第二章_技术测量基础

在测量技术领域和技术监督工作中,常用到: 检验:确定被检几何量是否在规定的极限范围内,从而判断 其是否合格的实验过程.通常用无刻度量具来判断被检对 象的合格性,不能得到具体数值。 检定:为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的 检定规程的全部过程。
2.1.2测量基准和尺寸传递系统
1.长度尺寸基准和传递系统 在我国法定计量单位中,长度的基本单位是米（m）。1983 年规定:1m是光在真空中,在1/299 792 458s的时间间隔内 的行程长度。 在实际中, 通常经过工作基准—线纹尺和量块,将长度基准 的量值逐级传递到生产中的计量器具和零件上去。
xi x 3
剔除方法:通常用重复测量或改用另一种测量方法加以核 对。
4.测量精度的分类
系统误差与 随机误差对 测量结果的 影响:
在测量领域中把精度分类为: 精密度:表示测量结果中随机误差的影响程度。随机误差 小,精密度高。 正确度:表示测量结果中系统误差的影响程度。系统误差 小,正确度高。 准确度(精确度):表示测量结果中随机误差和系统误差综 合的影响程度。随机误差和系统误差都小,准确度高。
2.1.3 计量器具和测量方法 1.计量器具
（1）计量器具的分类:测量仪器和测量工具. 按原理、结构特点及用途又分为： 1)基准量具:校对或调整计量器具,或作为标准尺寸进行相 对测量的量具,如量块。 2)通用计量器具:将被测量转换成可直接观测的指示值或 等效信息的测量工具。 游标类量具:游标卡尺、游标高度尺等。 螺旋类量具:千分尺、公法线千分尺等。 机械式量仪:百分表、齿轮杠杆比较仪、扭簧比较仪等。 光学量仪:光学测角仪、光栅测长仪、激光干涉仪等。 电动量仪:电感比较仪、电动轮廓仪、容栅测位仪。 气动量仪:水柱式气动量仪、浮标式气动量仪。 微机化量仪:微机控制的数显万能测长仪和三坐标测量机

n
例2.1
2.系统误差:在相同测量条件下,多次重复测量同一量值, 测量误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的误差. 分为: 定值的系统误差:千分尺的零位不正确引起的误差. 变值的系统误差:万能工具显微镜上测量长丝杠的螺距误 差时,由于温度有规律地升高而引起丝杠长度变化的误差. 上述误差的数值大小和变化规律已被确切掌握了的系统误 差,也叫已定系统误差。 未定系统误差:不易确切掌握误差大小和符号,但可估计其 数值范围。
量块按检定精度由高到低分为1～6共六等。“等” 是根 据量块的中心长度的测量极限误差、平面平行性允许偏差 和研合性等指标划分的。 各等量块的测量总不确定度①和长度变动量允许值②见表
（3）量块的使用和检验
量块精度分级又分等，其目的是借助高精度的测量方法， 来弥补制造精度的不足。 按“级”使用时,以量块的标称长度为工作尺寸,即不计量 块的制造误差和磨损误差,但它们将被引入到测量结果中, 使测量精度受到影响,但因不需加修正值，因此使用方便 。 按“等”使用时,是用量块经检验后所给定的实际中心长 度尺寸作为工作尺寸。但在检定量块时,不可避免地存在 一定的测量方法误差,它将作为测量误差而被引入到测量 结果中。 因此,在高精度的科学研究、测量工作中应按等使用，而 在一般测量时可按级使用，以简化计算.
1985年3月,我国 采用国际计量标 准,用碘吸收稳 频的0.633μm氦 氖激光辐射波长 作为国家长度基 准。
2.角度尺寸基准和传递系统
角度的基本单位是弧度，角度计量也属于长度计量范畴( 弧度用长度比值求得) 。 在实际应用中,为稳定和测量的需要,仍需建立角度量值基 准及角度量值的传递系统。
3.量块
量块按一定尺寸系列成套生产,国家标准规定了17种成套 的量块系列。
使用组合量块校对或测量时,为获得较高尺寸精度,应以最 少的块数组成所需的尺寸。 如：组成尺寸38.965mm，使用83块一套的量块。
（2）量块的精度
GB6039-85将量块的制造精度从高到低分为00、0、1、2、 3和标准级K共6个级别。“级”是按量块的中心长度的极 限偏差(±) ① 、长度变动量允许值(量块长度的最大值与 最小值之差) ② 、量块测量面的平面度、粗糙度及量块的 研合性等质量指标划分的。
测量力:测量过程中,计量器具与被测表面之间的接触 力. 示值误差:计量器具示值与被测量真值之间的差值. 示值变动性:在测量条件不变的情况下,对同一被测量 进行多次重复测量时,其读数的最大变动量. 回程误差:在相同测量条件下,对同一被测量进行往返 两个方向测量时,量仪的示值变化. 不确定度:在规定条件下测量时,由于测量误差的存在, 对测量值不能确定的程度.
（2）随机误差的评定:
正态分布曲线的数学表达式为: y:概率密度;δ:随机误差;σ:标准 偏差 2 2 1 y e 2
2
δ=0时, ymax 1 / 2 ymax与σ成 反比,σ1< σ2 < σ3,所以标准 偏差σ表征了随机误差的分散程 度,即测量精度的高低。
标准偏差σ为: xi:某次测量值; x :n次测量的算术平均值; n:测量次数, n n
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2.2 测量误差及数据处理
2.2.1 测量误差及其产生的原因
1.测量误差δ(绝对误差):测得值(x)与被测量真值(Q)之 差。 δ = x- Q Q=x±δ
测量真值可用多次测量的算术平均值来代替。 相对误差ε:为测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之 比。即:


