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1、第二章第二章 测量技术基础测量技术基础第一节概述第一节概述1测量技术发展过程测量技术发展过程n n通过提高机械加工精度来满足人们对机械产品使用性能越通过提高机械加工精度来满足人们对机械产品使用性能越通过提高机械加工精度来满足人们对机械产品使用性能越通过提高机械加工精度来满足人们对机械产品使用性能越来越高的要求，促使测量技术的不断进步和发展，测量技来越高的要求，促使测量技术的不断进步和发展，测量技来越高的要求，促使测量技术的不断进步和发展，测量技来越高的要求，促使测量技术的不断进步和发展，测量技术的发展又保证了加工精度的提高。术的发展又保证了加工精度的提高。术的发展又保证了加工精度的提高。术的发
2、展又保证了加工精度的提高。n n千分尺类千分尺类千分尺类千分尺类量具使加工精度达到量具使加工精度达到量具使加工精度达到量具使加工精度达到0.01mm0.01mm0.01mm0.01mm；测微比较仪测微比较仪测微比较仪测微比较仪使加工使加工使加工使加工精度达到精度达到精度达到精度达到1 1 1 1 mm左右；左右；左右；左右；圆度仪圆度仪圆度仪圆度仪使加工精度达到使加工精度达到使加工精度达到使加工精度达到0.10.10.10.1 mm ；激光激光激光激光干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪使加工精度达到使加工精度达到使加工精度达到使加工精度达到0.010.010.010.01 mm 。n n国际上机床的加工
3、水平已稳定在国际上机床的加工水平已稳定在国际上机床的加工水平已稳定在国际上机床的加工水平已稳定在1 1 1 1 mm的精度，正在向精度为的精度，正在向精度为的精度，正在向精度为的精度，正在向精度为0.10.10.10.10.010.010.010.01 mm的加工水平发展，测量技术正向着纳米的加工水平发展，测量技术正向着纳米的加工水平发展，测量技术正向着纳米的加工水平发展，测量技术正向着纳米( ( ( (n n n nmm) ) ) )级级级级的精度方向发展。的精度方向发展。的精度方向发展。的精度方向发展。 2测量技术发展过程测量技术发展过程n n1850年：游标卡尺、年：游标卡尺、 精度为精
4、度为0.1mmn n1910 年：千分尺、年：千分尺、 精度为精度为0.01mmn n1927年：光学比较仪、测长仪、光波干涉仪，年：光学比较仪、测长仪、光波干涉仪，小型工具显微镜、精度为小型工具显微镜、精度为1 mn n1960年以后：激光干涉仪等精度为年以后：激光干涉仪等精度为0.01 mn世界上第一台激光器世界上第一台激光器 ，1960年年7月，梅曼在加利福尼月，梅曼在加利福尼亚的休斯空军试验室诞生，是红宝石激光器。亚的休斯空军试验室诞生，是红宝石激光器。 3测量技术的重要地位测量技术的重要地位n n机械产品（其它产品中的机械部分），除了运机械产品（其它产品中的机械部分），除了运机械产品
5、（其它产品中的机械部分），除了运机械产品（其它产品中的机械部分），除了运动和动力功能以外，最重要的是应该具有一定动和动力功能以外，最重要的是应该具有一定动和动力功能以外，最重要的是应该具有一定动和动力功能以外，最重要的是应该具有一定的的的的动态和静态几何精度动态和静态几何精度动态和静态几何精度动态和静态几何精度。否则，运载火箭不能。否则，运载火箭不能。否则，运载火箭不能。否则，运载火箭不能将人造卫星送入预定轨道，远程导弹不能击中将人造卫星送入预定轨道，远程导弹不能击中将人造卫星送入预定轨道，远程导弹不能击中将人造卫星送入预定轨道，远程导弹不能击中预定的目标，钟表不能准确地计时，机床不能预定的目
6、标，钟表不能准确地计时，机床不能预定的目标，钟表不能准确地计时，机床不能预定的目标，钟表不能准确地计时，机床不能加工合格的零件加工合格的零件加工合格的零件加工合格的零件n n检查、判定机械新产品的几何精度是否达到设检查、判定机械新产品的几何精度是否达到设检查、判定机械新产品的几何精度是否达到设检查、判定机械新产品的几何精度是否达到设计和使用要求，最有效手段就是计和使用要求，最有效手段就是计和使用要求，最有效手段就是计和使用要求，最有效手段就是测量测量测量测量。在制造。在制造。在制造。在制造业的业的业的业的“ “设计、制造、测量设计、制造、测量设计、制造、测量设计、制造、测量” ”这三大环节中，
