互换性第3长度测量基础(讲稿).ppt

1、2021-12-111/94Basis of Technical Measurement第第3章章 测量技术基础测量技术基础第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-112/94本章学习内容本章学习内容3.3 测量方法测量方法3.4 测量误差测量误差3.2 测量单位测量单位3.1 测量的概念测量的概念第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-113/943.1.1 测量测量(measurement)3.1 测量的概念测量的概念Concepts about Measurement 测量是指将被测量与作为测量单位的标准量进行比较测

2、量是指将被测量与作为测量单位的标准量进行比较求比值，从而确定被测量的实验过程。求比值，从而确定被测量的实验过程。 测量方程式测量方程式uLq u qL或或L被测量被测量 u计量单位计量单位 q比值比值第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-114/94用钢板尺测量长度用钢板尺测量长度第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-115/94用游标卡尺测量直径用游标卡尺测量直径第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-116/94 测量的四要素测量的四要素 测量对象测量对象 一个完整的测量过程包括

3、一个完整的测量过程包括测量对象、测量单位、测量方测量对象、测量单位、测量方法、测量精度法、测量精度(误差、结果误差、结果)四个要素。四个要素。 技术测量的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面技术测量的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。dL第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-117/94 测量单位测量单位 我国采用国际计量单位制，常用的计我国采用国际计量单位制，常用的计(测测)量单位有：量单位有： 用来实现测量比较过程的测量单位借助于测量器具来体用来实

4、现测量比较过程的测量单位借助于测量器具来体现，它们是从相应的现，它们是从相应的基准基准通过一定的技术手段传递到测量器通过一定的技术手段传递到测量器具上的。具上的。长度：长度： 米米(m)基本单位基本单位 毫米毫米(mm)、微米、微米( m )、纳米、纳米(nm)常用单位常用单位角度：角度： 弧度弧度(rad)基本单位基本单位 度度()、分、分()、秒、秒()常用单位常用单位第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-118/94 测量方法测量方法 广义的测量方法指的是广义的测量方法指的是测量原理测量原理、测量器具测量器具和和测量条件测量条件(环环境和操作者等境和

5、操作者等)的总和。一般意义的测量方法通常是指被测量与的总和。一般意义的测量方法通常是指被测量与标准量标准量比较比较的方法。的方法。 测量精度测量精度(误差、结果误差、结果) 测量精度表示测量结果与真值的一致程度，通常以某种形测量精度表示测量结果与真值的一致程度，通常以某种形式的测量误差来表示。式的测量误差来表示。 由于任何测量都不可避免地存在测量误差，因此对于每个由于任何测量都不可避免地存在测量误差，因此对于每个测量结果都应给出测量误差范围测量结果都应给出测量误差范围(必要时还要给出置信概率必要时还要给出置信概率)。不考虑测量误差的测量结果是没有意义的。不考虑测量误差的测量结果是没有意义的。例

6、：例：mm95.19 xmm02. 095.19 x95%)mm(P003. 0987.19 x第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-119/943.1.2 检验检验(inspection) 无需测出被测对象的具体数值即可判断其是否合格的实无需测出被测对象的具体数值即可判断其是否合格的实验过程。验过程。轴用光滑极限量规轴用光滑极限量规孔用光滑极限量规孔用光滑极限量规螺纹量规螺纹量规 测量与检验统称为测量与检验统称为检测检测。测量属于定量检测，检验属于。测量属于定量检测，检验属于定性检测。定性检测。3.1.3 检测检测第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械

7、工程学院机械工程学院2021-12-1110/943.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史 商朝商朝象牙尺象牙尺 秦朝秦朝统一了度量衡统一了度量衡 西汉西汉铜制卡尺铜制卡尺 19世纪中叶世纪中叶游标卡尺游标卡尺(0.02mm) 为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头。为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头。带表游标卡尺带表游标卡尺 电子数显卡尺具有非接触性电容式测量系统，由液晶显示器电子数显卡尺具有非接触性电容式测量系统，由液晶显示器显示，电子数显卡尺测量方便。显示，电子数显卡尺测量方便。电电子子数数显显卡卡尺尺第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2

8、021-12-1111/94 游标量具游标量具 实物实物第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1112/943.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史 20世纪初叶世纪初叶 -螺旋测微类量具螺旋测微类量具-千分尺千分尺(几个几个m)千分尺是应用螺旋副的传动原理，将角位移变为直线位移。千分尺是应用螺旋副的传动原理，将角位移变为直线位移。千分尺读数举例千分尺读数举例外径千分尺实物外径千分尺实物第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1113/943.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史 20世纪

