培训教材-量块计量1[1]

第一章概述
1.1 概述
量块是一种端面长度标准。

通过对计量仪器、量具和量规等示值误差检定等方式，使机械加工中各种制成品的尺寸溯源到长度基准。

量块的外形如图1-1-1、图1-1-2、图1-1-3所示。

图中，上和下表示测量面；前、后、左、右分别表示侧面。

每个量块都有两个测量面和四个侧面。

标称长度不大于5.5mm的量块，代表其标称长度的数码刻印在上测量面上，与其相背的为下测量面。

标称长度大于5.5mm的量块，代表其标称长度的数码刻印在面积较大的一个侧面上。

当此侧面顺向面对观察者放置(如图1-1-3)时，其右边的一面
图 1 -1-1 图1-1-2
为上测量面，左边的一面为下测量面。

图1-1-3
量块主要以其长度的测量不确定度分等，以量块长度的偏差分级，同时量块各等、级对量块长度变动量和其它性能也有相应要求。

1.2 范围
JJG146-2003《量块》检定规程适用于标称长度从0.5mm到1000mm，1等到5等，K级和0级到3级量块的首次检定和后续检定。

第二章 量块的主要计量特性
2、术语
2.1 量块
用耐磨材料制造，横截面为矩形，并具有一对相互平行测量面的实物量具。

量块的测量面可以和另一量块的测量面相研合而组合使用，也可以和具有类似表面质量的辅助体表面相研合而用于量块长度的测量。

2.2 量块的长度l
量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离。

辅助体的材料和表面质量应与量块相同，见图2-2-1。

注：1 量块任意点不包括距测量面边缘为0.8mm 区域内的点。

2 量块长度包括单面研合的影响。

3 量块长度l 是由数值和长度单位构成的物理量。

2.3 量块的中心长度c l
对应于量块未研合测量面中心点的量块长度，见图2-2-1。

2.4 量块的标称长度n l
标记在量块上，用以表明其与主单位(m)之间关系的量值。

也称为量块长度的示值。

2.5 任意点的量块长度偏差e
任意点的量块长度与标称长度的代数差，即n l l e -=
2.6 量块的长度变动量v
量块测量面上任意点中的最大长度max l 与最小长度min l 之差，见图2-2-2。

2.7 量块测量面的平面度f
包容测量面且距离为最小的两个相互平行平面之间的距离，见图2-2-3。

图2-2-1
图2-2-2 图2-2-3
2.8 研合性
量块的—个测量面与另一量块测量面或与另一经精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互粘合的性能。

3、量块计量性能要求
3.1 截面尺寸和连接孔
3.1.1 量块的截面尺寸应符合表2-3-1的规定。

表2-3-1
3.1.2 量块的连接孔应符合图2-3-5所示的规定。

3.2 侧面的平面度、侧面对测量面和侧面之间垂直度、平行度和倒棱
3.2.1 量块侧面的平面度、侧面对测量面的垂直度和侧面对侧面之间的平行度均应不
图2-3-5
超过表2规定.垂直度的图示见图2-3-6。

表2-3-2
图2-3-6
3.2.2 量块的所有棱边应具有半径不大于0.3mm的倒圆或不大于0.3mm的倒棱，在倒棱边与测量面之间的连接处应保证不降低测量面的研合性。

3.2.3 量块相邻侧面之间的夹角应为90°±0°10′。

3.3 表面粗糙度
钢制量块各表面的表面粗糙度见表2-3-3的规定。

其他材料制造的量块各表面的表面粗糙度参考表2-3-3的规定或由制造者提供。

表2-3-3
3.4测量面的平面度
对于标称长度≤2.5mm的量块，在与厚度≥11mm、表面质量和刚性都良好的辅助面相研合后，量块的每一测量面的平面度应不超过表2-3-4的规定；对于标称长度>2.5mm 的量块，其测量面无论与辅助体是否研合，量块的每一测量面的平面度都应不超过表2-3-4的规定。

