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1、Basis of Technical Measurement第2章 技术测量基础Date1第2章 技术测量基础本章学习内容2.3 测量方法2.4 测量误差2.2 测量单位2.1 测量的概念Date2第2章 技术测量基础2.1.1 测量(measurement)2.1 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求比值，从而确定被测量的实验过程。 测量方程式或x被测量 u测量单位 q比值Date3第2章 技术测量基础用钢板尺测量长度Date4第2章 技术测量基础用游标卡尺测量直径 Date5第2章 技术测量基础 测量的四要素 测量对
2、象一个完整的测量过程包括测量对象、测量单位、测量方法、测量精度(误差、结果)四个要素。技术测量的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。dLDate6第2章 技术测量基础 测量单位我国采用国际计量单位制，常用的计(测)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现，它们是从相应的基准通过一定的技术手段传递到测量器 具上的。长度：米(m)基本单位毫米(mm)、微米( m )、纳米(nm)常用单位角度：弧度(rad)基本单位度()、分()、秒()常用单位Date7第2章 技术测量基础 测量方法广义的测量方法指的是测量原理、测量器具和测量
3、条件(环境和操作者等)的总和。一般意义的测量方法通常是指被测量与标准量比较的方法。 测量精度(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)。不考虑测量误差的测量结果是没有意义的。例：Date8第2章 技术测量基础2.1.2 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验过程。轴用光滑极限量规孔用光滑极限量规螺纹量规测量与检验统称为检测。测量属于定量检测，检验属于定性检测。2.1.3 检测Date9第2章 技术测量基础2.1
4、.4 几何量测量技术的发展史 商朝象牙尺 秦朝统一了度量衡 西汉铜制卡尺 19世纪中叶游标卡尺(0.02mm)为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头。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，由液晶显示器显示，电子数显卡尺测量方便。电 子 数 显 卡 尺Date10第2章 技术测量基础游标量具 实物Date11第2章 技术测量基础2.1.4 几何量测量技术的发展史 20世纪初叶 -螺旋测微类量具-千分尺(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。千分尺读数举例 外径千分尺实物Date12第2章 技术测量基础2.1.4 几何量测量技术的发展史 20世纪三、四十年代机
5、械量仪、光学量仪、工具显微镜、光 波干涉仪等(1 m )机械量仪 (1)百分表 百分表是应用最广的机械量仪。百分表Date13第2章 技术测量基础双 面 百 分 表深 度 百 分 表大 量 程 百 分 表百分表 实物Date14第2章 技术测量基础机械量仪 (2)内径百分表 内径百分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。内径百分表内径百分表、内径千分表实物Date15第2章 技术测量基础机械量仪 (3)杠杆百分表 杠杆百分表又称靠表。杠杆百分表Date16第2章 技术测量基础机械量仪 (4)扭簧比较仪 是利用扭簧作为传动放大机构，将测量杆的直线位移转变为指针的角位移。扭簧
6、比较仪Date17第2章 技术测量基础光学量仪光学量仪是利用光学原理制成的量仪，在长度测量中应用比较广泛的有光学计、测长仪等。(1)立式光学计 立式光学计是利用光学杠杆放大作用将测量杆的直线位移转换为反射镜的偏转，使反射光线也发生偏转，从而得到标尺影像的一种光学量仪。 立式光学计Date18第2章 技术测量基础光学量仪(2)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相结合的长度测量仪器。万能测长仪Date19第2章 技术测量基础2.1.4 几何量测量技术的发展史 20世纪五、六十年代电感比较仪、电容比较仪等(0.1 m )电动量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
7、 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电 感 测 微 仪Date20第2章 技术测量基础2.1.4 几何量测量技术的发展史 20世纪七十年代激光干涉仪(0.01 m )Date21第2章 技术测量基础2.1.4 几何量测量技术的发展史 20世纪末隧道显微镜、高精度电容测微仪等(nm)STM隧道显微镜(STM)实物照片 石墨三维图像 用隧道显微镜(STM)观察石墨原子排列Date22第2章 技术测量基础 现代多功能、高精度、自动化测量仪器2.1.4 几何量测量技术的发展史Date23第2章 技术测量基础2.2 测量单位Units of Measurement为了实现长度、
8、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。我国采用国际单位制单位，长度基准是“米”(m)，角度基准是“弧度”(rad)。本节主要讨论长度基准。Date24第2章 技术测量基础2.2.1 长度基准(“米”的定义) 国际米原器实物基准“米”的最初定义是法国于1791年定义的，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。1889年在法国巴黎召开了第1届国际计量大会，从国际计量局订制的30根铂铱合金米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺(称之为“国际米原器”) ，规定“1米就是米原器在0时两端的两条刻线间的距离”。 国际米原器的不确定度为1.11