9、三、四十年代世纪三、四十年代机械量仪、光学量仪、工具显微镜、机械量仪、光学量仪、工具显微镜、光波干涉仪等光波干涉仪等(1 m )机械量仪机械量仪 (1)(1)百分表百分表 百分表是应用最广的机械量仪。百分表是应用最广的机械量仪。百分表百分表第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1114/94双双面面百百分分表表深深度度百百分分表表大大量量程程百百分分表表 百分表百分表 实物实物第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1115/94 机械量仪机械量仪 (2)(2)内径百分表内径百分表 内径百分表是一种用相对测量法测内径百分

10、表是一种用相对测量法测量孔径的常用量仪，特别适合于测量深孔。量孔径的常用量仪，特别适合于测量深孔。内径百分表内径百分表内径百分表、内径千分表实物内径百分表、内径千分表实物第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1116/94 机械量仪机械量仪 (3)(3)杠杆百分表杠杆百分表 杠杆百分表又称靠表。杠杆百分表又称靠表。杠杆百分表杠杆百分表第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1117/94机械量仪机械量仪 (4)(4)扭簧比较仪扭簧比较仪 是利用扭簧作为传动放大机是利用扭簧作为传动放大机构，将测量杆的直线位移转构，将测量杆

11、的直线位移转变为指针的角位移。变为指针的角位移。扭簧比较仪扭簧比较仪第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1118/94光学量仪光学量仪 光学量仪是利用光学原光学量仪是利用光学原理制成的量仪，在长度理制成的量仪，在长度测量中应用比较广泛的测量中应用比较广泛的有光学计、测长仪等。有光学计、测长仪等。(1)(1)立式光学计立式光学计 立式光学计立式光学计是利用光学杠杆放大作是利用光学杠杆放大作用将测量杆的直线位移用将测量杆的直线位移转换为反射镜的偏转，转换为反射镜的偏转，使反射光线也发生偏转，使反射光线也发生偏转，从而得到标尺影像的一从而得到标尺影像的一种光学

12、量仪。种光学量仪。立式光学计立式光学计第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1119/94光学量仪光学量仪(2)(2)万能测长仪万能测长仪 是一种精密量仪，它是利用光学系统和电气部分是一种精密量仪，它是利用光学系统和电气部分相结合的长度测量仪器。相结合的长度测量仪器。万能测长仪万能测长仪第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1120/943.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史 20世纪五、六十年代世纪五、六十年代电感比较仪、电容比较仪等电感比较仪、电容比较仪等(0.1 m ) 电动量仪电动量仪 电感测

13、微仪电感测微仪是一种常用的电动量仪。它是利用磁路中气隙的是一种常用的电动量仪。它是利用磁路中气隙的改变，引起电感量相应改变的一种量仪。改变，引起电感量相应改变的一种量仪。数字式电感测微仪工作原理数字式电感测微仪工作原理电电感感测测微微仪仪第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1121/943.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史 20世纪七十年代世纪七十年代激光干涉仪激光干涉仪(0.01 m )第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1122/942.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史

14、20世纪末世纪末隧道显微镜、高精度电容测微仪等隧道显微镜、高精度电容测微仪等(nm)STM隧道显微镜隧道显微镜(STM)实物照片实物照片 石墨三维图像 用隧道显微镜用隧道显微镜(STM)观察石墨原子排列观察石墨原子排列第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1123/94 现代多功能、高精度、自动化测量仪器现代多功能、高精度、自动化测量仪器3.1.4 几何量测量技术的发展史几何量测量技术的发展史第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1124/943.2 测量单位测量单位Units of Measurement 为了实现长

15、度、角度等几何量的测量，首先要建立、制为了实现长度、角度等几何量的测量，首先要建立、制定国际统一的、稳定可靠的、精度足够高的基准。定国际统一的、稳定可靠的、精度足够高的基准。 我国采用国际单位制单位，长度基准是我国采用国际单位制单位，长度基准是“米米”(m)，角度，角度基准是基准是“弧度弧度”(rad)。 本节主要讨论长度基准。本节主要讨论长度基准。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1125/943.2.1 长度基准长度基准(“米米”的定义的定义) 国际米原器国际米原器实物基准实物基准 “米米”的最初定义是法国于的最初定义是法国于1791年定义的，年定

