(李婷)长度计量基础知识培训讲解

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1、目 录第一章 长度计量概述1第一节 长度计量的任务和内容1第二节 长度计量的单位1第三节 长度计量的基准、标准、量值传递及计量检定系统表2第四节 长度计量仪器的分类3第五节 长度计量器具的维护保养4第六节 长度计量技术的发展5第二章 长度测量基础6第一节 测量的基本概念6第二节 测量误差的基本概念7第三节 计量器具的基本计量特性9第四节 长度测量的几项基本原则10第五节 长度计量的一般测量程序15第三章 长度计量常用计量器具17第一节 通用量具17第二节 常用光学计量仪器18第三节 气动量仪34第四节 电动量仪36第一章 长度计量概述第一节 长度计量的任务和内容 长度计量(又称几何量计量)是一

2、项历史悠久、基础性很强的技术。长度计量与人们生活、生产活动、国民经济各个部门、科学技术各个领域有着十分密切的联系。在日常生活中，做衣服要用尺子量体裁衣，盖房要丈量土地；在工业生产中，长度计量是保证加工零件的尺寸和形状符合设计要求，保证装配的零部件和整机达到质量指标的技术手段；科学的进步更离不开长度计量，许多科学实验往往是通过长度计量来获得实验结果的。如研究宏观世界，测量天体间距离；研究微观世界，测量分子结构等。 长度计量的重要任务是：研究和确定长度单位；研究建立和保存长度计量基准、标准；建立长度各项计量检定系统，组织量值传递，开展计量检定与修理，以保证量值的准确一致；研究新的长度计量测量方法和

3、手段，确定测量准确度；应用新的科学技术理论，开拓长度计量的新领域。 长度计量按其测量对象来分，可包括以下几个方面的内容： (1)长度尺寸如端度、轴孔直径、坐标尺寸、线纹间尺寸、箱体结构尺寸等； (2)角度一-如平面角(斜率等)、圆分度、空间位置角(如两轴交错的夹角)；锥度等； (3)表面形状和位置平面度、直线度、圆度、垂直度、平行度等； (4)表面粗糙度(微观不平度)和波度； (5)齿轮、螺纹、花键及各类加工刀具等的各种工程参量。第二节 长度计量的单位 几何量表征物体的大小、长短、形状和位置，其基本参量是长度和角度。长度的单位是“米”(m)。角度量分为平面角和立体角，其单位分别为弧度(tad)

4、和球面度(sr)。 “米”的倍数单位和分数单位按SI规定，是在“米”前加十进制词头构成。如常用单位有毫米(mm)、微米(m)、千米(km)等。平面角在日常应用中，保留使用以度()、角分()、角秒()为单位的60进制。它们与弧度的换算关系为1(180)rad.1=(10800)rad，1(648000)rad。“米”定义为：“光在真空中于(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”。国际计量委员会推荐了三种实现这个新定义的方法，即时间法、频率法和辐射波长法。它们都是建立在真空中光速c为确定值(即c=299792458 ms)的基础上，而当前主要实现途径是以辐射稳定波长的激光为基准。 长

5、度计量单位的特点： (1)基本性 长度单位“米”在SI中被列为第一个基本单位，许多导出单位都含有长度单位因子，如：速度(ms)、密度(kgm3)、磁场强度(Am)等，因此不少导出单位计量基准的准确度在很大程度上取决于长度单位量值的准确度。 (2)多维性 物体的形状和位置都可以用坐标空间(如三维空间)中的若干点表示。但用若干点的坐标值来表示某些物体的几何特性会十分烦琐，所以，为了简化，在几何量中除了使用长度和角度两个基本参量外，还必须引入一些工程参量，如锥度、渐开线、螺旋线等。这些参量都是多维的复合参量，又称之为工程参量。 (3)广泛性 几何量是客观世界中最广泛的物质形态，绝大部分物理量(如力学

