第三章 测量技术基础

量块
第二节 计量器具和测量方法
计量器具
用于直接或间接测出零件几何参数量值的量 具、测量仪器和测量工具的总称。
没有传动放大系统的计量器具， 没有传动放大系统的计量器具， 量块、 游标卡尺等 如量块、 游标卡尺等
量具
具有传动放大系统的计量器具， 具有传动放大系统的计量器具，如 比较仪、测长仪、投影仪等 比较仪、测长仪、投影仪等
灵敏度S
放大比K
计量器具的基本度量指标
示值误差
计量仪器的示值与被测量真值的代数差。由 仪器制造误差和仪器调整误差引起
修正值
为消除示值误差，加到测量结果上的代数值。其 大小与示值误差绝对值相等，而符号相反
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，计量器具示值的最大变动量。 主要由测量器具中零件间的间隙、变形和摩擦 等原因引起。
测量四要素
（1）测量对象：在技术测量理论中研究的被测对象, 测量时零件和测量器具所处的环境条件,如温度、湿度、振 动和灰尘等。 测量时标准温度为20℃。一般计量室的温度 包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差。
是控制在20℃±（0.5～2）℃,精密计量室的温度控制在 20℃±（0.05～0.03）℃。计量室的相对湿度应为50%～60% （2）计量单位：测量时所用的计值单位。 为适宜,还应远离振动源,清洁度要高等。
量仪
计量器具
按测量原理、结构特点和用途分类
1）标准计量器具 测量时体现标准量的测量器具 2）通用计量器具 通用性大，可用来测量某一范围内各种尺寸（或其他 几何量），并能获得具体读数值的计量器具 3）专用计量器具 用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具 4）检验夹具 量具、量仪和定位元件等组合的一种专用检验工具
量块
量块长度：量块上测量面的任意一点到 与下测量面相研合的辅助体（如平晶） 表面间的垂直距离。 量块中心长度：量块测量面上中心点的 量块长度。 量块长度的极限偏差：量块中心长度与标称长度之 间允许的最大误差； 量块长度变动量：量块的最大量块长度与最小量块 长度之差。
量块
量块的分“等”精度（也称按等使用）
量块
量块的测量表面留有一层极薄的油膜，在切向推 合力的作用下，由于分子之间的吸引力，两量块就能 研合在一起，即具有研合性(粘合性)。 量块是定值量具，一个量块只有一个尺寸。因此 可利用粘合性，将量块组合使用，以满足不同尺寸要 求。 17套量块，每套块数分别为91、83、46、12、 10、8、6、5等。
测量方法分类
按被测量是单项或综合指标
• 单项测量：分别测量零工件的各个参数的测 量，如用工具显微镜分别测量螺纹的大径、小 径、螺距和牙型半角等。 • 综合测量：同时测量工件上几个相关几何量的 综合结果，以综合判断零件是否合格性，如用 螺纹量规检验螺纹的作用中径是否合格。
Hale Waihona Puke Baidu
测量方法分类
按被测工件在测量时所处状态
计量器具的基本度量指标
测量范围
计量器具所能测量零件尺寸的最小 值到最大值的范围 计量器具全部刻度所能显示或指示 的最小值到最大值的范围
示值范围
计量器具的基本度量指标
计量器具反映被测几何量微小变化的 能力。若被测量变化为∆L，计量器具 上相应变化为∆x，则灵敏度 S = ∆ /∆L ∆x ∆ 当∆L与∆x为同一类量时，灵敏度又 称放大比K。对于一般长度测量器 具，等于刻度间距c与分度值i之比， 即K = c/i
第三章 测量技术基础
第一节 概述
为了满足机械产品的功能要求，在正 确合理地完成了可靠性、使用寿命、运动 精度等方面的设计以后，还须进行加工和 装配过程的制造工艺设计，即确定加工方 法、加工设备、工艺参数、生产流程及检 测手段。其中，特别重要的环节就是质量 保证措施中的精度检测。
测量
测量
将被测量L与具有计量单位u的标准量在数 值上进行比较，从而确定二者比值q的实验认知 过程，即 q = L/u 因此，被测量值为 L=qu
计量器具
◆光学式量仪 和放大的量仪 用光学方原理实现对被测量的转换
具有光学放大测微机构，特点是测量精度高、性能 稳定
计量器具