16、义的，当时规定当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一千万分之一”。1889年在法国巴黎召开了第年在法国巴黎召开了第1届届国际计量大会，从国际计量局订制的国际计量大会，从国际计量局订制的30根铂铱根铂铱合金米尺中，选出了作为统一国际长度单位量合金米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺值的一根米尺(称之为称之为“国际米原器国际米原器”) ，规定，规定“1米就是米原器在米就是米原器在0时两端的两条刻线间的时两端的两条刻线间的距离距离”。 国际米原器的不确定度为国际米原器的不确定度为1.1107(0.1m)。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工

17、程学院机械工程学院2021-12-1126/94 Kr86辐射波长辐射波长自然基准自然基准 1960年第年第11届国际计量大会对米定义届国际计量大会对米定义：“米米”等于等于Kr86在在 2p105d5之间能级跃迁时，辐射光真空波长的之间能级跃迁时，辐射光真空波长的1650763.73倍倍，使米成为自然基准，使米成为自然基准，取消了铂铱合金米原器。取消了铂铱合金米原器。(不确定度为不确定度为410-9) 1983年第年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米米”是光是光在真空中在在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度的时间间隔内

18、行进路程的长度。 光速光速(时间法时间法/频率法频率法/辐射法辐射法)自然基准自然基准 米的定义主要采用稳频激光器来复现，具有极好的稳定性和复现性，米的定义主要采用稳频激光器来复现，具有极好的稳定性和复现性，使米定义和基准实现了独立。我国自主研制的稳频使米定义和基准实现了独立。我国自主研制的稳频633nm激光器的不确激光器的不确定度为定度为2.510-11。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1127/943.2.2 长度量值传递系统长度量值传递系统 为保证测量的准确、可靠和统一，必须建立科学的从计为保证测量的准确、可靠和统一，必须建立科学的从计量单位到

19、测量实践的量值传递系统。量值传递系统是指通过量单位到测量实践的量值传递系统。量值传递系统是指通过对计量器具的检定或校准，将国家基准所复现的计量单位的对计量器具的检定或校准，将国家基准所复现的计量单位的量值通过各级计量标准器逐级传递到工作计量器具，以保证量值通过各级计量标准器逐级传递到工作计量器具，以保证被测对象所测得的量值准确一致的工作系统。被测对象所测得的量值准确一致的工作系统。 长度量值的传递系统是沿两条路线进行的：长度量值的传递系统是沿两条路线进行的： 线纹量具线纹量具 端面量具端面量具第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1128/94 线纹量具线

20、纹量具线纹尺线纹尺:用金属或玻璃制成的、表面上准确用金属或玻璃制成的、表面上准确地刻有等间距平行线的长度测量和定位元地刻有等间距平行线的长度测量和定位元件，也称刻线尺。线纹尺的线条间距一般件，也称刻线尺。线纹尺的线条间距一般为为1毫米或毫米或0.1毫米。线纹尺可分为基准线纹毫米。线纹尺可分为基准线纹尺、标准线纹尺和工作线纹尺。基准线纹尺、标准线纹尺和工作线纹尺。基准线纹尺和标准线纹尺用于长度计量的量值传递。尺和标准线纹尺用于长度计量的量值传递。工作线纹尺用于比长仪、测长机、万能工工作线纹尺用于比长仪、测长机、万能工具显微镜、万能测量机等长度测量工具中具显微镜、万能测量机等长度测量工具中作为测量

21、元件作为测量元件 。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1129/94 端面量具端面量具量块量块第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1130/94第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1131/943.2.3 量块量块(gauge block)的基本知识的基本知识 量块分为长度量块和角度量块两种量块分为长度量块和角度量块两种(以下仅介绍长度量块以下仅介绍长度量块)。量块用。量块用耐磨材料耐磨材料(铬锰钢等，具有符合要求的线胀系数、硬度、尺寸稳定性铬锰钢等，具有符合要求的线胀系数

22、、硬度、尺寸稳定性)制制成，横截面为矩形，并具有一对相互平行测量面的实物量具。成，横截面为矩形，并具有一对相互平行测量面的实物量具。参照：参照： GB/T 6093-2001 几何量技术规范几何量技术规范(GPS)长度标准量块长度标准量块 主要技术参数主要技术参数 量块长度量块长度 l 量块中心长度量块中心长度 lc 量块标称长度量块标称长度 ln 任意点的量块长度相对于标任意点的量块长度相对于标称长度的偏差称长度的偏差 e 量块长度变动量量块长度变动量 V 平面度误差平面度误差 fd 研合性研合性第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1132/94 它有

