长度测量(计量检定培训教材)课件 第一章

2
分析 误差与l和 2成正比。s, 2 , 且很小时， 0。
比较结论
在允许相同的测量误差的情况下，串联方案对仪器导轨 的要求相对可以有所降低，因而降低仪器的制造成本。 缺点：仪器导轨较长，一般为被测长度的1.5倍， 这样对大尺寸的测量是很不利的。 因此，在某些情况下，有时也不得不违背阿贝原则而 采用并联布置方案，但必须设法采取措施，以补偿或抵消 一次方误差造成的影响，
计量单位
计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用
的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计
量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因
数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、 “安”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、 “微米” 和“纳米” ，常用的角度单位是非国际单位制的单位 “度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、 “球面度”在测量过程中，测量单位必须以物质形式来体现， 能体现计量单位和标准量的物质形式有：光波波长、精密量块、 线纹尺、各种圆分度盘等。
角度的量值传递
角度基准与长度基准有本质的区别。角度的自然基准是 客观存在的，不需要建立，因为一个整圆所对应的圆心 角是定值（2π rad或360°）。因此，将整圆任意等分 得到的角度的实际大小，可以通过各角度相互比较，利 用圆周角的封闭性求出，实现对角度基准的复现。 为了检定和测量需要，仍然要建立角度度量的基准 。
误差与s和成正比。s,
两个比较实例 (2)、串联排列方案
误差 l l cos
如果很小， l l (1
2
2
)l
2
2
(1 3)
设l 1000mm, 10" 0.00005rad , 则 0.000052 l 1000 103 0.001um 2 2
两个比较实例
(1)、用高精度直角尺进行比较测量 被检定的方形角尺 高精度直角尺
在测量时先将两指示器A和B用直角尺C调至零位，这样A、B两 点的连线与平板定位基准面间就建立了一个直角基准。 图 (b)所示：为依次与方形角尺D的各角相比较，就可得到各角 对90。的偏差值。
两个比较实例
(2) 、自检法
3.用于一般测量的复现方法
(1)甲烷吸收稳频的氦氖激光辐射 (2)碘吸收稳频的染料激光或1.15微米的氦氖激 光的倍频辐射 (3)碘吸收稳频的氦氖激光辐射 (4)碘吸收稳频的氩离子激光辐射 (5)两类同位素光谱灯辐射 对应于氪-86原子在2P10和5d5能级之间跃迁 所对应的辐射 汞-198和镉-114原子的辐射
国际计量局保存的国际米原器上两端刻线的中间刻线的轴 线在0°C时的距离
1960年第十一届国际计量大会通过了米的新定义： 米的长度等于氪-86原子的2P10和5d5能级之间跃迁 所对应的辐射在真空中波长的1650763.73倍。 二、现行米的定义 1983年10月第十七届国际计量大会通过的米的新定义为： 米是在真空中在（1/299792458）秒的时间间隔内所经路 径的长度。 三、米定义的复现方法 1.用于天文测量、大地测量的复现方法 txc 2.用于实验室计量工作的复现方法 由所测得频率与固定光速值来复现波长值 3.用于一般测量的复现方法 用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光辐射和两 类同位素的任意一种来复现。
明其可信度。
几个测量名词
测试
指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。
检验
是判断被测物理量是否合格(是否在规定范围内)的过程，通常不一定要 求测出具体值。因此检验也可理解为不要求知道具体值的测量。检验 的主要对象是工件。 检定 为评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作，它包括 检查、加标记和出具检定证书。检Leabharlann Baidu的主要对象是计量器具。 比对
微小角度或位移的测量
y F A f'
20
0 x
图3-4 平面镜用于小角度或位移测量
y AA f tan2 2 f
AA f tan 2 2 f k x a tan a
x a tan a
——放大倍数
a
y 2f
各被测角的实际值为
§1-2 米的定义及其发展
一、米的演变
1790年 法国科学院受法国国会委托，提出“米”制建议。 1791年，以通过巴黎的子午线的四千万分之一作为一米， 1799年测量结束后，根据测量结果，法国制造了一只 铱合金矩形的金属米尺-----档案米尺 十九世纪后期，国际计量局定制了30只横截面积为X形 的铂铱合金的米原器复制品，它的长度与档案米尺相等。 1899年召开第一届国际计量大会，批准了经过测量选定 的其中No.VI作为国际长度基准---国际米原器，称国际 米。 1927年第七届国际计量大会规定了国际米的定义是：米是
i ei
1 e1
—反映自准直仪的安装精度
由于 i 和 中部含有90。值，将其减去便可得如下一组算式：
2 e2 3 e3 4 e4
由自然封闭条件可知
4
即： i 4 ei
i 1 i 1
测量不确定度
测量结果与真值的一致程度。不考虑测量不确定度而 得到的测量结果是没有任何意义的。 真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有 测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。由于测量 会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任
何测量都不可能没有误差。
对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说
一、长度计量的主要任务
研究和确定长度单位；研究建立和保存长度计量基准、 标准；建立长度各项计量检定系统，组织量值传递； 开展计量检定与修理，保证量值的准确一致；研究新的 长度计量测量方法和手段，确定测量准确度；应用新的 科学技术理论，开拓长度计量的新领域
二、长度计量包括的内容
1.长度尺寸---如端度、轴径、坐标尺寸、线纹间尺寸、 箱体结构尺寸 2.角度---如平面角、圆分度、空间位置角、锥度 3.表面形状和位置误差 4.表面粗糙度 5.角度和长度的复合工程参量
检验

