几何量计量基础知识(课件1)

§1-2 米的定义及其发展
一、米的演变
1790年 法国科学院受法国国会委托，提出“米”制建议。 1791年，以通过巴黎的子午线的四千万分之一作为一米， 1799年测量结束后，根据测量结果，法国制造了一只 铱合金矩形的金属米尺-----档案米尺 十九世纪后期，国际计量局定制了30只横截面积为X形 的铂铱合金的米原器复制品，它的长度与档案米尺相等。 1899年召开第一届国际计量大会，批准了经过测量选定 的其中No.VI作为国际长度基准---国际米原器，称国际 米。 1927年第七届国际计量大会规定了国际米的定义是：米是
②用于实验室计量测试工作的复现方法 根据入＝c／f 关系式，由测出的频率 f 与给定的光速值 c复现长度值 l； ③用于一般测量工作的复现方法 直接使用米定义咨询委员会推荐使用的5种激光辐射和2类同位素 光谱灯辐射的任一种来复现。（ He-Ne、Hg 、 Kr等）
第
2．新定义的特点
(1)新定义建立在真空中光速值 c＝299 792 458 m／s这一基本物理常数的基 础之上。这一特点使得复现米的不确定度不受某种基本物质性能的限制。
一、长度计量的主要任务
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，保证量值的准确一致；研究新的 长度计量测量方法和手段，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
二、长度计量包括的内容
1.长度尺寸---如端度、轴径、坐标尺寸、线纹间尺寸、 箱体结构尺寸 2.角度---如平面角、圆分度、空间位置角、锥度 3.表面形状和位置误差 4.表面粗糙度 5.角度和长度的复合工程参量
三、（机械）接触与非接触测量
四、单项与综合测量 五、主动与被动测量（对机械工艺过程所起的作用） 六、静态与动态测量（被测量表面与测头是否相对运动）
•§1-4 长度计量的基本原则
一、阿贝原则 二、圆周封闭原则 三、变形最小原则 四、最短测量连原则
五、基准统一原则
一、两个重要的测量原则
1、阿贝测长原则
比对 在规定的条件下，对相同准确度等级或指定不确定度范围的同种测量仪 器复现的量值之间比较的过程。
测量方法分类
一、按测量结果获得的方法不同分类 1.直接测量:由计量器具直接获得被测量的测量方法。 2.间接测量:测量与被测量之间有已知函数关系的其它量，再经 计算得到被测量的测量方法。
二、按示值不同分类 1.绝对测量: 指计量器具显示或指示的示值为被测量的全值的测量方法。 2.相对测量: 指计量器具显示或指示的示值仅为被测量相对于某已知标准量的偏差 值的测量方法(比较测量)。
2
分析 误差与l和 2成正比。s, 2 , 且很小时， 0。
比较结论
在允许相同的测量误差的情况下，串联方案对仪器导轨 的要求相对可以有所降低，因而降低仪器的制造成本。 缺点：仪器导轨较长，一般为被测长度的1.5倍， 这样对大尺寸的测量是很不利的。 因此，在某些情况下，有时也不得不违背阿贝原则而 采用并联布置方案，但必须设法采取措施，以补偿或抵消 一次方误差造成的影响，
长度计量基础知识
2017.07
主要内容
• • • • • • • §1-1 长度计量的任务和内容 §1-2 米的定义及其发展 §1-3 测量的基本概念 §1-4 长度计量的基本原则 §1-5 影响长度测量准确度的主要因素 §1-6 常用的几种测量方法 §1-7新技术在长度计量中的应用
§1-1 长度计量的任务和内容
长度的量值传递
量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检 定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器）， 并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的 量值准确一致的方式”。 我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下 传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线 量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广
x a tan a
——放大倍数
a
y 2f
各被测角的实际值为
i ei
1 e1
3.用于一般测量的复现方法
(1)甲烷吸收稳频的氦氖激光辐射 (2)碘吸收稳频的染料激光或1.15微米的氦氖激 光的倍频辐射 (3)碘吸收稳频的氦氖激光辐射 (4)碘吸收稳频的氩离子激光辐射 (5)两类同位素光谱灯辐射 对应于氪-86原子在2P10和5d5能级之间跃迁 所对应的辐射 汞-198和镉-114原子的辐射
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(2)将米的定义与单位的复现方法这两者区分开来。这一特点使复现米的准确 度不受定义本身的限制。
(3)新定义不仅废除了长度计量的自然基准，而且还废除了单一的长度计量基 准。这特点使得复现米的不确定度不受某一基准本身准确度的限制。
(4)在目前（当时）条件下，米定义的改变不影响米作为基本单位的地位。这 一特点使得目前通用的国际单位制不必作任何改变。
例如：u为mm，K＝50，则被测长度为50mm。
被测量
被测量在机械精度的检测中主要是有关几 Nhomakorabea精度方面的参数
量，其基本对象是长度和角度。但是，长度量和角度量在各 种机械零件上的表现形式却是多种多样的，表达被测对象性 能的特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分析被测对 象的特性，研究被测对象的含义是十分重要的。例如，表面 粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与 形位公差之间的独立与相关关系等等。