6、、热学、电磁学的一些量等)都是以几何量信息的形式进行定量描述的。第三节 长度计量的基准、标准、量值传递及计量检定系统表 计量工作的基本任务之一，就是保证量值的准确一致。为此，必须做好两项工作：一是建立国家基准(包括国家计量基准、副计量)基准。工作计量基准)和计量标准，这是统一量值的物质基础；二是为了使“标准长度单位量值”能够准确地传递到生产、科研工作中去，必须在管理上和技术上建立全国统一的科学的量值传递体系。 (1)长度计量基准 长度计量基准是用以复现和保存计量单位米的量值，经国家鉴定并批准，作为统一全国量值最高依据的计量器具。 为了实现全国量值的统一，必须建立用以复现、保存单位量值的基准器，

7、这就是国家计量基准器。国家计量基准器是体现计量单位量值、具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家检定合格后，作为全国计量单位量值的最高依据。因此作为国家计量基准器应包含下列内容： 第一、国家计量基准器是根据物理量基本单位的定义复现并保存单位量值的计量器具， 第二，国家计量基准器应具有高稳定性、可复制性和可比较性，它所复现的单位量值应具有现代科学技术所能达到的最高准确度； 第三、国家计量基准器的职能是统一全国计量单位量值的最高依据；第四、国家计量基准器的建立应按一定的法制程序进行，即待建立的国家计量基准器应接受国家鉴定，经鉴定合格后由国家正式批准使用，因此国家计量基准器具有法制性效

8、能。 早在六十年代初，我国就已建立了复现米定义的氪86光波波长装置，其复现精度达到了110-8的国际水平。这一长度基准的建立，为我国长度量值的统一奠定了物质基础。 为了保证国家摹准经常处于良好的工作状态，不致因使用频繁而降低应有精度或受损坏，从而影响担负统一全国量值的职能，还必须建立副基准器和工作基准器。 副基准器是通过直接或间接与国家基准器比对来确定其量值的计量器具。我国已建立的长度副基准器有氪-86的其它谱线、汞-198光源、镉-114光源及He-Ne激光光源。 工作基准器是由国家基准或副基准校准或比对用于检定标准的一种计量器具长度工作基准一般为实物基准，包括线纹和端度(量块)两类。线纹工

9、作基准有1m石英基准尺， 1-1000mm的殷钢基准线纹尺及1200mm的石英基准线纹尺量块工作基准是0.5100 mm基准组量块。 工作基准与副基准，国家基准的校准、比对需要计量仪器，如量块激光干涉仪、柯氏光波干涉仪、氦氖激光干涉比长仪等，这种用于基准比对的标准计量仪器称为基准仪器。 角度的基准器是多齿分度台、多面棱体和度盘检定装置，由于圆分度具有封闭性，所以它们既是实物基准同时又具有自然基准的特征。 (2)长度计量标准 长度计量标准是按国家规定的准确度等级，实际用于长度检定工作的计量器具。如端度实物标准器是量块。量块按使用要求，其精度分为1，2，3，4，5，等。线纹标准器有标准线纹米尺、2

10、00mm短标尺等。角度实物标准是端面角度标准正多面棱体，角度块；线纹角度标准如刻线度盘、圆光栅、编码盘等；机械分度标准如多齿分度盘、分度台等；电子测角标准主要是环行激光器。平面度的实物标准器是平面平晶。粗糙度的实物标准器是标准单刻线样板、标准多刻线样板和磨削样板。实际工作中，还采用了工程计量标准，如渐开线标准样板、螺旋线样板等等。(3)量值传递有了国家基准、计量标准这一统一量值的物质基础，我国建立了从长度基准到计量标准，最后到生产、科研中使用的各种工作计量器具、工件尺寸、形状的量值传递体系。 量值传递被定义为：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量值通过各等级计量标准传递到工