23、两个测量面和四个非测量面。两相互平行的测量面之间的它有两个测量面和四个非测量面。两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作长度，称为距离为量块的工作长度，称为标称长度标称长度(量块上标出的长度量块上标出的长度)。从。从量块一个测量面上任意点到与这个量块另一个测量面相研合的面量块一个测量面上任意点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为的垂直距离称为量块长度量块长度Li。从量块一个测量面中心点到与这个。从量块一个测量面中心点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度中心长度。L4L3L2L量块量块L1平晶平晶 主要技术参数主

24、要技术参数第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1133/94 可研合性和成套性可研合性和成套性 量块表面之间因分子力的作用可相互粘合在一起，称为可研量块表面之间因分子力的作用可相互粘合在一起，称为可研合性。因此，量块通常成套制造、使用，根据需要可从其中选取合性。因此，量块通常成套制造、使用，根据需要可从其中选取若干量块，研合在一起后即可组合成各种不同的基准长度。若干量块，研合在一起后即可组合成各种不同的基准长度。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1134/94国国家家标标准准推推荐荐的的成成套套量量块块的的组组合

25、合尺尺寸寸第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1135/94 量块的精度量块的精度 量块按制造时所允许的量块按制造时所允许的长度极限偏差长度极限偏差和和长度变动量长度变动量分为分为6级：级： 00、0、1、2、3、K 量块的精度有量块的精度有“级级”和和“等等”两种。两种。高高 低低 按制造精度分按制造精度分“级级”长度极限偏差长度极限偏差反映制造时量块长度的准确性反映制造时量块长度的准确性长度变动量长度变动量反映两测量面的平行性，影响可研合性反映两测量面的平行性，影响可研合性 若按若按“级级”使用量块，则应以标称长度作为其工作尺寸，使用量块，则应以标称

26、长度作为其工作尺寸，同时应将该尺寸制造时的长度极限偏差作为该尺寸的误差。同时应将该尺寸制造时的长度极限偏差作为该尺寸的误差。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1136/94摘自摘自 几何量技术规范几何量技术规范(GPS)长度标准量块长度标准量块 GB/T6093-2001第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1137/94 量块按量块按“级级”制造出来后，为充分体现其作为长度基准制造出来后，为充分体现其作为长度基准的精度，可对其长度再进行测量，根据的精度，可对其长度再进行测量，根据长度测量不确定度长度测量不确定度和

27、和长度变动量长度变动量分为分为5“等等”： 1、2、3、4、5高高 低低 按检定测量精度分按检定测量精度分“等等”长度测量不确定度长度测量不确定度反映量块长度的实测准确性反映量块长度的实测准确性长度变动量长度变动量反映两测量面的平行性，影响可研合性反映两测量面的平行性，影响可研合性 量块检定测量成量块检定测量成“等等”后使用时，应以测量后的实际中后使用时，应以测量后的实际中心长度作为其工作尺寸，同时应将检定测量时的测量极限误心长度作为其工作尺寸，同时应将检定测量时的测量极限误差作为该尺寸的误差。差作为该尺寸的误差。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-11

28、38/94 量块的组合量块的组合一般来说，按一般来说，按“等等”使用量块比按使用量块比按“级级”使用精度高。使用精度高。例：用例：用91块一套的量块组合块一套的量块组合37.867mm的量块组。的量块组。 3 7 . 8 6 7 1 . 0 0 7 (第第1块块) 3 6 . 8 6 1 . 3 6 (第第2块块) 3 5 . 5 5 . 5 (第第3块块) 3 0 (第第4块块)为减小累积误差，应选用最少的块数组合量块组。为减小累积误差，应选用最少的块数组合量块组。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1139/94 量块使用的注意事项量块使用的注意事项

29、1. 量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。2. 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。响其粘合性。3. 分清量块的分清量块的“级级”与与“等等”，注意使用规则。，注意使用规则。4. 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。温度相同后方可使用。5. 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。6. 不得用手直接接触

30、量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。量精确度的影响。7. 使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防锈脂存于干燥处。于干燥处。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1140/943.2.4 角度基准角度基准多面棱体多面棱体精度：精度：0.51角度块规角度块规精度：精度：3、10、30精密测角仪精密测角仪分辨率分辨率0.01 多齿分度盘多齿分度盘精度：精度：0.1 简要介绍多面棱体和角度块规第第3章章 测量技术基础测量技