对于标称长度≤2.5mm、非研合状态下的量块，每一测量面的平面度应不大于4μm。

3.5 测量面的研合性
3.5.1 量块测量面的研合性应符合表2-3-5的规定。

3.5.2 每个量块的两个测量面，单面或双面研合时都应符合要求。

3.5.3 用于5等或3级量块研合性检定的标准量块，其标称长度应不小于5.5mm。

3.6 测量面的硬度
量块测量面的硬度应不低于800HV0.5(或63HRC)。

3.7量块的长度和长度变动量
3.7.1各级量块测量面上任意点的长度相对于标称长度的极限偏差e t 和长度变动量最大允许值v t 见规程表6的规定。

3.7.2 各等量块长度测量不确定度和长度变动量应不超过规程表7规定。

3.8长度稳定度
在不受异常温度、振动、冲击、磁场或机械力影响的环境下，量块长度的最大允许年变化量应不超过表2-3-6的允许值。

表2-3-6
3．9线膨胀系数
在温度为10°C —30°C 范围内，钢制量块的线膨胀系数应为（11.5±1.0）×16C 10-- 。

对于钢制K 级量块和各级非钢制材料制造的量块，制造者应提供线膨胀系数及其测量不
3．10 弹性模数和密度
非钢制量块的弹性模数和密度应由制造者抽样测量并在包装盒上加以标注。

4 通用技术要求
4．1 每块量块上应刻印有永久性的、字迹清晰的、代表其标称长度的数码字，也允许刻印制造厂厂名或其注册商标。

标称长度小于6mm的量块，可标记在上测量面上，但在测量面中心9mm×l2mm和四个角2.5mmx2.5mm范围内应无任何标记。

标称长度大于等于6mm的量块在左侧面上刻印上述标记。

标称长度大于100mm的
l处刻印明显的支承位置标记。

量块，除刻印上述标记以外，还应在距两端测量面0.211
n
4．2 新制造量块的测量面和侧面,不应有划痕、碰伤和锈蚀；使用中和修理后量块的测量面和侧面上，允许有不妨碍正常使用的上述缺陷。

4．3 成套量块的盒上，应标明产品名称、制造厂厂名或注册商标、出厂时的级别、量块编号和计量标志及编号。

第三章量块的检定
为了保证所使用量块的准确性以及量值传递的统一，量块必须进行周期检定。

第一节量块检定的基本要求
一、检定项目
为了保证所使用量块的准确度，量块必须执行周期检定。

量块检定规程JJGl46—2003规定了量块的受检项目和主要检定工具，如表3-1-1所示。

表中所列检定设备为推荐设备，也可使用其他更好的设备。

表3-1-1
二、 计量器具控制
计量器具控制包括：首次检定和后续检定。

三、 检定条件
3.1.1 标准条件
检定证书给出的量块长度测量结果应是标准条件下的值.标准条件规定如下： 量块温度 20C ；大气压力 k P a 325.101
注：其中大气压力只有在因大气压力偏离上述标准条件而引入的不确定度不能被接受时才需要考虑。

3.1.2 标准姿态
长度等于或小于 100mm 的量块，测量或使用其长度时，量块的轴线可垂直或水平安装。

长度大于100mm 的量块，测量或使用其长度时，量块的轴线应水平安装。

这时，量块一个较窄的侧面放置在分别距量块两端面各为n l 211.0的两个横放的支柱上；所有可能影响量块长度、长度变动量或测量面平面度的外加力都应避免。

3.1.3 检定条件偏离标准的处理
量块长度测量时的条件与3.1.1和3.1.2条款的规定不相同，其测量结果应作用相应的修正。

四、量块的检定程序
检定员收到整盒量块后，一定要认真检查量块是否齐全，运输中有无损伤，再根据检定证书(或出厂合格证)确定是初检还是周检后，再按如下检定程序进行操作：
恒温→清洗→外观检查→平面度检查→研合性检查→定温→中心长度与长度变动量测量→抽检员抽测→检定结果处理→出具检定证书→外观复查→油封包装。

量块从室外送人工作地点应进行长时间的恒温(一般10小时左右)。

在检定或使用之前，先开封清洗。

把无腐蚀性汽油(航空汽油)倒人专用瓷盘中(瓷盘底部应垫上纯棉白布)，量块从盒中取出后依大小顺序放在盘子中，用宽边羊毛刷轻轻刷洗量块各面，根据防锈涂料的稀稠程度，决定是否再换一次汽油进行漂洗，然后取出用清洁、柔软的棉白布擦拭两遍。