11、作计量器具，以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致。 为什么要进行量值传递呢？我们知道任何计量器具，由于加工、装配等原因，都存在不同程度的误差。新制造的计量器具，由于设计、加工、装配等各种原因引起的误差是否在允许范围内，必须用一定等级的计量标准来检定，判断其是否合格；使用过程中的计量标准器和工作计量器具，由于使用中的磨损、环境影响或使用不当等原因，也会引起其计量参数的变化，也需要定期地采用一定等级的计量标准对其进行检定，根据检定结果作出继续使用、进行修理或报废的判断；经过修理的计量标准器或工作计量器具是否达到计量参数指标的要求，也须用相应的计量标准进行检定。否则，由于各级计量标准器不标准(不

12、合格)、工作计量器具合格与否便无从谈起，就不能保证对被测对象所测得的量值的准确和一致，就必然造成量值传递的混乱。由此可见，建立量值传递体系是统一计量器具量值的重要手段，是保证计量结果准确可靠的基础，是保证全国量值的准确可靠而采取的具体措施和技术保证。 (4) 国家计量检定系统表 国家计量检定系统表(简称检定系统)被定义为：国家对计量基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的检定程序所作的技术规定。检定系统由文字和框图构成，内容包括：基准、各等级计量标准、工作计量器具的名称、测量范围、准确度(或不确定度或允许误差)和检定的方法等。制定检定系统的根本目的，是为了保证工作计量器具具备应有的准确度。在此

13、基础上，考虑量值传递的合理性。即制定检定系统时，各等级计量标准的准确度要求，必须从工作计量器具的准确度要求开始，由下向上地逐级确定。检定系统基本上是按各类计量器具(如：量块、线纹尺、表面粗糙度参数值样板等)分别制定的。在我国，每项国家计量基准对应一种检定系统。第四节 长度计量仪器的分类长度计量仪器种类十分繁多，一般按仪器的工作原理或仪器的用途对其进行分类。 一、按仪器工作原理分类 按工作原理分类，实际上是一种以被测量的原始信号转换原理的不同而命名不同仪器的分类方法，可分以下四类： 1 机械式仪器 用机械方法实现原始信号转换的仪器如游标卡尺、百分衷、千分尺、各类机械式测微仪、机械式万能测齿仪及各

14、类机械式检定器等这种根据机械转换传动原理设计的仪器结构简单，性能稳定，使用维护方便，但缺点是精度不高，不能实现自动测量。 游标卡尺、百分表、千分尺等计量器具习惯上统称为通用量具，其实这是与量具的定义不相符的。在这里我们将此类计量器具一律称为机械式仪器。 2 光学仪器 用光学的方法，实现对原始信号的转换放大的仪器根据仪器中光学系统的不同，又可分为： (1)望远系统的光学仪器，如准直仪(又称平行光管)、自准直仪和以望远光学系统为主的光学计等； (2)显微系统的光学仪器，如工具显微镜，测长机、测长仪、光学分度头等； (3)投影系统的光学仪器，如各种不同用途的大小投影仪； (4)光干涉原理的光学仪器，

15、在这一类仪器中有复现长度基准光波的干涉仪和各种用途的干涉仪，如绝对光波干涉仪、立式接触干涉仪。干涉显微镜、干涉小孔测量仪等。由于这些仪器用光波作基准，测量精度很高，在长度量值传递中起着十分重要的作用； (5)光栅，激光原理的数显式光学仪器，这类仪器是利用近一、二十年内发展起来的光栅、激光新技术，应用光的干涉、衍射原理及光，机，电的结合，实现了测量的数字化与自动化的高精度计量仪器，如光栅式三坐标测量机、光栅式光学分度头、激光比长仪、激光量块干涉仪等。 总之，由于光学仪器具有精度高、性能稳定、可以实现接触测量与非接触式测量，相对测量与绝对测量等特点，再有光学仪器品种规格比较配套、结构设计及仪器附件考虑周全且能适应相当广泛的测量对象，所以在整个长度计量仪器中，光学仪器一直占有十分重要的地位。 3 气动仪器 以压缩空气为介质，用气源系统的状态(如流量或压力)变化来