31、术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1141/94n金属金属多面棱体多面棱体是一种高精度标准器具，它主要用于检定光学分度头、分是一种高精度标准器具，它主要用于检定光学分度头、分度台、测角仪等圆分度仪器的分度误差，在高精度的机械加工或测量中度台、测角仪等圆分度仪器的分度误差，在高精度的机械加工或测量中也可以作为角度的定位基准。它分为偶数面和奇数面两种，前者的工作也可以作为角度的定位基准。它分为偶数面和奇数面两种，前者的工作角为整度数，他用于检定圆分度器具轴系的大周期误差，还可以进行对角为整度数，他用于检定圆分度器具轴系的大周期误差，还可以进行对径测量，而后者的工件角为非整度数，它可综合

32、检定圆分度器具轴系的径测量，而后者的工件角为非整度数，它可综合检定圆分度器具轴系的大周期误差和测微器的小周期误差，能较正确地确定圆分度器具的不确大周期误差和测微器的小周期误差，能较正确地确定圆分度器具的不确定度。定度。 n测量面数一般为测量面数一般为8、12、24和和36等，等， 最多可达最多可达72面。面。 第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1142/94 角度块规角度块规能在两个具有研合性的平面间形成准确角度的量规。能在两个具有研合性的平面间形成准确角度的量规。利用角度量块附件把不同角度的量块组成需要的角度，常用于检利用角度量块附件把不同角度的量块

33、组成需要的角度，常用于检定角度样板和万能角度尺等，也可用于直接测量工件的角度。图定角度样板和万能角度尺等，也可用于直接测量工件的角度。图为两种角度量块：为两种角度量块：在在1079间有一个测量角的称为间有一个测量角的称为型角型角度量块；度量块；在在80100间有间有4个测量角的称为个测量角的称为型角度量块。型角度量块。角度块规成套供应，分角度块规成套供应，分0级、级、1级、级、2级级3种精度，其测量角种精度，其测量角的允的允许偏差分别为许偏差分别为3、10和和30。 角度块规角度块规是一种角度计量基准，是一种角度计量基准， 适用于万能角度尺和角度样板的检定。适用于万能角度尺和角度样板的检定。

34、第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1143/943.3 测量方法测量方法Method of Measurement 广义的测量方法指的是广义的测量方法指的是测量原理测量原理、测量器具测量器具和和测量条件测量条件(环境和操作者等环境和操作者等)的总和。一般意义的测量方法通常是指被的总和。一般意义的测量方法通常是指被测量与标准量测量与标准量比较比较的方法。的方法。 本节主要介绍一般意义的测量方法的分类以及测量器具本节主要介绍一般意义的测量方法的分类以及测量器具的相关知识。的相关知识。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12

35、-1144/943.3.1 测量方法及其分类测量方法及其分类 按测量时读数是否为被测量的全值分按测量时读数是否为被测量的全值分 绝对测量绝对测量(absolute measurement) 被测量值直接由量具或量具被测量值直接由量具或量具刻度尺上示数表示。刻度尺上示数表示。 全值全值第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1145/94 相对相对(比较、微差比较、微差)测量测量(relative measurement)由量具或量仪上读由量具或量仪上读出的是被测量值相对于标准量值的值。出的是被测量值相对于标准量值的值。相对于标准量的偏差值相对于标准量的偏差值

36、一般来说，相对测量比绝对测量精度高，但设备、过程复杂。一般来说，相对测量比绝对测量精度高，但设备、过程复杂。LLd 0第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1146/94 按直接测量的量是否为最终欲得到的量分按直接测量的量是否为最终欲得到的量分 直接测量直接测量是是 间接测量间接测量直接测量与欲得到的量有函数关系的量，直接测量与欲得到的量有函数关系的量， 然后通过函数计算间接得到欲得到的量。然后通过函数计算间接得到欲得到的量。282hhlR 221LLL 2211ddLL 2212ddLL 第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院202

37、1-12-1147/94 按测头与被测表面有无机械接触分按测头与被测表面有无机械接触分 接触测量接触测量仪器的测量头与测量零件表面接触，并仪器的测量头与测量零件表面接触，并有机械作用力存在。有机械作用力存在。 非接触测量非接触测量仪器的测量头与被测量零件表面不接触，仪器的测量头与被测量零件表面不接触，没有机械作用力存在。没有机械作用力存在。被测表面被测表面杠杆测头轴线杠杆测头轴线测量线测量线第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1148/94 按一次测量所检测的被测量多少分按一次测量所检测的被测量多少分 单项测量单项测量: 分别测量零件的各个参数。分别测量