7、测这三大环节中，测这三大环节中，测这三大环节中，测量也占有极其重要的地位。量也占有极其重要的地位。量也占有极其重要的地位。量也占有极其重要的地位。 4测量与检验的概念测量与检验的概念 测量：测量：测量：测量：将被测量将被测量将被测量将被测量(Q)(Q)与标准量与标准量与标准量与标准量(E)(E)进行比较的过程。进行比较的过程。进行比较的过程。进行比较的过程。 Q=Q=nEnE 测量过程四要素：测量过程四要素：测量过程四要素：测量过程四要素：被测对象：被测对象：被测对象：被测对象：长度、角度、表面粗糙度、形位误差、长度、角度、表面粗糙度、形位误差、长度、角度、表面粗糙度、形位误差、长度、角度、表
8、面粗糙度、形位误差、 螺纹参数、齿轮参数螺纹参数、齿轮参数螺纹参数、齿轮参数螺纹参数、齿轮参数测量单位：测量单位：测量单位：测量单位：长度长度长度长度m , mm , m , mm , m; m; 角度角度角度角度 , , , , 测量方法：测量方法：测量方法：测量方法：测量原理、计量单位和测量条件的综合测量原理、计量单位和测量条件的综合测量原理、计量单位和测量条件的综合测量原理、计量单位和测量条件的综合测量精度：测量精度：测量精度：测量精度：测量结果与真值的一致程度。测量结果与真值的一致程度。测量结果与真值的一致程度。测量结果与真值的一致程度。5测量与检验的概念测量与检验的概念 检验：检验：
9、检验：检验：确定被测几何量是否在规定的极限范围确定被测几何量是否在规定的极限范围确定被测几何量是否在规定的极限范围确定被测几何量是否在规定的极限范围 之内，从而判断是否合格。之内，从而判断是否合格。之内，从而判断是否合格。之内，从而判断是否合格。 测量技术：测量技术：测量技术：测量技术：包含测量与检验包含测量与检验包含测量与检验包含测量与检验 对测量技术的基本要求：对测量技术的基本要求：对测量技术的基本要求：对测量技术的基本要求： 将测量误差控制在允许范围之内，保证测量精度。将测量误差控制在允许范围之内，保证测量精度。将测量误差控制在允许范围之内，保证测量精度。将测量误差控制在允许范围之内，保
10、证测量精度。（计量器具与测量方法的选择，测量效率高，成本（计量器具与测量方法的选择，测量效率高，成本（计量器具与测量方法的选择，测量效率高，成本（计量器具与测量方法的选择，测量效率高，成本低，通过测量分析误差产生原因）低，通过测量分析误差产生原因）低，通过测量分析误差产生原因）低，通过测量分析误差产生原因）6计量单位与长度基准计量单位与长度基准 计量单位：计量单位：计量单位：计量单位：长度长度长度长度：mm， mmmm， m m 角度角度角度角度: : ， ， 长度基准：长度基准：长度基准：长度基准：17911791年定义：年定义：年定义：年定义：1 1米米米米 = = 通过巴黎地球子午线的四
11、千万分通过巴黎地球子午线的四千万分通过巴黎地球子午线的四千万分通过巴黎地球子午线的四千万分之一。之一。之一。之一。19601960年定义：年定义：年定义：年定义：1 1米米米米 = = 8686K Kr r原子在原子在原子在原子在2P2P10105d5d5 5能级之间能级之间能级之间能级之间 跃迁时所辐射的谱线在真空中跃迁时所辐射的谱线在真空中跃迁时所辐射的谱线在真空中跃迁时所辐射的谱线在真空中 波长的波长的波长的波长的1650763.761650763.76倍倍倍倍19831983年定义：年定义：年定义：年定义：1 1米米米米=光在真空中于光在真空中于光在真空中于光在真空中于1/299792
12、4581/299792458秒时秒时秒时秒时间间隔内所经过的距离。间间隔内所经过的距离。间间隔内所经过的距离。间间隔内所经过的距离。 精度为精度为精度为精度为1 1 1010-11-11mm。7长度量值传递系统长度量值传递系统 用光波波长作为长度基准，不便于生产中直用光波波长作为长度基准，不便于生产中直用光波波长作为长度基准，不便于生产中直用光波波长作为长度基准，不便于生产中直接应用。接应用。接应用。接应用。 为了保证量值统一，必须把长度基准准确地为了保证量值统一，必须把长度基准准确地为了保证量值统一，必须把长度基准准确地为了保证量值统一，必须把长度基准准确地传递到生产应用的计量器具和工件上去
13、。传递到生产应用的计量器具和工件上去。传递到生产应用的计量器具和工件上去。传递到生产应用的计量器具和工件上去。 量值传递系统：量值传递系统：量值传递系统：量值传递系统：n n端面量具（量块）系统端面量具（量块）系统端面量具（量块）系统端面量具（量块）系统 ：n n刻线量具（线纹尺）系统：刻线量具（线纹尺）系统：刻线量具（线纹尺）系统：刻线量具（线纹尺）系统：8长度量值传递系统长度量值传递系统9量块量块 特点：特点：特点：特点：形状简单、尺寸稳定（合金钢、轴承形状简单、尺寸稳定（合金钢、轴承形状简单、尺寸稳定（合金钢、轴承形状简单、尺寸稳定（合金钢、轴承钢）、精度高、耐磨性好、使用方便（成套钢）
