互换性与技术测量--第2章_技术测量基础

24/94
志比昆仑 学竞江河
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
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。
2015-5-7
立式光学计
18/94
志比昆仑 学竞江河
取消了铂铱合金米原器。(不确定度为4×10-9)
■ 光速(时间法/频率法/辐射法)——自然基准
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。 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
“ 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1.1×10 2015-5-7
–7(0.1μm)。
25/94
志比昆仑 学竞江河
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 2p10~5d5
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，
百分表 实物
双 面 百 分 表
2015-5-7
深 度 百 分 表
大 量 程 百 分 表
14/94
志比昆仑 学竞江河
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
2015-5-7
15/94
志比昆仑 学竞江河
带表游标卡尺
2015-5-7
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2015-5-7
游标量具
实物
11/94
志比昆仑 学竞江河
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μm)
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
参照： GB/T 6093-2001 几何量技术规范(GPS)长度标准量块 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。
● 量块长度 l
● 量块中心长度 lc
lc 20 l
● 20世纪末→→隧道显微镜、高精度电容测微仪等(nm)
用隧道显微镜 (STM)观察石墨原子排列 石墨三维图像
隧道显微镜(STM)实物照片 2015-5-7
22/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.1.4 几何量测量技术的发展史
● 现代多功能、高精度、自动化测量仪器
2015-5-7
23/94
2.1.4 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) 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 为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头。 显示，电子数显卡尺测量方便。
电 子 数 显 卡 尺
10/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.2 测量单位 Units of Measurement
为了实现长度、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。
2015-5-7
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
2015-5-7
16/94
志比昆仑 学竞江河
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。
2015-5-7
扭簧比较仪
17/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
5级：
K、0、1、2、3 高 低 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。
2015-5-7
35/94
志比昆仑 学竞江河
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
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。
百度文库
万能测长仪
2015-5-7
19/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.1.4 几何量测量技术的发展史
●电动量仪 20世纪五、六十年代→→电感比较仪、电容比较仪等(0.1
μm ) 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
2015-5-7
12/94
志比昆仑 学竞江河
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→→机械量仪、光学量仪、工具显微镜、
光波干涉仪等(1 μm )
机械量仪 (1)百分表 百分表是应用最广的机械量仪。
2015-5-7
百分表
13/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
Basis of Technical Measurement
2015-5-7
1/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
本章学习内容
2.1 测量的概念
2.2 测量单位
2.3 测量方法
2.4 测量误差
2015-5-7
2/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2015-5-7
33/94
志比昆仑 学竞江河
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
2015-5-7
34/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
■ 量块的精度 量块的精度有“级”和“等”两种。
● 按制造精度分“级”
量块按制造时所允许的长度极限偏差和长度变动量分为
● 量块标称长度 ln ● 任意点的量块长度相对于标
称长度的偏差 e
研合辅助体表面
● 量块长度变动量 V ● 平面度误差 fd
■ 主要技术参数
2015-5-7
● 研合性
31/94
志比昆仑 学竞江河
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。
具显微镜、万能测量机等长度测量工具中
作为测量元件 。
2015-5-7
28/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
● 端面量具
量块
2015-5-7
29/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2015-5-7
30/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.2.3 量块(gauge block)的基本知识
志比昆仑 学竞江河
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。
孔用光滑极限量规
轴用光滑极限量规
螺纹量规
2.1.3 检测
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。
2015-5-7
9/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.1 测量的概念 Concepts about Measurement
2.1.1 测量(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
q
x u
或
x qu
q——比值
3/94
x——被测量
2015-5-7
u——测量单位
志比昆仑 学竞江河
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：
2015-5-7
x 19.95mm
x 19.95 0.02mm
8/94
x 19.987 0.003mm(P 95%)
2015-5-7
27/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
线纹尺 :用金属或玻璃制成的、表面上准确
● 线纹量具
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度计量的量值传递。 工作线纹尺用于比长仪、测长机、万能工
改变，引起电感量相应改变的一种量仪。
电 感 测 微 仪
数字式电感测微仪工作原理
2015-5-7
20/94
志比昆仑 学竞江河
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 μm )
2015-5-7
21/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
2.1.4 STM 几何量测量技术的发展史
粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。
d
L
α
2015-5-7
6/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
● 测量单位
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。
我国采用国际计量单位制，常用的计(测)量单位有： 长度： 米(m)——基本单位 毫米(mm)、微米( μm )、纳米(nm)——常用单位 角度： 弧度(rad)——基本单位
L1
L4 L L2 L3
量块 平晶
■ 主要技术参数
2015-5-7
32/94
志比昆仑 学竞江河
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，研合在一起后即可组合成各种不同的基准长度。
度(°)、分(′)、秒(″)——常用单位
2015-5-7
7/94
志比昆仑 学竞江河
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
高 低
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。
定度为2.5×10-11。
2015-5-7
26/94
志比昆仑 学竞江河
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
摘自 几何量技术规范(GPS)长度标准量块 GB/T6093-2001
2015-5-7
36/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
● 按检定测量精度分“等” 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
第2章 技术测量基础
用钢板尺测量长度
2015-5-7
4/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
用游标卡尺测量直径
2015-5-7
5/94
志比昆仑 学竞江河
第2章 技术测量基础
■ 测量的四要素 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。 ● 测量对象 技术测量的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面