第一遍用裸手从汽油中取出量块擦拭，第二遍要另换一块干净的白布，而且绝对禁止与裸手接触。

擦拭干净的量块，要按顺序放在垫有纯棉白布的专用盘(木盘最佳)中，然后按上述程序进行检定。

第二节量块的外观、平面度和研合性的检查
一、量块的外观检查
新制量块的测量面与非测量面不应有划痕、碰伤、锈迹等；修理后和使用中的量块的测量面与非测量面上，允许有不妨碍正常使用的上述缺陷。

检定员判定以上的缺陷影响量块研合性(即有划伤平晶的危险)时，应修理后再做研合性检查。

在照明条件合适的情况下，外观检查一般以目测观察，必要时可借助放大镜、观察镜，或者用平晶调出干涉条纹来判断。

二、量块的平面度检查
量块检定规程JJG 146—2003规定：量块测量面的平面度应不超过表3-2-2的规定。

对于标称长度≤2.5mm的量块，在与厚度≥11mm、表面质量和刚性都良好的辅助面相研合后，量块的每一测量面的平面度应不超过表3-2-2的规定；对于标称长度>2.5mm的量块，其测量面无论与辅助体是否研合，量块的每一测量面的平面度都应不超过表3-2-2的规定。

对于标称长度≤2.5mm、非研合状态下的量块，每一测量面的平面度应不大于4μm。

测量面的平面度要求
表3-2-2
量块平面度的检定可利用等厚干涉条纹的方法来进行。

用镊子(头部包塑料套管或绸布)把量块夹到一块干净的白色棉布上，把已经用油石打好的量块测量面和平晶的测量面用棉布擦净，将平晶轻轻放在量块测量面上，使其和量块测量面形成空气劈。

在白光照明下，调整空气劈上产生的干涉条纹，使其与量块长边方向取向一致。

(一)判断量块测量面的凸凹
由平晶和量块的接触点沿量块测量面的短边方向看上去(如图3-2-1上的A 的方向)，如果条纹是凸形的那么量块测量面是凸形的；相反，如果看上去条是凹形的，那么量块
测量面是凹形的。

(二)平面度大小的确定
测量面的平面度
量块测量面的平面度用直径不小于45mm 、厚度
不小于11mm 的玻璃或石英平晶以技术光波干涉法测
量。

对于标称长度较小的量块，在用技术光波干涉法
测量其平面度的时候，应注意避免平晶重量对测量结
果的影响。

量块测量面的平面度d f 测量结果应不超过
表3－2－2的规定。

图 3-2-1干涉法测量平面度
对于平面度值较小的量块测量面，使平晶与量块测量面之间形成很小的尖劈形空气层，在白光(或单色光)照明下，由平行于量块测量面长、短两边和两对角线方向所看到的干涉条纹图像，以相邻两干涉条纹间隔M 为单位，读出干涉条纹的弯曲度m/M 。

上述4个m/M 中绝对值最大者乘以所采用光源波长的一半即为被测量块该测量面的平面度d f ：
2
M m f d λ= 式中：M ——干涉条纹的间隔，即相邻两个干涉条纹之间的距离；
λ——所采用光源的波长；
m /M ——干涉条纹的弯曲度。

注：在对弓形的干涉条纹引线读取弯曲度时，应注意到所引的弦线必须通过干涉条纹的中线与量块测量面上距侧面0.8mm 并与侧面相平行的线的相交点。

3.2.2 如果量块测量面在平行测量面长、短两边(或两对角线)方向测得的平面度是凸起和凹陷方向相反的，该测量面的平面度应是合成值dc f 见图3-2-2。

图3-2-2
221λ⨯⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛+=M m M m f dc (4) 式中：1m /M 和2m /M ——分别为干涉条纹凸起和凹陷方向相反的读数。

