第二章长度测量基础

1、v一、测量的基本概念测量的基本概念v二、尺寸传递尺寸传递v三、测量仪器与测量方法的分类测量仪器与测量方法的分类v四、测量技术的部分常用术语四、测量技术的部分常用术语v五、常用长度测量仪器五、常用长度测量仪器v六、坐标测量机中的光栅与激光测量原理六、坐标测量机中的光栅与激光测量原理v七、探针扫描显微镜简介七、探针扫描显微镜简介v八、测量误差和数据处理v九、计量器具的选择一、测量的基本概念一、测量的基本概念1、测量过程、测量过程 包括测量对象、计量单位、测量方法与计量器具包括测量对象、计量单位、测量方法与计量器具以及测量精度等方面。测量对象主要是几何量，包以及测量精度等方面。测量对象主要是几何量，

2、包括长度、角度、表面粗糙度、形状与位置误差以及括长度、角度、表面粗糙度、形状与位置误差以及螺纹、齿轮等较复杂零件的几何参数等。螺纹、齿轮等较复杂零件的几何参数等。 2、长度基准、长度基准 在法定计量单位制中，长度的基本单位是在法定计量单位制中，长度的基本单位是m；在机；在机械制造中，常用的单位为械制造中，常用的单位为mm和和m；在精密测量时，；在精密测量时，多以多以m为单位。为单位。 二、尺寸传递二、尺寸传递（一）量块（一）量块1、量块概述：量块是一种没有刻度的平面平行端面量具，用、量块概述：量块是一种没有刻度的平面平行端面量具，用膨胀系数小、不易变形、耐磨性好的材料制成，如铬锰钢。膨胀系数小

3、、不易变形、耐磨性好的材料制成，如铬锰钢。量块的形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体量块。量块的形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体量块。量块是一种重要的标准器，应用广泛。量块是一种重要的标准器，应用广泛。2、量块的精度等级、量块的精度等级量块按制造技术要求分为量块按制造技术要求分为5级，即级，即0，1，2，3 ，k级。精度依级。精度依次降低。次降低。 K级为校准级。级为校准级。量块又按其检定精度量块又按其检定精度(即中心长度的测量极限误差即中心长度的测量极限误差)和平面平行和平面平行度允许偏差分为度允许偏差分为1、2、3、4、5等。其中等。其中1等精度最高，其等精度最高，其余各等依次

4、降低。余各等依次降低。二、尺寸传递二、尺寸传递（一）量块（一）量块量块按量块按“级级”使用时，以其标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸内使用时，以其标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸内包含了量块的制造误差；按包含了量块的制造误差；按“等等”使用时，则应以量块经检使用时，则应以量块经检定后所给出的实际中心长度作为工作尺寸，该尺寸内仅包含定后所给出的实际中心长度作为工作尺寸，该尺寸内仅包含检定时的测量误差，而不包含量块的制造误差。因此，在精检定时的测量误差，而不包含量块的制造误差。因此，在精密测量中，量块按密测量中，量块按“等等”使用比按使用比按“级级”使用更经济合理。使用更经济合理。量块为单值量具，一个量块只

5、代表一个尺寸。量块为单值量具，一个量块只代表一个尺寸。（二）角度传递系统（二）角度传递系统 机械制造业中的一般角度标准为角度量块、测角仪或分度头。机械制造业中的一般角度标准为角度量块、测角仪或分度头。三、测量仪器与测量方法的分类三、测量仪器与测量方法的分类（一）测量仪器按用途和特点分类（一）测量仪器按用途和特点分类1、实物量具、实物量具2、极限量规、极限量规3、显示式测量仪器、显示式测量仪器4、测量系统、测量系统（二）几何量测量仪器按构造的特点分类（二）几何量测量仪器按构造的特点分类1、游标式测量仪器、游标式测量仪器2、微动螺旋副式测量仪器、微动螺旋副式测量仪器3、机械式测量仪器、机械式测量仪

6、器4、光学机械式测量仪器、光学机械式测量仪器5、气动式测量仪器、气动式测量仪器6、电学式测量仪器、电学式测量仪器7、光电式测量仪器、光电式测量仪器三、测量仪器与测量方法的分类三、测量仪器与测量方法的分类（三）几何量测量中测量方法的分类（三）几何量测量中测量方法的分类1、直接测量、直接测量2、间接测量、间接测量3、综合测量、综合测量4、单项测量、单项测量5、接触测量、接触测量6、不接触测量、不接触测量7、在线测量、在线测量8、离线测量、离线测量9、静态测量、静态测量10、动态测量、动态测量四、测量技术的部分术语四、测量技术的部分术语1、标尺间距：沿标尺长度的同一条线测得的、标尺间距：沿标尺长度的

7、同一条线测得的两相邻标尺标记之间的距离。两相邻标尺标记之间的距离。2、分度值（标尺间隔）：对应两相邻标尺标、分度值（标尺间隔）：对应两相邻标尺标记的两个值之差。记的两个值之差。3、测量范围：测量仪器的误差处在规定极限、测量范围：测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。内的一组被测量的值。4、灵敏度：测量仪器的响应变化除以对应的、灵敏度：测量仪器的响应变化除以对应的激励变化。激励变化。5、稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间、稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。恒定的能力。四、测量技术的部分术语四、测量技术的部分术语6、鉴别力阈：使测量仪器产生示察觉的响应、鉴别力阈：使测量仪器

