《公差配合与技术测量》-项目三　技术测量基础

课题一检测的基本概念与量值传递一、检测的基本概念被测量的量在一定条件下总有一个客观存在的量值，通常称为真值。当我们用某种设备在一定条件下对此量进行测量时，所获得的测得值，同它的真值之间总有一个差值。此测得值与真值之差就称为测量误差，其量纲与被测量的量纲相同，又称为绝对测量误差。可用公式表示：Ｌ＝ｑＥ下一页返回课题一检测的基本概念与量值传递

显然，对任一被测对象进行测量，首先要建立计量单位，其次要选择与被测对象相适应的测量方法，并且要达到所要求的测量精度。因此，一个完整的几何量测量过程包括被测对象、计量单位、测量方法和测量精度等四个要素。被测对象———在几何量测量中，被测对象是指长度、角度、表面粗糙度、形位误差等。计量单位———用以度量同类量值的标准量。测量方法———指测量原理、测量器具和测量条件的总和。测量精度———指测量结果与真值一致的程度。上一页下一页返回课题一检测的基本概念与量值传递二、长度单位、基准和量值传递１长度单位和基准１）长度单位在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单符号为“ｍ”。工程单位：ｍｍ、μｍ。１ｍ＝１０００ｍｍ，１ｍｍ＝１０００μｍ。２）基准基准单位“米”—一米是光在真空中１／２９９７９２４５８秒的时间间隔内所经过的行程长度。上一页下一页返回课题一检测的基本概念与量值传递２量值传递系统以经过中间基准将长度基准逐级传递到生产中使用的各种计量器具上，形成量值传递系统。我国量值传递系统如图３－１所示，从最高基准谱线开始，通过两个平行的系统向下传递。上一页下一页返回课题一检测的基本概念与量值传递三、量块的基本知识量块也叫块规，它是保持度量统一的工具，在工厂中常作为长度基准，是无刻度的平面平行端面量具。量块除了作为标准器具进行长度量值传递之外，还可以作为标准器来调整仪器、机床或直接检测零件。１量块的材料、形状、尺寸和作用量块通常用线膨胀系数小、性能稳定、耐磨，不易变形的材料制成，如铬锰钢等。其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。长方体：有上、下两个经过精密加工的很平、很光的工作面称为上、下测量表面和四个一般的侧面，有两种截面尺寸，当Ｌ≤１０ｍｍ时为３０ｍｍ×９ｍｍ，Ｌ＞１０ｍｍ时为３５ｍｍ×９ｍｍ。如图３－２所示，量块的工作尺寸是指中心长度ＯＯ′，即从一个测量面上的中心至该量块另一测量面相研合的辅助体表面（平晶）之间的距离。上一页下一页返回课题一检测的基本概念与量值传递２量块的精度等级根据ＧＢ６０９３—２００１的规定，量块按制造精度分为００、０、１、２、３和ｋ级共六级，００级最高。３级最低，Ｋ级为校准级，主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。３量块的特性和应用量块的基本特性除上述的稳定性、耐磨性和准确性之外，还有一个重要的特性，即研合性。所谓量块的研合性，即量块的一个测量面与另一量块测量面或与另一经过精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互黏合的性能，它是由于量块表面的粗糙度极高时，表面附着的油膜的单分子层的定向作用所致。上一页返回课题二计量器具与测量方法的分类一、计量器具的分类计量器具是量具、量规、量仪和其他用于测量目的的测量装置总称（即计量装置）。１量具量具是指以固定形式复现量值的计量器具。又可分为单值量具（如量块）和多值量具（如线纹尺）。量具的特点是一般没有放大装置。（１）单值量具。只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其他测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。（２）多值量具。可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其他测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如线纹尺、９０°角尺等。下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类２量规量规是指没有刻度的专用计量器具，用来检验工件实际尺寸和形位误差的结果。量规只能判断工件是否合格，而不能获得被测几何量的具体数值，如光滑极限量规、螺纹量规等。３量仪量仪是指能将被测量转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。