计量单位
计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用
的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计
量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因
数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、 “安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、 “微米” 和“纳米” ，常用的角度单位是非国际单位制的单位 “度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、 “球面度”在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现， 能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、 线纹尺、各种圆分度盘等。
1983年，新定义
第
1、新定义的内容
(1)关于米定义的决议
①米是光在真空中在1/299 792 458 s 的时间间隔内所行进的路程长度。 ②废除1960年10月第11届国际计量大会批准建立在86K r原子的2p10和5d5能级 间跃迁基础上的米定义。
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(2)规定米定义的3种复现方法
①用于天文、大地等测量工作的复现方法 根据 l=c t 关系式，由测出的时间t与给定的光速值 c复现长度值 l；
2、圆周封闭原则
定义 由圆分度的封闭特性可得测量的封闭原则：在测量中如能满足
封闭条件，则其间隔误差的总和为零。
封闭原则是指，封闭性连锁测量应遵循闭合原则，即最后累 积误差为0。 一个圆的原则 适用场合
在角度测量中，如刻度盘、圆柱齿轮、方尺等，凡能 形成圆周封闭条件的场合。
两个比较实例
(1)、用高精度直角尺进行比较测量 被检定的方形角尺 高精度直角尺
然后 1 角为定角(用 表示，注意 和1 往往不是相等的)和其 他各角进行比较，测得相应的 e2 e3 e4 。
光杆杠原理(光学比较仪) 微小角度或位移的测量
y F A f'
20
0 x
图3-4 平面镜用于小角度或位移测量
y AA f tan2 2 f
AA f tan 2 2 f k x a tan a
角度的量值传递
角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是 客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心 角是定值（2π rad或360°）。因此，将整圆任意等分 得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利 用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。 为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准 。
测量不确定度
根据所用到的信息，表征赋予被测量量值分散性的非负
参数。不考虑测量不确定度而得到的测量结果是没有任
何意义的。 真值的定义为：与量的定义一致的量值。 量的真值只有通过完善的测量才能获得，但由于测量会 受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测 量都不可能没有误差，因此真值按其本性是不确定的。 即，真值不可得。 对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明 其可信度。
测量方法
测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量
原理的运用及其实际操作。
广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）
和测量条件（环境和操作者）的总和。 在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外 形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义 来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可 靠的测量结果。
定义
如果要使测量仪器得出正确的测量结果， 则必须将仪器的标尺安装在被测件测量中 心线的延长线上。
适用场合 在长度测量中。
一条线原则
两个比较实例 (1)、并联排列方案
误差 s tan
A B O
如果很小， s (1 2)
分析
设s 100mm, 10" 0.00005rad , 则 s 100 0.00005 0.005 5um
国际计量局保存的国际米原器上两端刻线的中间刻线的轴 线在0°C时的距离
1960年第十一届国际计量大会通过了米的新定义： 米的长度等于氪-86原子的2P10和5d5能级之间跃迁 所对应的辐射在真空中波长的1650763.73倍。 二、现行米的定义 1983年10月第十七届国际计量大会通过的米的新定义为： 米是在真空中在（1/299792458）秒的时间间隔内所经路 径的长度。 三、米定义的复现方法 1.用于天文测量、大地测量的复现方法 2.用于实验室计量工作的复现方法 由所测得频率与固定光速值来复现波长值 3.用于一般测量的复现方法 用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光辐射和两 类同位素的任意一种来复现。