14、、精度高、耐磨性好、使用方便（成套钢）、精度高、耐磨性好、使用方便（成套钢）、精度高、耐磨性好、使用方便（成套使用、研合性）使用、研合性）使用、研合性）使用、研合性） 量块长度：量块长度：量块长度：量块长度：量块一个测量面上的一点至此量量块一个测量面上的一点至此量量块一个测量面上的一点至此量量块一个测量面上的一点至此量块另一测量面相研合的辅助表面之间的垂直块另一测量面相研合的辅助表面之间的垂直块另一测量面相研合的辅助表面之间的垂直块另一测量面相研合的辅助表面之间的垂直距离。距离。距离。距离。 量块中心长度：量块中心长度：量块中心长度：量块中心长度：测量面中点到另一个测量面测量面中点到另一个测量
15、面测量面中点到另一个测量面测量面中点到另一个测量面中点。中点。中点。中点。10图图22量块有相研合的辅助体量块有相研合的辅助体量块长度量块长度Li量块中心长度量块中心长度L量块标称长度量块标称长度量块长度变动量量块长度变动量11量块等与级量块等与级 “ “级级级级” ” ：按量块长度极限偏差和长度变动量的允许值来划按量块长度极限偏差和长度变动量的允许值来划按量块长度极限偏差和长度变动量的允许值来划按量块长度极限偏差和长度变动量的允许值来划分（按制造精度划分）。分为分（按制造精度划分）。分为分（按制造精度划分）。分为分（按制造精度划分）。分为6 6级：级：级：级：0000，0 0，1 1，2 2
16、，3 3，K K（校准级）校准级）校准级）校准级） “ “等等等等” ”：按中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏按中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏按中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏按中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分（按检定精度划分）。分为差来划分（按检定精度划分）。分为差来划分（按检定精度划分）。分为差来划分（按检定精度划分）。分为6 6等：等：等：等：1 1，2 2，3 3，4 4，5 5，6 6 “ “等等等等” ”与与与与“ “级级级级” ”的区别：的区别：的区别：的区别：按按按按“ “级级级级” ”使用，用其标称尺寸使用，用其标称尺寸使用，用其标称尺
17、寸使用，用其标称尺寸( (如如如如2020、3030），忽略了制），忽略了制），忽略了制），忽略了制造误差，精度低。造误差，精度低。造误差，精度低。造误差，精度低。按按按按“ “等等等等” ”使用，用其实际尺寸使用，用其实际尺寸使用，用其实际尺寸使用，用其实际尺寸( (如如如如20.00120.001、29.99829.998），），），），忽略了检定误差，精度高忽略了检定误差，精度高忽略了检定误差，精度高忽略了检定误差，精度高。12量块使用成套使用量块使用成套使用13量块组合量块组合为了减少量块组合的为了减少量块组合的为了减少量块组合的为了减少量块组合的累积误差累积误差累积误差累积误差，一般
18、不超过四块。，一般不超过四块。，一般不超过四块。，一般不超过四块。例：例：例：例：从从从从8383块一套的块一套的块一套的块一套的1 1级量块中选取尺寸为级量块中选取尺寸为级量块中选取尺寸为级量块中选取尺寸为36.37536.375和和和和43.62543.625的量块组，并确定按级使用时的测量极限的量块组，并确定按级使用时的测量极限的量块组，并确定按级使用时的测量极限的量块组，并确定按级使用时的测量极限误差。误差。误差。误差。解：解：解：解： 36.375=1.005+1.37+4+3036.375=1.005+1.37+4+30极限误差极限误差极限误差极限误差= (0.2+0.2+0.2+
19、0.4 (0.2+0.2+0.2+0.4）umum = = 1 um1 um 43.625=1.005+1.02+1.6+4043.625=1.005+1.02+1.6+40极限误差极限误差极限误差极限误差= (0.2+0.2+0.2+0.4 (0.2+0.2+0.2+0.4） umum = = 1 um1 um14量块组合量块组合 36.37536.3751.0051.00535.37 35.37 1.371.3734 34 4 4303043.62543.6251.0051.00542.62 42.62 1.021.0241.641.61.61.6404015计量器具计量器具 量具：量具：