按工作原理和结构特征，量仪可分为机械式、电动式、光学式、气动式，以及它们的组合形式———光电一体化的现代量仪。４计量装置计量装置是指为确定被测量所必需的测量装置和辅助设备总体。如自动分选机、检验夹具、主动测量装置等。上一页下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类二、计量器具的基本技术性能指标（１）分度间距（刻度间距）：分度间距是计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心之间的距离，一般１～２.５ｍｍ。（２）分度值（刻度值）：分度值是指计量器具的刻度尺或度盘上相邻两刻线所代表的量值之差。例如，千分尺的微分套筒上相邻两刻线所代表的量值之差为０.０１ｍｍ，即分度值为０.０１ｍｍ。一般说，分度值越小，计量器具的精度越高。上一页下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类（３）示值范围：指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。（４）测量范围：指在允许的误差内，计量器具所能测出的最小值和最大值的范围。（５）示值误差：指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。（６）灵敏度：指计量器具对被测量变化的反应能力。若被测量变化为ｘ，所引起的计量器具相应变化１。则灵敏度的公式：ｓ＝１／ｘ。上一页下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类三、测量方法的分类１.按实测量是否是被测量分类（１）直接测量。指直接从计量器具获得被测量的量值的测量方法。（２）间接测量。指先测量出与被测量有已知函数关系的量，然后通过函数关系算出被测量的测量方法。２.按是否是被测量的整个量值分类（１）绝对测量。只能从计量器具读数装置上读出被测量的整个量值的测量方法，如游标卡尺、千分尺测量轴径。（２）相对测量。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的测量方法。上一页下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类３.按是否与表面接触（测量力）分类（１）接触测量。如游标卡尺、千分尺。（２）非接触测量。如光切显微镜测量表面粗糙度。４.按同时被测量的数量分类（１）单项测量。测量螺纹的螺距、中径和牙型半角。（２）综合测量。用齿轮单齿啮合仪测量齿轮的切向综合误差。上一页下一页返回课题二计量器具与测量方法的分类５.按被测量是否在加工过程中分类（１）在线测量。主要应用在自动生产线上。（２）离线测量。仅限于发现并剔除废品。６.按被测量在加工过程中所处的状态分类（１）静态测量。测量期间其值可认为是恒定的量的测量。（２）动态测量。目的是为了测得误差的瞬时值及其随时间变化的规律，测量效率高。７.按决定测量结果的全部因素或条件是否改变分类（１）等精度测量。只用于精度的测量。（２）不等精度测量。只用于高精度的测量。上一页返回课题三常用计量器具的基本结构与工作原理一、游标类量具（１）定义：利用游标读数原理制成的量具称之为游标类量具，如图３－３所示。包括普通游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺、角度游标卡尺等。（２）结构：由主尺和副尺（游标）组成。主尺为一条刻有刻度的直尺，副尺为游标。（３）游标的读数原理：主尺上刻线的间隔为ａ＝１ｍｍ，游标上的刻线间隔为ｂ＝０.９ｍｍ，故主副尺刻度线间距差为ｉ＝ａ－ｂ＝０.１ｍｍ。若游标移动一个间距ｂ，则与主尺间就产生０.１ｍｍ的差值，此值即为分度值。读数：整数部分读主尺，小数部分读游标。新型的卡尺为读数方便，装有测微表头或配有电子数显，如图３－４和图３－５所示。下一页返回课题三常用计量器具的基本结构与工作原理二、螺旋测微类量具（１）定义———利用螺旋副运动原理制成的量具叫测微量具。包括外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、螺纹千分尺和公法线千分尺等，如图３－６所示。上一页下一页返回课题三常用计量器具的基本结构与工作原理（２）结构：由尺架、测砧、测微螺杆、微分筒、测力装置等组成。（３）读数原理：千分尺的测微螺杆螺距为０.５ｍｍ，测量时微分筒转一周，测微螺杆轴向移动一个螺距，而微分筒一周分为５０等份，也即是微分筒转动一小格，螺杆移动０.