标尺。图9.1.1矩形量块有多种类型的量块，圆柱形和矩形。中国制造的量块都是长方形长方块(如图9.1.1所示)。量块包括钢量块、应时量块和玛瑙量块。最常见的量块是钢制量块。量块不仅用作长度测量工具，也是保存和传递长度单位的基准之一。通过它，机械制造中各种成品和零件的尺寸与国家和国际大米定义标准所复制的长度相联系，从而达到统一全国乃至世界长度值，实现互换的目的。1)量块的基本特性量块的基本特性包括：(1)稳定性。稳定性是指量块的实际长度随时间变化的程度。在一定时间内，轨距长度的变化不应超过一定范围。表示为一年内1m长量块的变化。量块制造技术要求中规定了各级量块的稳定性。如：0级量块长度的年变化不超过0.5 m，1 1m级量块长度的年变化不超过1m等。(2)耐磨性。在使用中，量块经常与其他物体接触，或者量块相互研磨在一起，这将使测量表面磨损。量块测量面的磨损会降低量块的尺寸精度，缩短量块的使用寿命。为了减少量块的磨损，要求其测量表面具有足够的耐磨性。耐磨性主要取决于原材料和热处理工艺。常见的原材料有铬锰钢、铬钢和轴承钢。应时具有良好的稳定性、耐磨性和耐腐蚀性，但价格昂贵且难以加工。此外，温度膨胀系数小(与普通测量对象钢相比)，因此不适合制造工作负荷块。，以及(3)兼容性。量块与量块或量块与平面晶体相互推动或附着形成一个整体的特性称为研磨。由于量块具有良好的可磨性，可以用多个量块形成所需的尺寸，从而将单值量块变为多值量块，扩大了量块(4)线膨胀系数的测量范围。在相对测量中，量块作为标准量与待测工件进行比较。一般来说，被测工件由钢制成，其线膨胀系数约为(11.353)10-6/。这要求量块的线性膨胀系数接近它，以减少由环境温度之间的差异引起的测量误差量块的等级代表量块的制造精度，另一个代表量块的测量精度。量块被分级和分级的原因是量块的测量精度远远高于量块的制造精度。量块的测量尺寸(或尺寸偏差)通过使用高精度测量方法来确定，并且在使用时通过添加校正量来提高量块的测量精度。量块的使用分为以下几项：(1)根据量块的标准值使用：量块的测量长度，并从检定证书中检查该量块的测量值。在精密测量中，使用等压可以提高测量精度。(2)根据等级使用：量块的标称值。只需在检定证书上检查量块属于哪个等级，并将等级的允许偏差视为不确定性。由于使用方便，在低精度要求的测量中经常使用分步使用。(3)组合使用：通过研磨将几个量块组合在一起，并以相同或等级使用。当组合测量时，通常需要从所需长度的最小位数开始从一组备用量块(组)中进行选择，以最小化所选量块的数量。当组合后分阶段使用时，量块尺寸等于每个单个量块的标称值之和；当根据同一标准组合使用时，量块长度的偏差是每个单个量块偏差的代数和。2。线程档案器最常用的线程档案器是线程档案器。线尺是一种多值测量工具，具有等分刻度。这是一个高精度的基准和标准设备，可根据标尺表面上任意两条线或标记之间的垂直距离来再现长度。线尺的横截面形状有x形、h形和u形(如图9.1.2所示)。(b)h型。(三)U形。(1)标准玻璃丝尺。标准玻璃线尺分为一级和二级。它是由光学玻璃F6制成的。为了保护线条的清晰度，附加了相同尺寸的保护玻璃。由于一、二级直线尺负责高精度测量仪器和精密机床的量值传递，对线膨胀系数、稳定性和精度有较高的要求。 (2)标准线尺。标准金属线尺分为一级、二级和三级。1级和2级标准金属线尺的横截面为工字形。建议使用因瓦钢或低碳钢(镀镍或镀铬)作为一级和二级标准钢尺。三等标准金属线尺主要用于检定钢尺、管尺等低精度线测量仪器。，3.角度标准本质上不同于正多面体棱镜、多齿分度台和角度块的角度和长度。一整圈对应的中心角为360，这是角度的客观自然参考。任何角度都可以通过等分圆得到。角度校准器有正多面体棱镜、多齿分度台和角度块。1)规则多面体棱镜多面体棱镜是一种常用的圆形分度标准。它以棱镜圆柱面上每个工作面的法线形成的夹角为工作角(如图9.1.3所示)。相邻工作面法线夹角的标称值相同的多面体称为正多面体。在角度测量中，通常只使用正多面体棱镜。使用时，不要求与被测件严格同心；棱镜本身具有圆周密封的特性，因此容易获得较高的测量精度。多面体棱镜主要用于验证测角仪、光学分度头、低精度多齿分度台等仪器的分度误差。正多面体的常见规格包括8、12、24、36和72个面。根据制造精度(偏差)和验证精度，分为一级正多面体和二级正多面体。(2)多齿分度