第2章 测量技术基础(4学时)

一、直接测量和间接测量 1.直接测量
被测量的量值直接从测量仪器读出，不需转换和计算。
2.间接测量
测量被测量的相关量，再求被测量。
例如，右图通过测量弦长L和弦高H， 再用下式间接测量直径D。
D H L2 / 4 H
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
二、绝对测量和相对测量 1.绝对测量（全值测量） 测量器具的读数值为被测量的全值。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
二、米的定义 1.最初定义—实物基准（1791年） 米等于经巴黎的地球子午线的四千万分之一。
2.国际米原器—实物基准（1889年）
不确定度1.1×10–7（0.1μm）。
3. Kr86辐射波长—自然基准（1960年）
不确定度4×10-9（0.001μm） 4.光速（时间法/频率法/辐射法）—自然基准（1983年） 真空中光速的倒数。不确定度2.5×10-11（0.00001μm）
1.测量对象
几何量，包括长度、角度、形状、位置、表面粗糙度等。
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2.1 测量的基本概念（续）
（2）测量单位 长度：m；mm；μm。（1 m =103mm=106 μm）
角度：rad；mrad；μrad ；°，′， ″。
（3）测量方法 测量时所采用的测量原理、测量器具和测量条件的综合。 （4）测量精度 测量结果与真值的一致程度。误差小，即测量精度高。
三、接触测量和非接触测量 1.接触测量 测量器具的测头与被测件表面相接触的测量。
接触测量存在机械测量力引起的误差。
如用游标卡尺、千分尺测量工件尺寸等。
2.非接触测量
测量器具的测头与被测件表面不接触的测量。 非接触测量不存在机械测量力引起的误差。 例如用光切显微镜测量表面粗糙度等。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
例2-1：用83块一套的量块（表2-1）组合58.885mm尺寸。 第一块尺寸1.005mm，第二块尺寸1.38mm，第三块尺寸 6.5mm，第四块尺寸50mm，共用4个量块。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
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2.2 计量单位与量值传递（续）
七、量块的分“级” 与分“等” 1.量块的分“级”（JJG146-2003） 按量块制造精度分K、0、1、2、3共5级。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
图2-1 长度量值传递系统
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2.2 计量单位与量值传递（续）
线纹尺（刻线尺）：用金属或玻璃制成。 基准线纹尺、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、万能工具显微镜、万
能测量机等长度测量工具的测量元件 。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
5. 测量误差的分类及产生原因。
6.系统误差的发现和消除方法。
7.随机误差的特性和处理方法。 8.粗大误差的评定和处理方法。 9.测量误差的合成方法和测量结果表达式。
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本章目录
2.1 测量的基本概念 2.2 计量单位与量值传递 2.3 测量方法与测量器具的分类 2.4 测量器具的基本度量指标
2.5 测量误差和数据处理
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名人名言
科学始于测量，没有测量，就没有精密的科学。 —门捷列夫 信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，测 量技术是信息技术的关键和基础。 —钱学森 仪器仪表是工业生产的“倍增器”，是高新技术和科 研的“催化剂”，在军事上体现的是“战斗力”。 —王大珩
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测量技术的重要意义实例
发射人造卫星时，最后一级火箭的速度有0.2%的相对 误差，若控制和遥测系统测量不准确，卫星就会偏离 预定轨道100km，可谓“失之毫厘，谬之千里”。 国际贸易中，若对出口货物的重量计量不准确，就会 造成很大损失，多了白白送给外商，少了则要赔款。 医生使用γ射线治疗疾病时，若对剂量测量不准确， 过少则达不到治病目的，延误治疗；过多则会对人体 造成损害。
2.动态测量
测量过程中被测表面与测量头处于相对运动状态。 如用动态丝杠检查仪测量丝杠的参数等。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
2.3.2 测量器具分类
可分为基准量具、通用测量器具、量规、检验夹具4类。 一、基准量具
测量中体现标准量的量具。
1.定值基准量具
测量中体现固定量值的标准量，如量块、角度量块等。