５／５０ｍｍ，即０.０１ｍｍ。此为分度值ｉ，再利用主尺（测杆）上的刻线记录所走路程，故有读数为：整数读测杆上的主刻线，小数部分为微分筒的格数与ｉ的乘积读。又因转一周只能移动０.５ｍｍ，而主尺上刻线为１ｍｍ间距，故在主尺的水平刻线下方再刻上与上方两刻线对中的一刻线，即是将上面的１ｍｍ两等份，为０.５ｍｍ。最后有千分尺读数为“主尺刻度＋微分筒格数×ｉ”或“主尺刻度＋０.５ｍｍ＋微分筒格数×ｉ”两种。上一页下一页返回课题三常用计量器具的基本结构与工作原理三、机械量仪１定义应用机械传动件如齿轮、杠杆等，将测量杆的直线位移进行传动、放大，并由读数装置指示出来的量仪。测量精度较高，结构简单，使用方便。主要用于长度的相对测量以及形状和相互位置误差的测量。２百分表（如图３－７）组成：由表盘、测量杆、测量头、大指针、小指针、套筒和传动系统组成。作用：用于测量各类零件的线值尺寸、形状和位置误差，找正工件位置或与其他仪器配套使用。上一页下一页返回课题三常用计量器具的基本结构与工作原理３内径百分表（图３－８）定义：它是利用相对测量法测内孔的一种量仪。有０.０１ｍｍ、０.００１ｍｍ两种。结构：由表头、表杆、测头等部分组成。４杠杆百分表（如图３－９）杠杆百分表是将杠杆测点头的位移，通过机械传动系统，转化为表针的传动。其分度值为０.０１ｍｍ，示值范围一般为０.４ｍｍ。杠杆百分表的外形与传动原理如图所示。它是由杠杆、齿轮传动机构等组成。将测量杆７的摆动，通过杠杆使扇形齿轮绕其轴摆，并带动与它相啮合的小齿轮１转动，使固定在同一轴上的指针３偏转。上一页返回课题四*测量误差与数据处理一、测量误差及产生原因１概念测量误差是指在测量时，测量结果与实际值之间的差值。即＆＝Ｌ－ｕ在物理实验中，对于待测物理量的测量分为两类：直接测量和间接测量。直接测量可以用测量仪器和待测量进行比较，直接得到结果。例如用刻度尺、游标卡尺、天平、直流电流表等进行的测量就是直接测量。间接测量则是不能直接用测量仪器把待测量的大小测出来，而要依据待测量与某几个直接测量量的函数关系求出待测量。例如重力加速度，可通过测量单摆的摆长和周期，再由单摆周期公式算出，这种类型的测量就是间接测量。下一页返回课题四*测量误差与数据处理２测量误差的来源（１）测量器具：测量器具的制造和装配误差都会引起其示值误差。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺的误差。（２）测量方法：因测量方法产生的误差，除了某些间接测量法中的原理误差以外，主要有阿贝误差和对准误差两种。（３）测量环境：主要包括温度、气压、湿度、振动、噪声以及空气净化程度等因素。在一般测量过程中，温度是重要的因素，其他因素只在精密测量中才考虑。（４）测量人员：主要有视觉、估读误差、观测误差、调整误差以及对准误差等。上一页下一页返回课题四*测量误差与数据处理二、测量误差的分类１系统误差系统误差是指在一定条件下多次测量的结果总是向一个方向偏离，其数值一定或按一定规律变化。系统误差的特征是具有一定的规律性。系统误差的来源具有以下几个方面：（１）仪器误差。它是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的误差。（２）理论误差。它是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，或测量方法等所带来的误差。（３）观测误差。它是由于观测者本人生理或心理特点造成的误差。上一页下一页返回课题四*测量误差与数据处理２随机误差在实际测量条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值符号的变化，时大时小、时正时负，以不可预定方式变化着的误差叫做随机误差，有时也叫偶然误差。当测量次数很多时，随机误差就显示出明显的规律性。实践和理论都已证明，随机误差服从一定的统计规律（正态分布），其特点是：（１）绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大（单峰性）。（２）绝对值相等的正负误差出现的概率相同（对称性）。（３）绝对值很大的误差出现的概率趋于零（有界性）。（４）误差的算术平均值随着测量次数的增加而趋于零（抵偿性）。因此，增加测量次数可以减小随机误差，但不能完全消除。上一页下一页返回课题四*测量误差与数据处理３粗大误差超出规定条件下预计的误差。粗大误差是由于某种非正常原因造成的。如读数错误、温度的突然变动等。根据误差理论，按一定的规则予以剔除。上一页下一页返回课题四