38、零件的各个参数。 综合测量综合测量: 同时测量零件上的几个有关参数，从而综合评定同时测量零件上的几个有关参数，从而综合评定零件是否合格。零件是否合格。 按测量在工艺过程中的作用分按测量在工艺过程中的作用分 被动测量被动测量: 加工完毕进行测量，以确定工件的有关参考值，加工完毕进行测量，以确定工件的有关参考值，主要用于验收中。主要用于验收中。 主动测量主动测量:机床或其他设备加工过程中的一种自动测量，也机床或其他设备加工过程中的一种自动测量，也称在线测量。称在线测量。 按被测量的状态是否随时间变化分按被测量的状态是否随时间变化分 静态测量静态测量: 测量时，被测表面与测量头是相对静止的。测量时，

39、被测表面与测量头是相对静止的。动态测量动态测量: 测量时，被测表面与测量头有相对运动，测量时，被测表面与测量头有相对运动， 它能反映被测参数的变化过程。它能反映被测参数的变化过程。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1149/94按测量中测量因素是否变化分类按测量中测量因素是否变化分类 等精度测量：在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条等精度测量：在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了以

40、同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。等精度测量是做不到的。 不等精度测量：在测量过程中，决定测量精度的全部因素或不等精度测量：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。由于不等精度测量的数据处理条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1

41、150/94 检测中应遵循的重要原则检测中应遵循的重要原则 为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用并为了获得正确可靠的测量结果，在测量过程中，要注意应用并遵守有关遵守有关测量原则测量原则，而，而阿贝原则、基准统一原则、最短测量链原阿贝原则、基准统一原则、最短测量链原则、最小变形原则则、最小变形原则和和封闭原则封闭原则是其中比较重要的原则。是其中比较重要的原则。 (1) 阿贝原则阿贝原则 要求在测量过程中要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则，如图，若被测长度与基线上的原则，如图，若被测长度与基准长度并排放置，在测量比较过程中准长

42、度并排放置，在测量比较过程中由于制造误差的存在，移动方向的偏由于制造误差的存在，移动方向的偏移，两长度之间出现夹角而产生较大移，两长度之间出现夹角而产生较大的误差。的误差。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1151/94 检测中应遵循的重要原则检测中应遵循的重要原则 (2) 最短测量链原则最短测量链原则 由测量信号从输入到输出量值通道的由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成的测量链，其环节越多测量误差越大。因此，各个环节所构成的测量链，其环节越多测量误差越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度。间接测量比应尽可能减少测量链的环节数

43、，以保证测量精度。间接测量比直接测量组成的环节要多、测量链要长、测量误差要大。因此，直接测量组成的环节要多、测量链要长、测量误差要大。因此，只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证时只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证时, ,才才采用间接测量。采用间接测量。 以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短测量链以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短测量链原则的一种实际应用。原则的一种实际应用。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1152/94 检测中应遵循的重要原则检测中应遵循的重要原则 (3) 最小变形原则最小变形原则

44、测量器具与被测零件都会因实际温度偏测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力离标准温度和受力(重力和测量力重力和测量力)而发生变形，形成测量误而发生变形，形成测量误差。差。 (4) 基准统一原则基准统一原则 测量基准要与加工基准和使用基准统一。测量基准要与加工基准和使用基准统一。即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计基准作为测量基准。基准作为测量基准。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1153/943.3.2 测测(计计)量器具及其分类量器具及其分类 测量器具测量器具可单独地或与

45、其他测量器具一起，用以确定可单独地或与其他测量器具一起，用以确定几何量值的器具。几何量值的器具。 按测量对象的几何特征分按测量对象的几何特征分 长度测量器具长度测量器具 角度测量器具角度测量器具 坐标测量机坐标测量机 形状和位置误差测量器具形状和位置误差测量器具 表面质量表面质量(结构结构)测量器具测量器具 齿轮测量器具齿轮测量器具 螺纹测量器具螺纹测量器具 第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1154/94 按测量器具的结构特征分按测量器具的结构特征分 实物量具实物量具(简称量具简称量具) 以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知量值的器具。以固定形

46、态复现或提供给定量的一个或多个已知量值的器具。单值量具单值量具多值量具多值量具第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1155/94 测量仪器测量仪器(简称量仪简称量仪) 将被测量值转换成直接观察的示值或等效信息的测量器将被测量值转换成直接观察的示值或等效信息的测量器具。具。 按工作原理，测量仪器大致可分为：按工作原理，测量仪器大致可分为： 机械量仪机械量仪 光学量仪光学量仪 电动量仪电动量仪 气动量仪气动量仪第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1156/94 测量装置测量装置 由测量器具和辅助装置组成，用于完成特定测