通常以测量极限误差表示，必要时还应给出置信概率。
例如：x=19.95±0.02mm x=19.95±0.02mm （P=95%）
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2.1 测量的基本概念（续）
三、测量范畴举例 能够做到准确定量的实验，均属测量范畴。 （1）在实验室对各种机械工件、光学材料以及电子器件
等反映其特定物理化学属性的量值进行的精密测量；
多面棱体 精度：±0.5"～±1"
多齿分度盘 精度：±0.1 "
角度块规 精度：±3″、±10″、±30″
精密测角仪 分辨率±0.01 "
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2.2 计量单位与量值传递（续）
2.2.3 量块及其选用
一、量块的定义 一种无刻度标准端面量具。
二、量块的特征
一般为铬钨锰钢制成的长方
六面体，硬度高，线胀系数
四、单项测量和综合测量 1.单项测量 分别单独测量零件的各个参数。
如用工具显微镜分别测量螺纹中径、螺距和牙型半角等。
特点：测量效率低。适用于刀具、量具和工序测量。
2.综合测量
同时测量反映零件综合指标的几个相关参数。 例如用螺纹量规综合检验螺纹各参数等。 特点：测量效率高。适用于成批或大量生产。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
K级精度最高，3级最低。
2.量块的分“等”（JJG146-2003）
按量块检定精度分1～5等，1等精度最高，5等最低。
3.量块按“级”与按“等”使用的差异 按“级”使用：工作尺寸为标称长度，包含制造误差。 按“等”使用：工作尺寸为实测长度，不含制造误差。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
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2.2 计量单位与量值传递（续）
普通高等教育“十二五”规划教材
机械精度设计与检测
（互换性与技术测量） （第二版）
教材主编 课件制作 李必文 邱兴海
中南大学出版社
第2章 测量技术基础
（4学时）
本章主要内容
1.测量、检验和检定的概念。 2.测量过程四要素：对象、单位、方法、精度。 3.量块的 “等” 与“级”。
4.计量器具的主要度量指标。
小，不易变形。其中有经超 精研磨、极为光滑平整的两 个互相平行的测量面，两面间具有精确的工作尺寸。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
三、量块的用途 长度量值传递系统的中间标准量具；作为标准件调整仪器 的零位；直接测量零件尺寸。
四、量块长度（Li）
一个测量面上任一点（距边缘
0.5mm区域除外）到与另一测
5.气动量仪—如浮标式气动量仪等。 6.电动量仪—如电动轮廓仪等。 7.微机化量仪—如数显光学计、三坐标测量机等。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
游标类量具
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
（2）在工厂车间对产品性能的检验，在商贸部门对商品
的检验，在部队靶场对武器系统性能的试验和测试；
（3）计量部门对测量量具仪器的检定、校准、比对，对 标准物质和标准器具的定值，乃至对整个测量设备的计量 确认活动，以及对整个实验室的认可活动等。
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2.2 计量单位与量值传递
2.2.1 长度计量单位及其量值传递系统
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2.2 计量单位与量值传递（续）
三、长度量值传递系统 为保证测量值准确、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，即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。
该系统的传递媒介是线纹尺和量块，是机械制造的实用长
度标准，由国家技术监督局到地方各级计量管理机构逐级 传递和定期检定。 刻线量具系统—线纹尺；端面量具系统—量块。
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2.1 测量的基本概念
2.1.1 测量、检验与检定
一、概念 1.测量
将被测量与用计量单位表示的标准量进行比较求比值，从
而确定被测量的实验过程。
测量公式：
被测量 测量值 计量单位 被测量 测量值 计量单位 x Qu
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x Q u
2.1 测量的基本概念（续）
2.检验 无需得出被测对象量值，即可判定其是否合格的过程。
源自文库
孔用光滑极限量规
轴用光滑极限量规
螺纹量规
3.检测
测量与检验的统称。测量属定量检测，检验属定性检测。 4.检定 评定测量器具的精度是否合格的实验过程。
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2.1 测量的基本概念（续）