20、量具：量具：以固定形式复现量值的计量器具。以固定形式复现量值的计量器具。以固定形式复现量值的计量器具。以固定形式复现量值的计量器具。量块：量块：量块：量块：单值量具单值量具单值量具单值量具线纹尺：线纹尺：线纹尺：线纹尺：多值量具多值量具多值量具多值量具 量规：量规：量规：量规：无刻度的专用计量器具（光滑极限量无刻度的专用计量器具（光滑极限量无刻度的专用计量器具（光滑极限量无刻度的专用计量器具（光滑极限量规、位置量规、螺纹量规），用于检验工件规、位置量规、螺纹量规），用于检验工件规、位置量规、螺纹量规），用于检验工件规、位置量规、螺纹量规），用于检验工件的合格性的合格性的合格性的合格性。16量规
21、量规孔用塞规孔用塞规轴用环规轴用环规轴用卡规轴用卡规螺纹量规螺纹量规17计量器具计量器具 量仪：量仪：量仪：量仪：将被测量转换成可直接观测的指示值将被测量转换成可直接观测的指示值将被测量转换成可直接观测的指示值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。或等效信息的计量器具。或等效信息的计量器具。或等效信息的计量器具。机械式量仪：机械式量仪：机械式量仪：机械式量仪：千分表、百分表、游标卡尺等千分表、百分表、游标卡尺等千分表、百分表、游标卡尺等千分表、百分表、游标卡尺等光学式量仪：光学式量仪：光学式量仪：光学式量仪：立式光学计、测长仪、干涉仪、投立式光学计、测长仪、干涉仪、投立式光学计
22、、测长仪、干涉仪、投立式光学计、测长仪、干涉仪、投影仪、显微镜、准直仪等。精度高，性能稳定。影仪、显微镜、准直仪等。精度高，性能稳定。影仪、显微镜、准直仪等。精度高，性能稳定。影仪、显微镜、准直仪等。精度高，性能稳定。电动式量仪：电动式量仪：电动式量仪：电动式量仪：电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪等。精度高，等。精度高，等。精度高，等。精度高，气动式量仪：气动式量仪：气动式量仪：气动式量仪：压力（气动）量仪、流量计式气动压力（气动）量仪、流量计式气动压力（气动）量仪、流量计式气动压力（气动）量仪、流量计式气
23、动量仪。量仪。量仪。量仪。 计量装置：计量装置：计量装置：计量装置：计量器具计量器具计量器具计量器具+辅助设备辅助设备辅助设备辅助设备18测量方法的分类测量方法的分类 直接测量与间接测量：直接测量与间接测量：直接测量与间接测量：直接测量与间接测量：直接测量：直接测量：直接测量：直接测量：直接得到被测量量直接得到被测量量直接得到被测量量直接得到被测量量间接测量：间接测量：间接测量：间接测量：通过测量与被测量有函数关系的其他量，通过测量与被测量有函数关系的其他量，通过测量与被测量有函数关系的其他量，通过测量与被测量有函数关系的其他量，计算后得到被测量值。测量误差较大计算后得到被测量值。测量误差较大
24、计算后得到被测量值。测量误差较大计算后得到被测量值。测量误差较大。如测量孔心距（图如测量孔心距（图如测量孔心距（图如测量孔心距（图2-3)2-3) 绝对测量与相对测量（微差测量）：绝对测量与相对测量（微差测量）：绝对测量与相对测量（微差测量）：绝对测量与相对测量（微差测量）：绝对测量：绝对测量：绝对测量：绝对测量：测得被测量的实际值。测得被测量的实际值。测得被测量的实际值。测得被测量的实际值。如游标卡尺、千分尺测孔（轴）径。如游标卡尺、千分尺测孔（轴）径。如游标卡尺、千分尺测孔（轴）径。如游标卡尺、千分尺测孔（轴）径。相对测量：相对测量：相对测量：相对测量：测得被测量与某一基准的偏差。测得被测
25、量与某一基准的偏差。测得被测量与某一基准的偏差。测得被测量与某一基准的偏差。如机械比较仪、光学比较仪。如机械比较仪、光学比较仪。如机械比较仪、光学比较仪。如机械比较仪、光学比较仪。19图图24 机械比较仪部分计量参数机械比较仪部分计量参数1量块量块 2被测工件被测工件分度值分度值0.002mm示值范围示值范围-60+60um测量范围测量范围180mm20测量方法的分类测量方法的分类接触测量与非接触测量：接触测量与非接触测量：接触测量：接触测量：有测量力。有测量力。例机械式量仪例机械式量仪非接触测量：非接触测量：无测量力。无测量力。例光学式量仪、气动式量仪例光学式量仪、气动式量仪单项测量与综合测
26、量：单项测量与综合测量：单项测量：单项测量：对工件上每一几何量分别进行测量。对工件上每一几何量分别进行测量。例工具显微镜测螺纹单一中径、螺距、牙形半角。例工具显微镜测螺纹单一中径、螺距、牙形半角。综合测量：综合测量：同时测量工件上几个有关几何量的综同时测量工件上几个有关几何量的综合结果。合结果。例螺纹量规通规检验单一中径、螺距、牙形半角。例螺纹量规通规检验单一中径、螺距、牙形半角。21测量方法的分类测量方法的分类 主动测量与被动测量主动测量与被动测量主动测量与被动测量主动测量与被动测量( (在线测量与离线测量）：在线测量与离线测量）：在线测量与离线测量）：在线测量与离线测量）：主动测量：主动测