8、产生示察觉的响应变化的最大激励变化，也称灵敏阈或灵敏限。变化的最大激励变化，也称灵敏阈或灵敏限。7、分辨力：显示装置能有效辨别的最小的示、分辨力：显示装置能有效辨别的最小的示值差。值差。8、测量结果的重复性：在相同测量条件下，、测量结果的重复性：在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。间的一致性。9、测量仪器的示值：测量仪器所给出的量的、测量仪器的示值：测量仪器所给出的量的值。值。四、测量技术的部分术语四、测量技术的部分术语10、测量仪器的示值误差：测量仪器的示值与、测量仪器的示值误差：测量仪器的示值与对应输入量的真值（参考量值

9、）之差。对应输入量的真值（参考量值）之差。11、测量仪器的最大允许误差：对给定的测量、测量仪器的最大允许误差：对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。12、修正值：用代数方法与未修正测量结果相、修正值：用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值。加，以补偿其系统误差的值。13、测量不确定度：表片征合理地赋与被测量、测量不确定度：表片征合理地赋与被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。之值的分散性，与测量结果相联系的参数。五、常用长度测量仪器五、常用长度测量仪器（一）机械式量仪（一）机械式量仪1、杠杆齿轮比较仪、杠杆齿轮比较仪2、扭簧

10、比较仪、扭簧比较仪（二）电学式量仪（二）电学式量仪（三）气动式量仪（三）气动式量仪（四）光学机械式量仪（四）光学机械式量仪1、立式光学计、立式光学计2、卧式测长仪、卧式测长仪六、坐标测量机中的光栅与激光测量原理六、坐标测量机中的光栅与激光测量原理（一）光栅装置（一）光栅装置（二）激光装置（二）激光装置七、探针扫描显微镜七、探针扫描显微镜1、隧道显微镜、隧道显微镜2、原子力显微镜、原子力显微镜八、测量误差和数据处理八、测量误差和数据处理（一）测量误差的基本概念（一）测量误差的基本概念被测量的测量值与真值之差称为测量误差被测量的测量值与真值之差称为测量误差在测量工作中，根据实际需要通常有两种表达测

11、量误在测量工作中，根据实际需要通常有两种表达测量误差的方法。一种是绝对误差表示法；另一种是相对差的方法。一种是绝对误差表示法；另一种是相对误差表示法误差表示法（二）误差的分类（二）误差的分类1）随机误差）随机误差在相同条件下多次重复测量同一测量值时，误在相同条件下多次重复测量同一测量值时，误差的数值和符号以不可预计的方式变化，此差的数值和符号以不可预计的方式变化，此类误差称为随机误差。其特点是：就任意一类误差称为随机误差。其特点是：就任意一次测量而言，误差的数值和符号均无确定的次测量而言，误差的数值和符号均无确定的规律，但是，如果进行多次重复测量，则其规律，但是，如果进行多次重复测量，则其误差

12、作为整体来看是有一定规律的。随机误误差作为整体来看是有一定规律的。随机误差由一些未被掌握和不便控制的因素造成。差由一些未被掌握和不便控制的因素造成。（二）误差的分类（二）误差的分类2）系统误差）系统误差在相同条件下，多次测量同一被测量时，误差在相同条件下，多次测量同一被测量时，误差的绝对值与符号保持恒定，或在条件改变时，的绝对值与符号保持恒定，或在条件改变时，按某一确定规律变化的误差即系统误差。按某一确定规律变化的误差即系统误差。3）粗大误差）粗大误差 粗大误差是指明显歪曲测量结果的误差，一般粗大误差是指明显歪曲测量结果的误差，一般由测量人员主观因素造成。由测量人员主观因素造成。 系统误差与随

13、机误差的区别可用打靶来说明。如图系统误差与随机误差的区别可用打靶来说明。如图(a)所示，弹着点分散范围小，但偏离靶心，说明随机所示，弹着点分散范围小，但偏离靶心，说明随机误差小而系统误差大；如图误差小而系统误差大；如图(b)所示，弹着点集中靶所示，弹着点集中靶心，但分散范围大，说明系统误差小而随机误差大；心，但分散范围大，说明系统误差小而随机误差大；如图如图(c)所示，弹着点集中靶心，且分散范围小，说所示，弹着点集中靶心，且分散范围小，说明系统误差与随机误差都很小。明系统误差与随机误差都很小。（三）随机误差（三）随机误差1、随机误差的分布规律及特性、随机误差的分布规律及特性根据大量测量实践的统

14、计分析，多数随机误差的分布规律具有根据大量测量实践的统计分析，多数随机误差的分布规律具有以下几个特性：以下几个特性：(1)单峰性。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多，单峰性。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多，都集中分布在其测量值的平均值附近，图形呈单峰状。都集中分布在其测量值的平均值附近，图形呈单峰状。 (2)对称性。绝对值相等，符号相反的误差出现的次数大致相对称性。绝对值相等，符号相反的误差出现的次数大致相等，图形近似对称分布。等，图形近似对称分布。(3)有界性。在一定的测量条件下随机误差的绝对值不会超出一有界性。在一定的测量条件下随机误差的绝对值不会超出一定的界限，即不会出现绝对值太大的随机误差。定的界限，即不会出现绝对值太大的随机误差。(4)抵偿性。在同一条件下对同一被测值进行重复测量，其误差抵偿性。在同一条件下对同一被测值进行重复测量，其误差的算术平均值随着测量次数的增加而趋于零。这一特性是由的算术平均值随着测量次数的增加而趋于零