◆气动式量仪 以压缩空气为介质，将被测量转 换为气动系统状态（流量或压力）的变化来实现 对被测量的测量的量仪。 结构简单、测量精度高、操作方便 示值范围较小
计量器具
◆电动式量仪 将被测量通过传感器转变为电 量，然后通过对电量的测量来实现几何量测量的 量具。 具有放大滤波电路，特点是测量精度高，通过计 算机可实现数据处理自动化致使测量效率高
尺寸传递
量块
量块又称为块规，是没有刻度的、截面为矩 形的平面平行的端面量具。 (1)作为长度基准的传递媒介； (2)生产中被用来检定和校准测量工具或量仪； (3)相对测量时，用来调整量具或量仪的零位； (4)还可以直接用于精密测量、精密划线和精密 机床的调整。
量块
标称 长度
量块用特殊合金钢制成，具有线膨涨 系数小、不易变形、硬度高、耐磨性好、 工作表面粗糙度小等特点，尤其具有研合 性好的突出特点，使得在使用量块组合时 能将测量误差降到最小。
计量器具的基本度量指标
重复精度
在相同的测量条件下，对同一被测 参数进行多次重复测量时，其结果 的最大差异。 在接触式测量过程中，计量器具测 头与被测工件之间的接触压力 引起计量器具示值可觉察变化的被 测量值的最小变化值。
测量力 灵敏阈
计量器具的基本度量指标
允许误差
技术规范、规程等对给定计量器 具所允许的误差的极限值 在规定工作条件下，计量器具保持 其计量特性恒定不变的程度
• 接触测量：计量器具在测量时，其测头与被测 表面直接接触，如用千分尺测量轴径。 • 非接触测量：在测量过程中计量器具的测头与 被测表面不接触接触，如用光切显微镜测量表面 粗糙度，用气动量仪测量孔径等。
测量方法分类
按测量技术在工艺过程中所起的作用
• 主动测量：在加工过程中对工件进行的测量， 作用是控制加工质量，根据测量结果决定是否继 续加工还是调整工艺系统。 • 被动测量：加工后对工件进行的测量，其作 用是发现并剔除废品。
计量器具
◆光电式量仪 利用光学方法放大或准，通过光 电元件再转化为电量进行检测，以实现几何量的 测量的计量器具。
计量器具的基本度量指标
度量指标:选择和使用计量器具、研究和判断测量方 法正确性的依据,是表征计量器具的性能和功能的指标
分度值 刻度间距
在计量器具的标尺或度盘上，相邻两刻 线间所代表的被测量的量值 计量器具的刻度标尺或刻度盘上 相邻两刻线间的距离。 一般为0.75mm～2.5mm。
量块
尺寸≤5.5mm的量块，标称长 度刻在上测量面上；
尺寸＞5.5mm的量块，标称长 度刻在上测量面的左侧平面上。
量块
量块精度
根据不同的使用要求，量块做成不同 的精度等级。划分量块精度有两种规定： 按“级”划分和按“等”划分。
测量单位
量块的分“级”精度（也称按级使用）
量块按制造精度分为00，0，1，2，3和K 共 6个级别。其中00级为最高精度等级，3级为最低 级，K级为校准级。 “级”主要是根据量块长度偏差、量块长度 变 动量允许值、测量面的平面度、量块测量面的表 面粗糙度及量块的研合性等指标来划分的。
计量器具
通用计量器具按结构分类
◆ 固定刻线量具 具有一定可先，在一定范围内 能直接读出被测量数值的量具。 ◆游标量具 直接移动测头实现几何量测量的量具。
◆微动螺旋副式量仪 用螺旋方式移动测头来实现 几何量测量的量仪。
计量器具
◆ 机械式量仪 通过机械结构实现对被测量的感 受、传递和放大，以实现对几何量测量的量仪 以杠杆、齿轮、扭簧等机械零件组成的传动系 统构成机械测微机构（如指示表、测长仪等） 结构简单、性能稳定、使用方便
测量方法分类
按示值是否就是被测量值
• 绝对测量：被测量的全值从计量器具的读数装 置上直接读出，如用千分尺测量轴径实际值（也 属于直接测量）。 • 相对测量（也称比较测量）：计量器具的示值 仅表示被测量对已知标准量的偏差，而被测量的 量值为计量器具的示值与标准量的代数和。
测量方法分类
按测量时测量器具的测头与被测表面是否 接触
测量误差
包括测量器具的设计制造和使用过程中的误差, 总和反映在示值误差上 计量器具误差 基准件误差 作为基准件使用的量块或标准件等本身存在的 制造误差和使用过程中磨损产生的误差 测量前未能将计量器具或被测工件调整到正确 位置(或状态)而产生的误差 测量方法不完善,包括计算公式不准确,测量方法 选择不当,零件安装、定位不准确等 在进行接触测量时，由于测量力使得计量器具 和被测工件产生弹性变形而产生的误差 测量时环境条件(温度、湿度、气压、照明、振 动等)不符合标准测量条件 测量人员人为的差错 技术原因 责任心原因