27、量：主动测量：主动测量：加工过程中进行测量，及时发现问题。加工过程中进行测量，及时发现问题。加工过程中进行测量，及时发现问题。加工过程中进行测量，及时发现问题。被动测量：被动测量：被动测量：被动测量：加工完毕后进行测量，发现或剔除废品。加工完毕后进行测量，发现或剔除废品。加工完毕后进行测量，发现或剔除废品。加工完毕后进行测量，发现或剔除废品。 静态测量与动态测量：静态测量与动态测量：静态测量与动态测量：静态测量与动态测量：测头与被测零件处于相对静止状态还是运动状态来区分。测头与被测零件处于相对静止状态还是运动状态来区分。测头与被测零件处于相对静止状态还是运动状态来区分。测头与被测零件处于相对静
28、止状态还是运动状态来区分。 等精度测量与不等精度测量：等精度测量与不等精度测量：等精度测量与不等精度测量：等精度测量与不等精度测量：等精度测量：等精度测量：等精度测量：等精度测量：决定测量结果的全部因素或条件不变。决定测量结果的全部因素或条件不变。决定测量结果的全部因素或条件不变。决定测量结果的全部因素或条件不变。不等精度测量：不等精度测量：不等精度测量：不等精度测量：决定测量结果的全部因素或条件可能完决定测量结果的全部因素或条件可能完决定测量结果的全部因素或条件可能完决定测量结果的全部因素或条件可能完全或部分改变。全或部分改变。全或部分改变。全或部分改变。22n n标尺间距标尺间距标尺间距标
29、尺间距a a（分度间距）：（分度间距）：（分度间距）：（分度间距）：任何两个相邻标尺之任何两个相邻标尺之任何两个相邻标尺之任何两个相邻标尺之间的距离。一般为间的距离。一般为间的距离。一般为间的距离。一般为1 122.5mm.5mmn n分度值分度值分度值分度值i i：刻度值，标尺间距所代表的量值。刻度值，标尺间距所代表的量值。刻度值，标尺间距所代表的量值。刻度值，标尺间距所代表的量值。n n示值范围：示值范围：示值范围：示值范围：由计量器具指示的被测量的最低值到最由计量器具指示的被测量的最低值到最由计量器具指示的被测量的最低值到最由计量器具指示的被测量的最低值到最高值的范围。高值的范围。高值的
30、范围。高值的范围。n n测量范围：测量范围：测量范围：测量范围：在计量器具的误差处于允许极限内的一在计量器具的误差处于允许极限内的一在计量器具的误差处于允许极限内的一在计量器具的误差处于允许极限内的一组测量值的范围。组测量值的范围。组测量值的范围。组测量值的范围。计量器具的基本计量参数计量器具的基本计量参数23n n灵敏度：灵敏度：灵敏度：灵敏度：放大倍数，放大倍数，放大倍数，放大倍数，S=S= L/ L/ x xn n鉴别力：鉴别力：鉴别力：鉴别力：微小变化反应能力，微小变化反应能力，微小变化反应能力，微小变化反应能力，K=K=a/ia/in n示值误差示值误差示值误差示值误差 ： =示值示
31、值示值示值真值真值真值真值n n修正值：修正值：修正值：修正值：= = 示值误差示值误差示值误差示值误差n n测量的重复性（测量的不确定度）：测量的重复性（测量的不确定度）：测量的重复性（测量的不确定度）：测量的重复性（测量的不确定度）：多次测多次测多次测多次测量结果的一致程度。量结果的一致程度。量结果的一致程度。量结果的一致程度。计量器具的基本计量参数计量器具的基本计量参数24第二章测量技术基础第二章测量技术基础第二节生产中常用长度量具与量仪第二节生产中常用长度量具与量仪25游标卡尺游标卡尺1-尺身 2-上量爪 3-尺框 4-锁紧螺钉 5-微动装置6-微动螺母 7-游标该度值 8-下量爪26
32、 a=1 b=0.9 a=2 b=0.95 a=1 b=0.98c) c) 刻度值刻度值0.020.020051210尺身游标0051015201234a) a) 刻度值刻度值0.10.1b) b) 刻度值刻度值0.050.050012345123456789101/101/201/50实际尺寸实际尺寸刻度值刻度值=a-b=1/n 游标读数原理游标读数原理27游标卡尺读数示例游标卡尺读数示例 读数值为读数值为15.428外径千分尺外径千分尺1-1-尺架尺架 2-2-测砧测砧 3-3-测微螺杆测微螺杆 4-4-螺纹轴套螺纹轴套 5-5-固定套筒固定套筒 6-6-微分筒微分筒 7-7-调节螺母调节
33、螺母8-8-接头接头 9-9-垫片垫片 10-10-测力装置测力装置 11-11-锁紧机构锁紧机构 12-12-绝热板绝热板 13-13-锁紧轴锁紧轴29外径千分尺读数示例外径千分尺读数示例30百分表百分表1-1-表体表体 2-2-表圈表圈 3-3-表盘表盘 4-4-转数指示盘转数指示盘 5-5-转数指针转数指针 6-6-指针指针7-7-套筒套筒 8-8-测量杆测量杆 9-9-测量头测量头 10-10-挡帽挡帽 11-11-耳环耳环31百分表的传动机构百分表的传动机构32杠杆齿轮比较仪杠杆齿轮比较仪33扭簧比较仪扭簧比较仪34流量型气动量仪原理图流量型气动量仪原理图1-过滤器 2-稳压器 3-