Q
100%

x
100%
通常用线膨胀系数小、线质稳定、耐磨、不易变形的材料 制成。主要形状是长方体，上、下两测量面之间的距离为 其工作尺寸,是一种无刻度的标准端面量具。 作用： 尺寸传递系统中的 中间标准量具; 在相对法测量时作 为标准件调整仪器 的零位; 也可用它直接测量 零件。
（1）量块的尺寸：
量块长度:是其一个测量面上任意一点到与另一个测量面 相研和的平晶表面的垂直距离。 量块的中心长度:是测量面上中心点的量块长度L。 标称长度(量块长度的标称值):量块上标出的数字。 尺寸<6mm,长度标在测量面上;尺寸≥6mm,长度标在非测量 面上。
2.测量误差产生的原因
测量器具误差:由测量器具的设计、制造、装配和使用 调整的不准确而引起的误差。
基准件误差:作为标准量的基准件本身存在的误差.如: 量块的制造误差。 测量方法误差:由于测量方法不完善（包括计算公式不 精确、测量方法选择不当、测量时定位装夹不合理）所 产生的误差。 环境条件引起的误差:测量时的环境条件不符合标准条 件所引起的误差。 人为误差:人为原因所引起的误差。
2.1 技术测量的基础知识
2.1.1技术测量的基本概念
主要研究对零件的几何量(长度、角度、表面粗糙度、几 何形状和相互位臵误差等)进行测量和检验,以确定机器或 仪器的零部件加工后是否符合设计图样上的技术要求。 测量:为确定被测对象的量值而进行的实验过程,即将被测 量x与测量单位E或标准量在数值上进行比较,从而确定两 者比值的过程。q(测量值) = x / E 一个完整的几何测量过程包括以下四个要素： 被测对象:零件的几何量。 计量单位:几何量中的长度、角度单位。 测量方法:测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条 件的综合。 测量精度:测量结果与真值的一致程度,即测量结果的可靠 程度。
x x 2
i

i 1
1 x n

i 1

x
i
n 1
随机误差出现在(- δ,+ δ)内的概率为:
若令 t
1 p yd 2
则:
p 1 2


e
- 2 2 2
d

-t 2 t2 t t 2 dt 2 e e 2 dt 2 t 2 0 t
(2)计量器具的度量指标：表征器具性能和功用的指标,也 是选择和使用计量器具的依据。 分度值(i):计量器具刻尺或度盘上相邻两刻线所代表的 量值之差(最小刻度)。 刻度间距(a):量仪刻度尺或度盘上两相邻刻线的中心距 离,通常a取1～1.25mm. 示值范围(b):计量器具所指示或显示的最低值到最高值 的范围. 测量范围(B):在允许误差限内,计量器具所能测量零件 的最低值到最高值的范围. 灵敏度(K):计量器具对被测量变化的反应能力. K=△L(被观测变量的增量) /△x(被测量的增量) 灵敏限(阀):能引起计量器具示值可觉察变化的被侧量 的最小变化值.

t 称为拉普拉斯函数.
t
1 2

通常把相应于臵信概率99.73% 的±3σ作为测量极限误差,即:
t2 t e 2 dt 0

lim
3
为减小随机误差的影响,采用多次测量取其算术平均值作 为测量的结果. 3
lim x x
其中算是平均值的标准偏差为:

x

2.2.2 测量误差的分类与处理
按性质分为:随机误差、系统误差和粗大误差。 1.随机误差:在相同条件下,多次测量同一量值时,误差的 绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。 （1）随机误差的分布规律和特性:大量实践的统计分析表 明,随机误差的分布曲线多呈正态分布.其分布特性为: 单峰性:绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的概率大. 对称性:正负误差出现的概率相等。 有界性:在一定的条件下,随机误差的 绝对值不会超过一定界限. 抵偿性:随着测量次数的增加，随机 误差的算术平均值趋于零.
在实际测量中,应设法避免产生系统误差。若难以避免, 应设法消除或减小,其方法有: 从产生系统误差的根源消除； 用加修正值的方法消除：事先用更精密的标准件检定其 实际值与标准值的偏差,然后将此偏差作为修正值在测量 结果中予以消除。 用两种测量法测量,产生的系统误差的符号相反、大小相 等或相近,可用两次读数取平均值法消除； 利用被测量之间的内在联系消除,如:多面棱体的各角度之 和是封闭的,即360度。
立式测长仪工作原理
工作台1上放臵被测件2，通过测量 轴体4上的可换测量头3与被测件接 触测量。测量轴体4是一个高精度圆 柱体，在精密滚动轴承支持下，通 过钢带8，滑轮9，平衡锤12和阻尼 油缸13完成平稳的轴向升降运动。 配重7用来调整测量力。 测量轴体的轴线上固定有基准 标尺(玻璃刻尺)5，其上有l01条刻 线，刻度间隔为1mm。由光源11发出 的光，经透镜10，再透过基准玻璃 刻尺，将毫米刻线影象投射入螺旋 读数显微镜6，进行读数。