47、量的整体。由测量器具和辅助装置组成，用于完成特定测量的整体。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1157/943.3.3 测测(计计)量器具的特性指标量器具的特性指标 标称值标称值 标在测量器具上用以标明其特性或指导使用的量值。标在测量器具上用以标明其特性或指导使用的量值。螺纹量规螺纹量规光滑极限量规光滑极限量规第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1158/94 示值示值 由测量器具所指示的被测量值。由测量器具所指示的被测量值。12.5 标尺间距标尺间距( a ) 沿标尺长度方向测得的任意两相邻标沿标尺长度方向测得

48、的任意两相邻标尺标记间的距离。尺标记间的距离。 分度值分度值( i ) 标尺分度所代表的被测量值。标尺分度所代表的被测量值。 示值范围示值范围 测量器具所能显示的被测几何量起始值测量器具所能显示的被测几何量起始值到终止值的范围。到终止值的范围。 测量范围测量范围 测量器具在允许的误差限内所能测出的测量器具在允许的误差限内所能测出的被测几何量下限值到上限值的范围。被测几何量下限值到上限值的范围。 第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1159/94示值范围与测量范围示值范围与测量范围第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-

49、1160/94 示值误差示值误差 测量器具的示值与被测量的测量器具的示值与被测量的(约定约定)真值的代数差。真值的代数差。 修正值修正值 为消除或减少系统误差，用代为消除或减少系统误差，用代数法加到测量结果上的数值。数法加到测量结果上的数值。 其他：灵敏度、重复性、稳定性、测量力其他：灵敏度、重复性、稳定性、测量力 在被测对象不做任何变动的情况下，对同一被测量进行多次重复读数，在被测对象不做任何变动的情况下，对同一被测量进行多次重复读数，测量器具示值变化的特性。测量器具示值变化的特性。 示值变动性示值变动性 不确定度不确定度 由于测量误差的存在，被测量值不能准确获得。这种偏离又是不确由于测量误

50、差的存在，被测量值不能准确获得。这种偏离又是不确定的。表达测得值对真值偏离程度的量化参数，即为不确定度。定的。表达测得值对真值偏离程度的量化参数，即为不确定度。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1161/943.4.1 测量误差及其表示法测量误差及其表示法3.4 测量误差测量误差Error of Measurement 被测量的测得值被测量的测得值 与被测量的真值与被测量的真值 L之代数差称为测量误之代数差称为测量误差差(简称误差简称误差)。 Ll 测量误差是代数值，即可为正、负、零。测量误差是代数值，即可为正、负、零。 被测量的真值是不可知的，因此在

51、处理测量误差时，被测量的真值是不可知的，因此在处理测量误差时，经常用约定真值代替真值。经常用约定真值代替真值。 测量误差的绝对值越小测量精度越高，反之亦反。测量误差的绝对值越小测量精度越高，反之亦反。 l 被测量的测得值被测量的测得值 与被测量的真值与被测量的真值 L之代数差称为测量误之代数差称为测量误差差(简称误差简称误差)。 l第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1162/94 测量误差有两种表示方法：测量误差有两种表示方法： 绝对误差绝对误差同前面的定义同前面的定义 相对误差相对误差绝对误差与真值之比的百分数绝对误差与真值之比的百分数(一般一般 取

52、绝对值取绝对值)，即，即 %100Lr%100l 相对误差常用于比较测量不同大小的被测量时的测量精相对误差常用于比较测量不同大小的被测量时的测量精度，例如：度，例如： mm301lmm03. 01 mm502lmm04. 02 %1.01f%08.02f由于由于 ，因此后者的测量精度高。，因此后者的测量精度高。 12ff第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1163/943.4.2 测量误差的来源测量误差的来源 测量器具误差测量器具误差 基准件基准件(线纹尺、度盘、量块等线纹尺、度盘、量块等)误差误差 原理误差原理误差(阿贝误差等阿贝误差等) 仪器零部件的

53、制造、装配、调整误差仪器零部件的制造、装配、调整误差 测量方法误差测量方法误差 安装、定位误差安装、定位误差 瞄准时的对准误差瞄准时的对准误差 测力引起的误差测力引起的误差 环境误差环境误差 温度温度(测量标准温度为测量标准温度为20) 湿度湿度 压力等压力等 人员误差人员误差 瞄准误差瞄准误差 读数、估读误差等读数、估读误差等第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1164/943.4.3 测量误差的分类及各类误差的处理原则测量误差的分类及各类误差的处理原则 按误差性质可分为按误差性质可分为系统误差系统误差、随机误差随机误差和和粗大误差粗大误差三类。三类。