34、进气喷嘴 4-锥度玻璃管 5-浮子6-可调喷嘴（零位调节） 7-可调喷嘴（放大比例调整） 8-测量喷嘴35水柱式气动量仪原理图水柱式气动量仪原理图1-节流喷嘴 2-空气管道 3-主喷嘴 4-测量气室 5-连接管道 6-测量喷嘴7-水罐 8-玻璃管9-稳压管 pa-大气压力 pb-测量压力 h-水柱落差 Z-测量间隙 36膜片气动量仪原理图膜片气动量仪原理图1-过滤稳压器 2、11-进气喷嘴3-锥杆 4-弹簧5-指示表6-触点副7-出气环8-膜片9-测量喷嘴10-被测工件37波纹管气动量仪原理图波纹管气动量仪原理图1、5-波纹管 2-触点副3-框架4-指针6-测量喷嘴7、8-进气喷嘴9-可调喷嘴
35、（零位调节）38电感式比较仪电感式比较仪39电感式量仪基本原理电感式量仪基本原理40电感式量仪测量电路电感式量仪测量电路41光栅（莫尔条纹）光栅（莫尔条纹）B=W/ 42光栅头示意图光栅头示意图图2231-光源光源2-透镜透镜3- 主光栅主光栅4-指示光栅标尺指示光栅标尺5-光电接收器光电接收器43光栅测量装置计数电路原理图光栅测量装置计数电路原理图44三坐标机的结构型式三坐标机的结构型式45三坐标测量机三坐标测量机46三坐标测量机技术指标三坐标测量机技术指标n测量范围：测量范围：x、y、z三个方向所能测量的最大尺寸三个方向所能测量的最大尺寸n测量精度：测量不确定度测量精度：测量不确定度U95
36、n运动速度与探针速度：运动速度与探针速度：n分辨率：分辨率：0.12umn测量力：测量力：0.11N47第二章测量技术基础第二章测量技术基础第三节测量误差第三节测量误差48测量误差测量误差n n测量误差的定义：测量误差的定义：测量误差的定义：测量误差的定义： 由于计量器具本身的误差和测量条件的限制，由于计量器具本身的误差和测量条件的限制，由于计量器具本身的误差和测量条件的限制，由于计量器具本身的误差和测量条件的限制，而使测量结果与被测真值之差。而使测量结果与被测真值之差。而使测量结果与被测真值之差。而使测量结果与被测真值之差。绝对误差（绝对误差（绝对误差（绝对误差（ ） 测量结果测量结果测量结
37、果测量结果(x) (x) 被测量真值被测量真值被测量真值被测量真值(x(x0 0) ) = = x- xx- x0 0相对误差（相对误差（相对误差（相对误差（f f） | | |/x|/x0 0 | | |/x|/x49测量误差产生的原因测量误差产生的原因n n计量器具引起的误差：计量器具引起的误差：计量器具引起的误差：计量器具引起的误差：设计、制造、使用中产生的误差设计、制造、使用中产生的误差设计、制造、使用中产生的误差设计、制造、使用中产生的误差如如如如: :阿贝误差阿贝误差阿贝误差阿贝误差50测量误差产生的原因测量误差产生的原因n n方法误差：方法误差：方法误差：方法误差： 测量力引起的
38、变形测量力引起的变形测量力引起的变形测量力引起的变形 间接计算公式不准确间接计算公式不准确间接计算公式不准确间接计算公式不准确 工件安装不合理工件安装不合理工件安装不合理工件安装不合理n n环境误差环境误差环境误差环境误差：温度、湿度、气压、振动、灰尘等温度、湿度、气压、振动、灰尘等温度、湿度、气压、振动、灰尘等温度、湿度、气压、振动、灰尘等n n人员误差：人员误差：人员误差：人员误差：操作不熟练，视觉误差操作不熟练，视觉误差操作不熟练，视觉误差操作不熟练，视觉误差51测量误差分类测量误差分类n n系统误差：系统误差：系统误差：系统误差：具有规律性，理论上可修正，必具有规律性，理论上可修正，必
39、具有规律性，理论上可修正，必具有规律性，理论上可修正，必须消除或减少以提高测量精度须消除或减少以提高测量精度须消除或减少以提高测量精度须消除或减少以提高测量精度 。n n随机误差：随机误差：随机误差：随机误差：无规律性，不可修正，可以减小无规律性，不可修正，可以减小无规律性，不可修正，可以减小无规律性，不可修正，可以减小对测量结果的影响对测量结果的影响对测量结果的影响对测量结果的影响 n n粗大误差：粗大误差：粗大误差：粗大误差：明显误差，应从测量数据中剔。明显误差，应从测量数据中剔。明显误差，应从测量数据中剔。明显误差，应从测量数据中剔。52随机误差随机误差n n在同一量的多次测量过程中，以