3.2.3 对于平面度数值较大的量块测量面，使平晶的测量面与量块凸起的测量面相接触，使其中一个干涉条纹的中线与量块测量面上距左侧面0.8mm 的平行线相重合，向右读出干涉条纹的整数部分N ，然后以干涉条纹间隔M 为单位，读出第N 条中线向右到测量面上距量块右侧面0.8mm 之间的距离M m /，于是该量块测量面的平面度d f 为：
2
21λ⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+
=M m N f d (5) 三、量块的研合性检查
1、 测量面的研合性
1，2等和K ，0级量块测量面的研合性检定，应使用平面度不超过0.03μm 的玻璃(或石英)平晶；3，4等和1，2级量块测量面的研合性检定，应使用平面度不超过0.1μm 的玻璃(或石英)平晶；5等和3级量块测量面的研合性检定，应使用平面度不超过0.1μm 的玻璃(或石英)平晶，或使用标称长度不小于5.5mm 的研合性已经检定合格的量块测量面。

使用平晶检定量块研合性时，使平晶与量块测量面相互接触，
并沿测量面切向轻轻移动，
透过平晶看到研合面上干涉条纹逐渐变宽直到消失时，稍向研合面的法向和切向加力移动使其研合，其结果应符合表3-2-2的规定。

使用量块测量面检定量块研合性时，使作为研合性检定的标准量块测量面与被测量块测量面轻轻接触，并沿测量面切向轻轻移动，当手感研合面之间异物已经排除时，稍向研合面法向和切向加力移动，使其相互研合，其结果应符合表3-2-2的规定。

2、研合性技术要求
量块检定规程JJG 146—2003规定量块测量面的研合性应符合表3-2-3的要求。

表 3-2-3 量块表面研合性规定
3、检定方法
(1)使用平晶检定研合性时，在确保平晶与量块工作面均无灰尘的情况下，将平晶与被测量块测量面轻轻接触，并沿被测量块测量面切向轻轻推动，透过平晶看到研合面上的干涉条纹由密变疏直至消失时，稍向研合面的法向和切向加力移动并使其相互研合，其研合结果应符合表3-2-3的要求。

(2)使用量块测量面检定研合性时，使标准量块与被测量块测量面相接触，并沿测量面切向和法向加力移动，手感研合面间的异物已经排除时，使其相互研合，其结果应符合表3-2-3的规定。

研合性不符合规程要求的原因是量块测量面的外观缺陷严重，表面粗糙度不好或平
面度太差(包括较薄量块在自由状态下的弯曲变形)，因此除新制量块外，对于使用中的量块，可从研合性检定中判断该量块测量面的表面质量。

对于研合性不合格的量块要进行修理，并记录。

4、对于标称长度较小的量块研合性不合格的几种可能性
(1)对于标称长度较小的量块，量块两测量面都呈凸形或凹形时(见图 3-2-3，图3-2-4)，对量块两测量面单独研合时，由于研合力的作用，使量块产生弹性变形而被拉平，此时，两测量面的研合性都可能合格；但对两测量面同时研合时，由于两面研合力要使量块产生方向相反的弹性变形而拉不平时，量块的研合性就不合格了。

图3-2-3平面度凹图3-2-4平面度凸图3-2-5平面度凸凹
(2)对于标称长度较小的量块，量块两测量面一面凸一面凹时(见图3-2-5)，对量块两测量面同时研合，由于两测量面研合力的作用，使量块产生方向相同的弹性变形而被拉平，此时，两测量面的研合性都可能合格；但当对两测量面分别研合时，由于一个测量面的
图3-2-6 量块截面图
研合力作用不足以把弯曲的量块拉平，故量块的研合性也就不合格了。

对于制造和修理中的量块，平面度出现上述情况是可能的。

由于量块在组合使用时，每个量块都有被研合在组合体的中间或两侧的可能性，因此，规程提出了“每个量块的两测量面单面或双面的研合性，都应满足要求”的规定。

(3)有些量块测量面的边缘起翘(见图3-2-6)，进行单项(如：外观、平面度、粗糙度等)检查时，各技术指标均合格，但是无法研合，这样，会给量块检定和使用带来一定的障碍。