尺寸传递
长度量值传递系统
为了使生产中使用的计量器具和工件的量值 统一，就需要有一个统一的量值传递系统，即将 米的定义长度一级一级地传递到工作计量器具 上，再用其测量工件尺寸，从而保证量值的准确 一致。 我国长度传递系统： 分别通过两大平行系统
刻线量具（线纹尺） 端面量具（量块）
尺寸传递
角度
角度单位为弧度（rad）和度（°）。 为了测量方便，依据多面棱体本身角度的封 闭性能，利用高精度的自准直仪或测角仪对多面 棱体进行测试，可得到较高的测量精度。因此将 多面棱体作为角度基准，建立角度传递系统。
• 静态测量：测量时被测零件表面与计量器具测 头处于静止状态。 • 动态测量：测量时被测零件表面与计量器具测 头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在 工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中 被测参数的变化过程。
测量方法分类
按测量时所处条件是否变化
• 等精度测量：决定测量精度的全部因素或条件 都不变的测量。 • 不等精度测量：测量过程中，决定测量精度的 全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量
（3）测量方法：广义上是指测量时采用的测量原 理、计量器具和测量条件的总和。 （4）测量精度（准确度）：是指测量结果与真值的 一致程度。
尺寸传递
长度单位
光在真空中(1/299792458)s 的时间内所经过的距离
我国的法定长度计量单位采用国际单位。米 （m）是基本单位。
机械制造业中，常用的长度测量单位为毫米、 微米和纳米均是米的分数单位。
稳定度
分辨力
计量器具指示装置可以有效辨别所指示的 紧密相邻量值的能力的的定量表示
测量方法分类
按被测量值是否直接能够从测量器具获得
• 直接测量：直接从计量器具上获得被测量量值 的测量方法，如用千分尺测量轴径。 • 间接测量：通过测量与被测量有一定函数关系 的其他量，然后通过函数关系算出被测量的测量 方法。
量块按检定精度由高到低分为1，2，3，4， 5等，其中1等精度最高，依次降低。
量块
量块按“级”使用时,以标记在量块上的标称尺 寸作为工作尺寸,该尺寸包含了量块实际制造误差； 量块按“等”使用时，则以量块检定后给出的实 测中心长度作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差， 但包含了量块检定时的测量误差。但检定时的测量误 差要不制造误差小得多。 因此，量块按“等”使用的精度要比按“级”使 用高。
第三节 测量误差及数据处理
测量误差
实际测得值与被测量真值的偏移量。用绝对误 差或相对误差表示。 1．绝对误差 绝对误差δ是指测量值l与其真值L之差，即
δ = l− L
测量误差
2．相对误差 δr 绝对误差δ与被测量真值L之比。由于在实际 中真值难以获得，而测量值与真值接近，故相对 误差可近似用绝对误差δ与测量值l之比表示，即
测 量 误 差 产 生 原 因
调整误差
测量方法误差
测量力误差
环境误差 人为误差
测量误差
根据测量误差的特征，可分为系统误差、随 机误差和粗大误差3类。
测量误差
■
系统误差
在同一测量条件下，多次重复测量同一量值时， 误差的大小和符号均保持不变，或者按某一规律变化 保持不变，或者按某一规律变化 的测量误差。 常值系统误差：在测量过程中误差的大小和符号 均保持不变。 变值系统误差：在测量过程中误差的大小和符号 按某一确定规律变化。
(l − L) δ δ δr = = × 100% ≈ × 100% L L l
例：测得两个孔的直径分别为24.45mm和40.93mm, 其绝对误差均为+0.02mm，计算其相对误差。
测量误差
阿贝测长原则
测量长度时，应使被测长度量与量仪中的标 准长度量排列在一条直线上。
活动量爪倾斜所产生的误差∆， 称为阿贝误差，即违反“阿贝测 长原则”而产生的测量误差。 ∆