9、07(0.1m)。Date25第2章 技术测量基础 Kr86辐射波长自然基准1960年第11届国际计量大会对米定义：“米”等于Kr86在 2p105d5之间能级跃迁时，辐射光真空波长的1650763.73倍，使米成为自然基准，取消了铂铱合金米原器。(不确定度为410-9)1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。 光速(时间法/频率法/辐射法)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，使米定义和基准实现了独立。我国自主研制的稳频633nm激光器的不确定度为2.510-11。Date26
10、第2章 技术测量基础2.2.2 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。长度量值的传递系统是沿两条路线进行的： 线纹量具 端面量具Date27第2章 技术测量基础 线纹量具线纹尺: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件，也称刻线尺。线纹尺的线条间距一般为1毫米或0.1毫米。线纹尺可分为基准线纹尺、标准线纹尺和工作线纹尺。基准线纹尺和标准线纹尺用于长
11、度计量的量值传递。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作为测量元件 。Date28第2章 技术测量基础 端面量具量块Date29第2章 技术测量基础Date30第2章 技术测量基础2.2.3 量块(gauge block)的基本知识量块分为长度量块和角度量块两种(以下仅介绍长度量块)。量块用 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)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。参照： GB/T 6093-2001 几何量技术规范(GPS)长度标准量块 主要技术参数 量块长度 l 量块中心长度 lc 量块标称长度 ln 任意点的
12、量块长度相对于标称长度的偏差 e 量块长度变动量 V 平面度误差 fd 研合性 Date31第2章 技术测量基础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，称为标称长度(量块上标出的长度)。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的垂直距离称为量块长度Li。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中心长度。L4L3L2L量块L1平晶 主要技术参数Date32第2章 技术测量基础 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
13、，研合在一起后即可组合成各种不同的基准长度。Date33第2章 技术测量基础国 家 标 准 推 荐 的 成 套 量 块 的 组 合 尺 寸Date34第2章 技术测量基础 量块的精度量块按制造时所允许的长度极限偏差和长度变动量分为 5级：K、0、1、2、3量块的精度有“级”和“等”两种。高 低 按制造精度分“级”长度极限偏差反映制造时量块长度的准确性 长度变动量反映两测量面的平行性，影响可研合性若按“级”使用量块，则应以标称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。Date35第2章 技术测量基础各级量块的长度极限偏差和长度变动量允许值摘自 几何量技术规范(GPS
14、)长度标准量块 GB/T6093-2001Date36第2章 技术测量基础量块按“级”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，根据长度测量不确定度和长 度变动量分为5“等”：1、2、3、4、5高 低 按检定测量精度分“等”长度测量不确定度反映量块长度的实测准确性 长度变动量反映两测量面的平行性，影响可研合性量块检定测量成“等”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差 作为该尺寸的误差。Date37第2章 技术测量基础Date38第2章 技术测量基础 量块的组合一般来说，按“等”使用量块比按“级”使用精度高。例：用91块一套的量
15、块组合 37.867mm的量块组。3 7 . 8 6 7 1 . 0 0 7 (第1块) 3 6 . 8 6 1 . 3 6 (第2块) 3 5 . 5 5 . 5 (第3块) 3 0 (第4块)为减小累积误差，应选用最少的块数组合量块组。Date39第2章 技术测量基础 量块使用的注意事项1. 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，影响其粘合性。3. 分清量块的“级”与“等”，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。6. 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。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于干燥处。Date40第2章 技术测量基础2.2.4 角度基准多面棱体 精度：0.5“1“角度块规 精度：3、10、30精密测角仪 分辨率0.01 “多齿分度盘 精度：0.1 “简要介绍多面棱体和角度块规Date41第2章 技术测量基础n金属多