1)不能与平晶研合，因此无法用小数重合法对量块进行检定。

2)不能与带筋工作台很好地接触，会给比较测量带来附加误差。

3)不能与其他量块研合，影响量块功能的发挥。

5、注意事项
(1)在研合性试验过程中应特别注意研合面的洁净，否则，会由于微小尘埃而造成量块或平晶测量面的划伤。

(2)量块测量面不应有目测可见的油膜，这样对增大研合力不利，而且在进行研合时，还加大了研合膜厚度的分散性。

(3)禁止用水蒸气或手汗代替变压器油往量块上擦。

第三节 量块中心长度的测量
一、用接触式干涉仪测量长度小于100mm 的三等或1级量块
检定三等量块时应使用接触式干涉仪或具有相当准确度的其他仪器。

(一)检定方法
依据量块检定规程
JJG 146——2003规定，
检定三等量块时应选用二
等量块作为标准。

量块经
外观及研合性检查合格
后，用镊子将标准量块和
被测量块成对地放进框架
里(放置时一般使量块上
测量面朝上)，并在辅助工
图3-3-7量块的检定位置 作台上再放上几对量块进
行定温，等到仪器与量块温度基本一致了，才可以进行检定(由于工作台的上升比下降平稳，量块宜从尺寸大的往尺寸小的检定，为此将尺寸大些的量块放在靠近主工作台的地方比较好)。

1．把仪器的示值调整到零位 见图3-3-7所示，设标准量块和被测量块的中心各为1O 和2O 。

调整手轮使干涉管下降与量块表面接近，用隔热的移动框把标准量块的1O 置于测量帽的下方，再用手轮使工作台缓缓上升从显微镜中可以看到黑色干涉带接近标尺的
零刻线附近时，锁紧螺钉，再转动刻线尺螺钉，使黑色干涉带与标尺零刻线准确重合，此时，拨动拨叉3～5次，如果示值变化小，即可定为零位，如果示值变化大，则应重新调整。

2．被测量块的中心点读数 经定温后，测量量块的中心长度。

把标准量块的中心位置对准零位，得读数O O =11，然后移动量块，使测帽对准被测量块的中心位置2O ，拨动拨叉若干次，得到稳定的读数21O ，移动一下被测量块，再次对准中心位置2O ，得到稳定的读数22O ，然后再回到标准量块，测得O 点的稳定读数12O ，12O 可以是零，也可以与零稍有偏离，则该被测量块的中心长度偏差为：
[])()(2/112112221O O O O L L S +-++=
式中：L ——被测量块中心长度；
L s ——标准量块在20℃状态下的中心长度。

3.长度变动量的测量 将仪器测帽对准被测量块的中心位置2O ，把仪器的示值调整为零。

当示值稳定时移动量块，开始顺序测量量块四个角点，设所得到各点位置长度的读数分别为21O ，1a ，1b ，1c ，1d 和2d ，2c ，2b ，2a ，22O ，从而得到：
221a a a += 22
1c c c += 221b b b += 221
d d d += 222
21O O O +=
将a ，b ，c ，d 分别与O 相比较，取其中差值的绝对值最大的定为量块的长度变动量。

(二)测量量块中心长度时的注意事项
(1)用平晶检查仪器的外观，主要是看工作台面有无影响量块检定的毛刺、划痕或锈迹。

(2)检查仪器视场内干涉条纹的质量(均匀性、黑干涉带的颜色)。

(3)每次使用前都应该检查分度值是否正确。

(4)不同材料的量块进行比较测量时，在长度测量结果中应加入如下修正量： 长度测量时,测量状态偏离标准状态所应引入的修正量1C ：
n l n n C ⨯-=)(01
式中：0n 和n 分别是标准和测量状态下的空气折射率。

测量状态在标准状态附近时，上式则成为
[]n a l f K p K t K C ⨯-+---=)333.1()325.101()20(311 （7）
式中：a t ——测量过程中，干涉光路通过处的空气温度；
p ——测量过程中，干涉光路通过处的大气压力；
f ——测量过程中，干涉光路通过处大气中水蒸气的压力(绝对湿度)；
1K ，2K ，3K ——标准状态附近的专用计算系数，其值与所用波长又相关，按表3-3-4选用。

表3-3-4
长度测量时，被测量块温度偏离20℃时所应引入的修正量2C ：
n g l t C )20(2-=α (8)
式中：α——被测量块的线膨胀系数；
g t ——长度测量过程中，被测量块的温度。