用钢板尺测量长度
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2.1 测量的基本概念（续）
用游标卡尺测量直径
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2.1 测量的基本概念（续）
二、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。
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与几何量检测有关的国家标准
GB/T 3177—2009 产品几何技术规范（GPS） 光滑工 件尺寸的检验 GB/T 1957—2006 光滑极限量规技术条件 GB/T 6322—1986 光滑极限量规型式与尺寸 GB/T 6093-2001 几何量技术规范（GPS）长度标准 量块 JJG 146—2011 量块检定规程 JJF 1001—2011 通用计量术语及定义
例如用游标卡尺、千分尺测量长度。
2.相对测量（比较测量）
测量器具的读数值为被测量相对于已知标准量的偏差。
例如用量块或标准件调整比较仪的零位后，换上被测件， 此时比较仪的指示值为被测件相对于标准件的偏差。 特点：对零、精度高，但设备、过程复杂。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
量面相研合的平晶面的距离。 五、中心长度（L） 测量面中心点上的量块长度。
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2.2 计量单位与量值传递（续）
六、量块的组合使用 量块具有粘合性，故通常成套制造、供应，并根据需要组 合成不同基准长度使用。国家量块标准规定了17种成套量
块系列。
为减少累计误差，量块组合使用时一般不超过4块，并应
首先选择能去除最后一位小数的量块，然后逐级选取。
量块
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2.2 计量单位与量值传递（续）
2.2.2 角度计量单位及其量值传递系统
角度也是几何参数，一个圆周的圆心角已定义为2πrad或 360°，无需另外建
立自然基准。
实际应用的角度量
值基准：
角度量块（以前） 高精度测角仪和正 多面棱体
图2-2 角度量值传递系统
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2.2 计量单位与量值传递（续）
2.变值基准量具 测量中体现一定范围内各种量值的标准量，如线纹尺、量 角器等。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
二、通用测量器具 有刻度、有一定测量范围、可得出具体量值的测量工具。 1.游标类量具—如游标卡尺等。
2.螺旋类量具—如外径千分尺等。
3.机械类量仪—如百分表、齿轮杠杆比较仪等。
4.光学量仪—如光学比较仪、光学测角仪等。
一、长度尺寸基准 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。
国际单位制基本长度单位：米制、英制。
我国法定长度基本计量单位：米（m）。
我国机械工程图常用单位：毫米（mm）。 机械制造常用单位：毫米（mm）、微米（μm）。 1mm=10-3m，1μm=10-3mm。
五、被动测量和主动测量 1.被动测量 在零件加工完成后进行的测量。
只能判别零件是否合格，发现并剔除废品。
亦称消极测量。
2.主动测量
在零件加工过程中进行的测量。 测量结果可直接用于控制零件加工过程，防止废品产生。 亦称积极测量。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
六、等精度测量和不等精度测量 1.等精度测量 测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件（环境、操
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2.2 计量单位与量值传递（续）
2.2.4 正多面棱体
最常用的角度计量基准。 用特殊合金钢或石英玻璃精
细加工制成。
有4、6、8、12、24、36、
72面体等。
右图为正8面棱体，各相邻 工作面法线间夹角为45°。 可测量任意n×45°角度。
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2.3 测量方法与测量器具的分类
2.3.1 测量方法分类
作人员、测量方法、测量仪器、被测量）不变。
为简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。
实际上，不存在绝对等精度测量。
2.不等精度测量 测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可以改变。 因数据处理麻烦，一般用于重要科研实验的高精度测量。
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2.3 测量方法与测量器具的分类（续）
七、静态测量和动态测量 1.静态测量 测量过程中被测表面与测量头处于相对静止状态。 如用游标卡尺、千分尺测量工件尺寸等。