40、不可预在同一量的多次测量过程中，以不可预知的方式变化的测量误差分量。知的方式变化的测量误差分量。n n如计量器具中结构的间隙、运动件摩擦如计量器具中结构的间隙、运动件摩擦力的变化、测量力的变化、温度波动等力的变化、测量力的变化、温度波动等n n随机误差不可修正，总体上服从正态分随机误差不可修正，总体上服从正态分布，用统计方法估计其对测量结果的影布，用统计方法估计其对测量结果的影响。响。53频率直方图和正态分布曲线频率直方图和正态分布曲线54随机误差的评定指标随机误差的评定指标 总体标准偏差总体标准偏差, -残余误差，残余误差，S-总体标准偏差估计总体标准偏差估计值值 越小，曲线越陡，分布越集中
41、，测量精度越高。越小，曲线越陡，分布越集中，测量精度越高。55随机误差随机误差n n随机误差的分布特性随机误差的分布特性随机误差的分布特性随机误差的分布特性n n对称性：对称性：对称性：对称性：绝对值相等的正、负误差出现的次数相等。绝对值相等的正、负误差出现的次数相等。绝对值相等的正、负误差出现的次数相等。绝对值相等的正、负误差出现的次数相等。n n单峰性：单峰性：单峰性：单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多。n n有界性：有界性：有界性：有界性：在
42、一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度。在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度。在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度。在一定的条件下，误差的绝对值不会超过一定的限度。n n抵偿性：抵偿性：抵偿性：抵偿性：对同一量在同一条件下进行重复测量随机误差的算术平对同一量在同一条件下进行重复测量随机误差的算术平对同一量在同一条件下进行重复测量随机误差的算术平对同一量在同一条件下进行重复测量随机误差的算术平均值，随测量次数的增加而趋近为零均值，随测量次数的增加而趋近为零均值，随测量次数的增加而趋近为零均值，随测量次数的增加而趋近为零。n n随机误差的极限值：随机误差的极限值：随机误差
43、的极限值：随机误差的极限值：limlim= = 3S3S56总体标准偏差对随机误差分布特性的影响总体标准偏差对随机误差分布特性的影响标准偏差标准偏差 小小标准偏差标准偏差 大大5758系统误差系统误差系统误差：系统误差：在同一被测量的多次测量过程中，保在同一被测量的多次测量过程中，保在同一被测量的多次测量过程中，保在同一被测量的多次测量过程中，保持恒定或以不可预知发生变化的测量误差的分量。持恒定或以不可预知发生变化的测量误差的分量。持恒定或以不可预知发生变化的测量误差的分量。持恒定或以不可预知发生变化的测量误差的分量。n n已定系统误差已定系统误差已定系统误差已定系统误差：误差的绝对值和符号均
44、不变，修：误差的绝对值和符号均不变，修：误差的绝对值和符号均不变，修：误差的绝对值和符号均不变，修正简单正简单正简单正简单n n未定系统误差：未定系统误差：未定系统误差：未定系统误差：误差的绝对值和符号均不定，修误差的绝对值和符号均不定，修误差的绝对值和符号均不定，修误差的绝对值和符号均不定，修正困难正困难正困难正困难系统误差理论上可完全消除，实际上只能减少到一系统误差理论上可完全消除，实际上只能减少到一系统误差理论上可完全消除，实际上只能减少到一系统误差理论上可完全消除，实际上只能减少到一定程度定程度定程度定程度59系统误差系统误差60粗大误差粗大误差粗大误差：粗大误差：明显超出规定条件下预
45、期的误差。明显超出规定条件下预期的误差。明显超出规定条件下预期的误差。明显超出规定条件下预期的误差。 判断方法：判断方法：判断方法：判断方法：3 3 准则。准则。准则。准则。 | | i i|3S |3S i i对应的测量值含有粗大误差。对应的测量值含有粗大误差。对应的测量值含有粗大误差。对应的测量值含有粗大误差。61测量误差测量误差n n等精度直接测量的直接处理：等精度直接测量的直接处理：判断系统误差：判断系统误差：求算术平均值：求算术平均值：计算残余误差：计算残余误差： 计算标准偏差：计算标准偏差： 判断粗大误差：判断粗大误差：求算术平均值的标准偏差：求算术平均值的标准偏差：测量结果的表示
46、：测量结果的表示：62第二章测量技术基础第二章测量技术基础第四节光滑工件尺寸的检测第四节光滑工件尺寸的检测63误收与误废误收与误废n n误收：误收：误收：误收：把超出公差界限的废品判为合格品把超出公差界限的废品判为合格品把超出公差界限的废品判为合格品把超出公差界限的废品判为合格品n n误废：误废：误废：误废：将接近公差界限的将接近公差界限的将接近公差界限的将接近公差界限的合格品合格品合格品合格品判为判为判为判为废品废品废品废品（由于测量误差存在产生的两种错误判断）（由于测量误差存在产生的两种错误判断）（由于测量误差存在产生的两种错误判断）（由于测量误差存在产生的两种错误判断）n n误收误收误收