i 1
4
i
0.5 0.2 1.1 1.4 0
•§1-5 长度计量器具的维护保养
•1.防止锈蚀 •2.清洗 •3.防止划痕 •4.润滑 •5.其他
§1-6 常用的几种测量方法
一、光隙法
1.标准光隙的建立
光隙法是凭观察通过实际间隙的可见光隙量的 多少来判断间隙大小的一种方法， 凡是在 0. 0 0 1 m m 一0 ． 0 3 m m范围内的间隙， 只要能产 生可见光隙， 都可以用光隙法检测。
解：按式上式可先求出定角偏差 为：
1 4 1 ei （0.2 0.5 0.8 1.7） 0.3" 4 i 1 4
于是按式(1—5)即可求得各角的实际偏差如下
1 0.3 0.2 0.5" 2 0.3 0.5 0.2" 3 0.3 0.8 1.1" 4 0.3 1.7 1.4"
定义
将被测物与标准尺沿测量轴线成直线排列。 适用场合
一条线原则
在长度测量中。
两个比较实例 (1)、并联排列方案
误差 s tan
A B O
如果很小， s (1 2)
分析
设s 100mm, 10" 0.00005rad , 则 s 100 0.00005 0.005 5um
测量方法
测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量
原理的运用及其实际操作。
广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）
和测量条件（环境和操作者）的总和。 在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外 形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义 来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可 靠的测量结果。
§1-3测量的基本概念
将被测量与一个作为测量单位的标准量进行比较，以求其 比值的过程。测量过程可以用一个基本公式表示：
L Ku
式中 L ——被测量，在长度测量中指被测长度； u ——标准量，在长度测量中是长度单位； K——比值。 式(1一1)被称为测量的基本方程式。
它说明被测值L等于所用的长度单位u与测量比值K的乘积。
标准间隙 由正负10块组量块和日光灯平晶或平板组成，取两 块等高的量块放在平晶两端，中间放比 两端分别小0.001mm， 0.002mm，0.004mm，0.006mm，0.008mm的量块，或者根据 自己的需要放置不同的量块，然后把刀口尺放置在等高量块 上，日光灯距刀口尺后的距离在100mm左右，刀口尺在上可 以左右偏摆22.5°然后观察光隙，由于白光是由不同波长的单 色光组成，所以可以看到有红，黄，紫等单色光，再看中间 量块于两端量块的差值，即可得到标准间隙。 值得注意事项： 1. 尽量使用平晶做基准。 2 .在用光隙法检定时，在有争议必须使用同一样的观察实 物和方法。 3 .每个观察着存在视力差异，不一定看到的是同一色光。 4. 平常是用经验来判断间隙的大小，不常做标准间隙。 5. 要采用同一光源作比较。
例如：u为mm，K＝50，则被测长度为50mm。
被测量
被测量在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数
量，其基本对象是长度和角度。但是，长度量和角度量在各 种机械零件上的表现形式却是多种多样的，表达被测对象性 能的特征参数也可能是相当复杂的。因此，认真分析被测对 象的特性，研究被测对象的含义是十分重要的。例如，表面 粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与 形位公差之间的独立与相关关系等等。
长度的量值传递
量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值，通过检 定（或其它方法）传递给下一等级的计量标准（器）， 并依次逐级传递到工作计量器具上，以保证被测对象的 量值准确一致的方式”。 我国长度量值传递系统如图所示，从最高基准谱线向下 传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线 量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广
把被检定的方形角尺垂直地放置在平板上，以角1 的一个面为 定位面。 用自准直仪对准角1 的另一面，调整自准直仪，使其读数为零， 即角1 的读数 e1 0 。
然后 1 角为定角(用 表示，注意 和1 往往不是相等的)和其 他各角进行比较，测得相应的 e2 e3 e4 。
光杆杠原理(光学比较仪)
2、圆周封闭原则
定义 利用在同一圆周上所有分度夹角之和等于360。，亦即所 有夹角误差之和等于零的这一自然封闭特性，在没有更高精度 的圆周分度基准器件的情况下，采用“自检法”也能达到高精 度测量的目的。
一个圆的原则 适用场合
在圆周分度器件的测量中，如刻度盘、圆柱齿轮等， 凡能形成圆周封闭条件的场合。
4
4

i 1
4
i
0 1 4 ei 4 i 1 (1 4)
所以
4 ei 0
i 1
因而每个角的实际偏差皆可求得，即
i ei
(1 5)
例：
设e1 0.2" , e2 0.5" , e3 0.8" , e4 1.7" , 求i
在规定的条件下，对相同不确定度等级的同类基准、标准或工作用计量 器具之间的量值进行比较的过程。
测量方法分类
一、按测量结果获得的方法不同分类 1.直接测量:由计量器具直接获得被测量的测量方法。 2.间接测量:测量与被测量之间有已知函数关系的其它量，再经 计算得到被测量的测量方法。
二、按示值不同分类 1.绝对测量: 指计量器具显示或指示的示值为被测量的全值的测量方法。 2.相对测量: 指计量器具显示或指示的示值仅为被测量相对于某已知标准量的偏差 值的测量方法(比较测量)。
第一章长度计量基础知识
主要内容
• • • • • • • §1-1 长度计量的任务和内容 §1-2 米的定义及其发展 §1-3 测量的基本概念 §1-4 长度计量的基本原则 §1-5 影响长度测量准确度的主要因素 §1-6 常用的几种测量方法 §1-7新技术在长度计量中的应用
§1-1 长度计量的任务和内容
三、（机械）接触与非接触测量
四、单项与综合测量 五、主动与被动测量（对机械工艺过程所起的作用） 六、静态与动态测量（被测量表面与测头是否相对运动）
•§1-4 长度计量的基本原则
一、阿贝原则 二、圆周封闭原则 三、变形最小原则 四、最短测量连原则
五、基准统一原则
一、两个重要的测量原则
1、阿贝测长原则