第一節(jié)測量的基本知識一、測量的概念所謂測量.就是把被測量與具有計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較.從而確定被測量的量值的實(shí)驗(yàn)過程.設(shè)被測量為Ｌ.計(jì)量單位為Ｅ.則它們的比值為:ｑ＝Ｌ/Ｅ.因此.被測量的量值可用公式表示為:上式表明.任何幾何量的量值Ｌ.都可由表征幾何量的數(shù)值ｑ和該幾何量的計(jì)量單位Ｅ的乘積來表示.例如.用外徑千分尺測得某被測量的量值為８.３８ｍｍ.這里ｍｍ為長度計(jì)量單位.數(shù)值８.３８是以ｍｍ為計(jì)量單位時(shí).該幾何量的數(shù)值.下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

由測量的概念可知.一個(gè)完整的幾何量測量過程應(yīng)包括四個(gè)要素:被測對象、計(jì)量單位、測量方法和測量精度.被測對象———這里指幾何量.包括長度、角度、表面粗糙度、形位誤差以及螺紋、齒輪等的幾何參數(shù).計(jì)量單位———用以度量同類量值的標(biāo)準(zhǔn)量.我國頒布的法定計(jì)量單位中.對幾何量來說.長度的基本單位為米(ｍ)、毫米(ｍｍ)、微米(μｍ).角度的單位為弧度(ｒａｄ)以及度(°)、分(′)、秒(″).測量方法———指根據(jù)給定的測量原理.在實(shí)際測量中運(yùn)用該測量原理和實(shí)際操作.以獲得的測量數(shù)據(jù)和測量結(jié)果.測量精度———是指被測量幾何量的測量結(jié)果與其真值相一致的程度.上一頁下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

二、長度單位、基準(zhǔn)和量值傳遞系統(tǒng)１.長度單位和基準(zhǔn)我國的法定計(jì)量單位中.長度的計(jì)量單位為“米”.其符號為“ｍ”.與國際單位一致.機(jī)械制造中.常用的長度計(jì)量單位為“毫米”.其符號為“ｍｍ”.１ｍ＝１０００ｍｍ.在精密測量中.長度計(jì)量單位采用“微米”.其符號為“μｍ”.１ｍｍ＝１０００μｍ.在超精密測量中.長度計(jì)量單位采用“納米”.其符號為“ｎｍ”.１μｍ＝１０００ｎｍ.按照１９８３年第１７屆國際計(jì)量大會通過的決議.米的定義為:米等于光在真空中１/２９９７９２４５８秒時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長度.用光波的波長作為長度基準(zhǔn).不便于在生產(chǎn)中直接應(yīng)用.上一頁下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

為了保證量值的準(zhǔn)確和統(tǒng)一.必須把長度基準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確的傳遞到生產(chǎn)中所應(yīng)用的計(jì)量器具和工件上.２.量值傳遞系統(tǒng)長度量值由國家基準(zhǔn)波長開始.通過兩個(gè)平行系統(tǒng)(線紋量具、端面量具)向下傳遞.如圖２－１所示.因此.量塊和線紋尺都是量值傳遞媒介.其中尤以量塊的應(yīng)用更為廣泛.上一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

三、量塊的基本知識量塊是用耐磨材料制造.橫截面為矩形.并具有一對相互平行測量面的實(shí)物量具.又稱塊規(guī).量塊的測量面可以和另一量塊的測量面相研合而組合使用.也可以和具有類似表面質(zhì)量的輔助體表面相研合而用于量塊長度的測量.如圖２－２所示.它除了作傳遞長度量值的基準(zhǔn)之外.還可以用來調(diào)整儀器、調(diào)整機(jī)床或直接檢測工件.上一頁返回下一頁第一節(jié)測量的基本知識

１.量塊的材料、形狀和尺寸量塊.用鉻錳鋼等耐磨的特殊合金鋼制成.具有線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨性好等特點(diǎn).量塊沒有刻度.形狀是長方體.有兩個(gè)平行的測量面.其余為非測量面.測量面極為光滑、平整.其表面粗糙度Ｒａ值達(dá)０.０１２μｍ以上.兩測量面之間的距離即為量塊的工作長度(標(biāo)稱長度).標(biāo)稱長度小于等于５.５ｍｍ的量塊.其公稱值刻印在工作面上?標(biāo)稱長度大于等于５.５ｍｍ的量塊.其公稱長度值刻印在上測量面左側(cè)較寬的一個(gè)非測量面上..上一頁下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

２.量塊的精度等級為了滿足不同應(yīng)用場合的需要.國標(biāo)對量塊規(guī)定了若干精度等級.(１)量塊的分級.根據(jù)ＧＢ６０９３－２００１?量塊?的規(guī)定.量塊按其制造精度分為５級.即０、１、２、３和Ｋ級.其中.０級精度最高.精度依次降低.３級精度最低.Ｋ級為校準(zhǔn)級.主要根據(jù)量塊長度極限偏差、長度變動(dòng)量允許值來劃分的.(２)量塊的分等.量塊按其檢定精度分為六等.即１、２、３、４、５、６等.其中１等精度最高.精度依次降低.６等精度最低.主要依據(jù)量塊中心長度測量極限誤差和平面平行度允許偏差來劃分的.上一頁下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