长度测量时，与量块相研合辅助面的材料和表面质量与量块不相同应引入的修正量3C ，要通过专门的试验来确定其值和测量不确定度。

当辅助面材料和表面质量与量块完全相同时，此项可忽略不计。

二、用测长机测量长度大于100mm 的三等或1级量块
长度大于100mm 的量块要采用卧式测量，量块支架应支承在艾利(Airy)点上，即两
支承点距量块端面为l L 211
.0 ，l 是量块的标称长度，单位为m 。

此时量块由自身重量引起的弯曲变形使两测量面保持平行。

在卧式测量大量块时，测量的中心长度并不严格等于竖直放置时的长度。

由于量块自身重力引起变形，所以要找工作台的转折点位置，
图3-3-8 量块变形示意图
常常在支承点上固紧螺丝，此时如
果夹具不正确，就会出现如图
3-3-8 a)，b)，c)所示的变形，这
样测量量块的中心长度和长度变动
量都会引入相当大的误差。

量块卧式测量时，如图3-3-9
所示，应使量块的测量轴线1M 2
M 量块在工作台上处于水平位置。

由于 图3-3-9 量块在作台上的安装图
仪器测量轴线不在水平位置，量块支架刀口对于基面的不平行度，以及量块非测量面的垂直度偏差，将使量块找到最小值的测量轴线不处于水平位置，而造成对测量头座或尾座的附加水平压力，从而引入压陷误差。

严重时会使测量不稳定或出现相当大的误差。

(一)比较测量
1.检定操作程序 在比较测量时，对尾座与头座安装的位置没有要求，0.1mm 刻线尺和100mm 刻线尺均不用，只需要用光学计管读数来测量工件尺寸的偏差。

(1)将量块支架连同定好温的标准量块和被测量块一起安装在工作台上，用螺丝把支架与工作台固紧。

(2)按测量轴心线校准其正确位置。

移动尾座和头座，使两测帽与标准量块两测量面的中心相接触，并使光学计管示值指到零位附近，通过工作台上的两个倾斜调整机构，
在光学计管的视场中找到其最小转折点，以使量块中心长度与测量轴线重合，这时调整光学计管示值到零位，拨动拨叉数次，若零位不变，则可进行检定，就是要找到每一测量点的最小值，才能读数(由于要找最小值，测量时间相对来说长一些，故可测完中心长度就回零，然后再测长度变动量)。

2．比较法测量量块中心长度 用比较法测量量块时和接触式干涉仪基本一样，所不
同的是尾座代替了丁作台，调量块的水平位置也就是找最小值。

长度变动量也同样测量。

3．长度变动量的测量 与中心长度的测量相同，找到每一点的最小值后，取四个角
点与中心长度之差的最大值。

4．测量时的注意事项 ①比较测量时，标准量块和被测量块应经过长时间的定温后，才能进行测量。

没有恒温设备的测量室或恒温设备达不到要求的测量室，应根据所检定量块的等级设计保温罩进行局部调温；②在测量
过程中，一定不要有碰撞现象，测量时拨动测头
较重或量块与测帽间有碰撞，都会引起头座与尾
座间发生微小的位移；③找最小值时应力求准
确；④量块支架应做得很精密，量块必须支承在
艾利点上。

(二)直接测量
直接测量可以直接检定四、五等量块。

图3-3-10 显微镜开始零位读数
1．超始零位的调整和读数 参见图 3-3-10 ，调整方法如下：移动头座11停放在
床身导轨的右边，移动尾座12到标尺18的零位附近，观察读数显微镜7，配合尾座12的移动，应看到标尺18的零位双刻线位于读数显微镜7的中间；头座11向左移动，当头、尾两座上两测头相互接触时锁定；拧转头座11的微动手轮10继续移动，同时观察读数显微镜7中标尺17上的零刻线，其应被标尺18上零位双刻线左右对称地套人中间，如图3-3-10所示。

调整尾管的微动手轮，同时观察光学计8中标尺16上的零刻线对正指标线，如图3-3-11所示。

拧转头座的微动手轮10，使图3-3-10所示的两个0线移开、对正重复操作四次，同
时记录光学计8相应的四次读数10，20，， 30，40，即量块测量时的起始零位读数，并记录测量开始时仪器的标尺温度s1t 。

2．量块的安装、调整和中心长度的测量 假设被测量块的标称长度为321.6mm ，如。