47、误收与与与与误废误废误废误废不利于质量的提高和降低成本；为了适当不利于质量的提高和降低成本；为了适当不利于质量的提高和降低成本；为了适当不利于质量的提高和降低成本；为了适当控制误废，尽量减少误收；控制误废，尽量减少误收；控制误废，尽量减少误收；控制误废，尽量减少误收；n n国家标准规定按内缩确定的验收极限。国家标准规定按内缩确定的验收极限。国家标准规定按内缩确定的验收极限。国家标准规定按内缩确定的验收极限。64安全裕度与验收极限安全裕度与验收极限n n安全裕度安全裕度安全裕度安全裕度A A： 是是是是测量不确定度的允许值，根据工测量不确定度的允许值，根据工测量不确定度的允许值，根据工测量不确定
48、度的允许值，根据工件的尺寸公差确定，一般为件的尺寸公差确定，一般为件的尺寸公差确定，一般为件的尺寸公差确定，一般为ITIT的的的的10%10%，具体请，具体请，具体请，具体请查表查表查表查表2-92-9。n n验收极限：验收极限：验收极限：验收极限：从规定的最大实体尺寸和最小实体从规定的最大实体尺寸和最小实体从规定的最大实体尺寸和最小实体从规定的最大实体尺寸和最小实体尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度尺寸分别向工件公差带内移动一个安全裕度A A来来来来确定（确定（确定（确定（内缩方案内缩方案内缩方案内缩方案）。）。
49、）。）。65上下验收极限上下验收极限66计量器具的选择计量器具的选择n n计量器具的不确定度允许值计量器具的不确定度允许值计量器具的不确定度允许值计量器具的不确定度允许值 1 1 ： 1 1=0.9A=0.9An n计量器具的不确定度计量器具的不确定度计量器具的不确定度计量器具的不确定度 1 1 ： 1 1 1 1n n温度、压温度、压温度、压温度、压馅馅馅馅效应及工件形状误差等引起的不确定度效应及工件形状误差等引起的不确定度效应及工件形状误差等引起的不确定度效应及工件形状误差等引起的不确定度 2 2 ： 2 2 =0.45A=0.45A67计量器具选用示例计量器具选用示例例例例例-4 -4
50、检验工件尺寸为检验工件尺寸为检验工件尺寸为检验工件尺寸为 40h9(IT9=6240h9(IT9=62 m),m),选择计量选择计量选择计量选择计量器具并确定验收极限。器具并确定验收极限。器具并确定验收极限。器具并确定验收极限。（1）确定安全裕度：确定安全裕度：A=0.006A=0.006（2）计量器具的不确定度允许值计量器具的不确定度允许值： 1 1=0.0056=0.0056（3）选择计量器具：选择计量器具：分度值为分度值为分度值为分度值为0.01mm0.01mm的外径千分尺，的外径千分尺，的外径千分尺，的外径千分尺， 不确定度为不确定度为不确定度为不确定度为0.004mm0.004mm（
51、4）验收极限：验收极限：上验收极限上验收极限上验收极限上验收极限=MMS-A=40-0.006=39.994=MMS-A=40-0.006=39.994 下验收极限下验收极限下验收极限下验收极限=LMS+A=40-0.062+0.006=39.944=LMS+A=40-0.062+0.006=39.9446840h9的验收极限图的验收极限图69计量器具选用示例计量器具选用示例例：检验工件尺寸为例：检验工件尺寸为例：检验工件尺寸为例：检验工件尺寸为 30f8(es=-0.020,ei=-0.053),30f8(es=-0.020,ei=-0.053),选择选择选择选择计量器具并确定验收极限。计量
52、器具并确定验收极限。计量器具并确定验收极限。计量器具并确定验收极限。（1）确定安全裕度：确定安全裕度：A=0.003A=0.003（2）计量器具的不确定度允许值计量器具的不确定度允许值： 1 1=0.0027=0.0027（3）选择计量器具：选择计量器具：分度值为分度值为分度值为分度值为0.002mm,0.002mm,放大倍数为放大倍数为放大倍数为放大倍数为400400倍的倍的倍的倍的 比较仪，不确定度为比较仪，不确定度为比较仪，不确定度为比较仪，不确定度为0.0018mm0.0018mm（4）验收极限：验收极限：上验收极限上验收极限上验收极限上验收极限=MMS-A=30-0.020-0.003=29.977=MMS-A=30-0.020-0.003=29.977 下验收极限下验收极限下验收极限下验收极限=LMS+A=30-0.053+0.003=29.950=LMS+A=30-0.053+0.003=29.9507030f8的验收极限图的验收极限图71