54、 系统误差系统误差 系统误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，系统误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，大小和符号大小和符号均保持不变均保持不变、或者、或者大小和符号按某一规律变化大小和符号按某一规律变化的测量误差。的测量误差。定值系统误差定值系统误差大小和符号均保持不变大小和符号均保持不变变值系统误差变值系统误差大小和符号按某一规律变化大小和符号按某一规律变化已定系统误差已定系统误差大小和符号或变化规律已知大小和符号或变化规律已知未定系统误差未定系统误差大小和符号或变化规律未知大小和符号或变化规律未知根据变化根据变化规律分为规律分为根据掌握根据掌握程度分为程度分为处理原则：处

55、理原则：对已定系统误差，确定出符号和大小或变化规律后进对已定系统误差，确定出符号和大小或变化规律后进行修正；对未定系统误差，估计出其范围后按随机误差处理。行修正；对未定系统误差，估计出其范围后按随机误差处理。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1165/94 随机误差随机误差 随机误差是指在相同测量条件下，多次测量同一量值时，随机误差是指在相同测量条件下，多次测量同一量值时，大小和符号大小和符号均以不可预测的方式变化均以不可预测的方式变化的测量误差。的测量误差。 注意：注意：尽管任一次测量的随机误差的大小和符号无规律，但多次测量尽管任一次测量的随机误差的

56、大小和符号无规律，但多次测量的随机误差整体分布一般都符合某种概率统计规律的随机误差整体分布一般都符合某种概率统计规律 。 常见的分布规律有：常见的分布规律有：正态分布正态分布、均匀分布、反正弦分布、偏心分布等。、均匀分布、反正弦分布、偏心分布等。处理原则：处理原则：用概率和数理统计方法减小其影响，但无法完全消除其影响。用概率和数理统计方法减小其影响，但无法完全消除其影响。第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1166/94 粗大误差粗大误差 粗大误差是指超出在规定条件下预计的测量误差，即明显歪曲测量粗大误差是指超出在规定条件下预计的测量误差，即明显歪曲测量

57、结果的测量误差。结果的测量误差。处理原则：处理原则：发现并剔除含有粗大误差的测得值。发现并剔除含有粗大误差的测得值。 关于精密度、正关于精密度、正(准准)确度、精确度确度、精确度精密度精密度随机误差的影响小随机误差的影响小正确度正确度系统误差的影响小系统误差的影响小精确度精确度系统误差和随机误差系统误差和随机误差的综合影响小的综合影响小第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1167/943.4.4 随机误差的处理随机误差的处理 随机误差的特性随机误差的特性 通过对大量的测量实验数据进行统计后通过对大量的测量实验数据进行统计后发现，随机误差通常服从正态分布规

58、律。这发现，随机误差通常服从正态分布规律。这种正态分布的随机误差具有以下几个特性：种正态分布的随机误差具有以下几个特性： 单峰性单峰性 绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的概率大。绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的概率大。 对称性对称性 绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。 抵偿性抵偿性 对同一被测量进行多次等精度重复测量，则所有随机误差的代数对同一被测量进行多次等精度重复测量，则所有随机误差的代数和等于零。和等于零。 有界性有界性 在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限。在一定的测量条件下，随机误差的绝

59、对值不会超过一定的界限。 第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1168/94 算术平均值原理算术平均值原理 由于测量随机误差总体上存在以上几个特性，因此实际测量由于测量随机误差总体上存在以上几个特性，因此实际测量工作中经常采用对同一被测量进行多次重复测量，通过适当的数工作中经常采用对同一被测量进行多次重复测量，通过适当的数据处理即可减小随机误差对测量结果的影响。据处理即可减小随机误差对测量结果的影响。 在对同一被测量进行多次重复测量后，应以多次测得值的算术在对同一被测量进行多次重复测量后，应以多次测得值的算术平均值作为测量结果平均值作为测量结果(当然还要

60、估计其误差当然还要估计其误差)。算术平均值也称为最。算术平均值也称为最可信赖值。可信赖值。 依据：随机误差具有抵偿性。依据：随机误差具有抵偿性。niinlnlllnL12111第第3章章 测量技术基础测量技术基础机械工程学院机械工程学院2021-12-1169/9422221)( ep 服从正态分布的随机误差的概率密度函数为：服从正态分布的随机误差的概率密度函数为： 测量的标准偏差测量的标准偏差321 测量的标准偏差测量的标准偏差 越小，曲线越陡峭，表明测得值越集中，且大部分误差的绝对值越小，曲线越陡峭，表明测得值越集中，且大部分误差的绝对值较小；较小； 越大，曲线越平坦，表明测得值越分散，绝