量塊的“級”和“等”是從成批制造和單個(gè)檢定兩種不同的角度出發(fā).對其精度進(jìn)行劃分的兩種形式.按“級”使用時(shí).以標(biāo)記在量塊上的標(biāo)稱尺寸作為工作尺寸.該尺寸包含其制造誤差.按“等”使用時(shí).必須以檢定后的實(shí)際尺寸作為工作尺寸.該尺寸不包含制造誤差.但包含了檢定時(shí)的測量誤差.就同一量塊而言.檢定時(shí)的測量誤差要比制造誤差小得多.所以.量塊按“等”使用時(shí)其精度比按“級”使用時(shí)的測量精度高.３.量塊的特性和應(yīng)用量塊除了穩(wěn)定性、耐磨性和準(zhǔn)確性外.還有一個(gè)重要的特性.即研合性.所謂研合性是指量塊的一個(gè)測量面與另一量塊測量面或與另一經(jīng)精加工的類似量塊測量面的表面.通過分子力的作用而相互黏合的性能.上一頁下一頁返回第一節(jié)測量的基本知識

量塊是定尺寸量具.一個(gè)量塊只有一個(gè)尺寸.為了滿足一定范圍的不同要求.量塊可以利用其黏合性.組成所需的各種尺寸.為了組成所需尺寸.量塊是成套制造的.每一套具有一定數(shù)量的不同尺寸的量塊.裝在木盒內(nèi).我國生產(chǎn)的成套量塊有９１塊、８３塊、４６塊、３８塊等規(guī)格.上一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法一、計(jì)量器具的分類計(jì)量器具(又稱測量器具)是指用于測量的工具和儀器.可分為量具、量規(guī)、量儀(測量儀器)和計(jì)量裝置等四類.１.量具量具通常是指結(jié)構(gòu)比較簡單、沒有傳動(dòng)放大系統(tǒng)的測量工具.包括單值量具、多值量具和標(biāo)準(zhǔn)量具等.單值量具是用來復(fù)現(xiàn)單一量值的量具.例如量塊、角度塊等.它們通常都是成套使用.多值量具是能夠復(fù)現(xiàn)一定范圍的一系列不同量值的量具.如線紋尺等.標(biāo)準(zhǔn)量具是用作計(jì)量標(biāo)準(zhǔn).提供量值傳遞用的量具.如量塊、基準(zhǔn)米尺等.常用量具游標(biāo)卡尺、外徑千分尺如圖２－４、圖２－５所示.下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

２.量規(guī)量規(guī)是一種沒有刻度的.用以檢驗(yàn)零件尺寸、形狀、相互位置的專用檢驗(yàn)工具.它只能判斷零件是否合格.而不能測得被測零件的具體尺寸.如光滑極限量規(guī)、螺紋量規(guī)等.如圖２－６所示.３.量儀量儀即計(jì)量儀器.通常是指具有傳動(dòng)放大系統(tǒng)的、能將被測量的量值轉(zhuǎn)換成可直接觀察的指示值或等效信息的計(jì)量器具.按工作原理和結(jié)構(gòu)特征.量儀可分為機(jī)械式、電動(dòng)式、光學(xué)式、氣動(dòng)式.以及它們的組合形式———光機(jī)電一體的現(xiàn)代量儀.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

４.計(jì)量裝置計(jì)量裝置是一種專用檢驗(yàn)工具.可以迅速地檢驗(yàn)更多或更復(fù)雜的參數(shù).從而有助于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量和自動(dòng)控制.如自動(dòng)分選機(jī)、檢驗(yàn)夾具、主動(dòng)測量裝置等.二、計(jì)量器具的度量指標(biāo)１.刻線間距刻線間距是指計(jì)量器具標(biāo)尺或分度盤上相鄰兩刻線之間的距離.對于標(biāo)尺為相鄰兩刻線之間的距離.以及度盤為相鄰刻線中心間的弧線長度.為了適合人眼觀察.一般刻線間距為１~２.５ｍｍ.如圖２－８所示.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

２.分度值分度值是指計(jì)量器具標(biāo)尺或分度盤上每一刻線間距所代表的量值.標(biāo)尺分度值越小.表示計(jì)量器具的測量精度越高.一般長度計(jì)量器具的分度值有０.１ｍｍ.０.０１ｍｍ.０.００１ｍｍ.０.０００５ｍｍ等幾種.如圖２－８所示.表盤上的分度值為１μｍ.對于數(shù)字式儀器來說.一般不稱為分度值.而將儀器所能測得的被測量的最小增量稱為分辨力.３.測量范圍測量范圍是指計(jì)量器具所能測量的最小值到最大值的范圍.如圖２－８所示.測量范圍為０~１８０ｍｍ.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

４.示值范圍計(jì)量器具所能顯示或指示的最小值到最大值的范圍.如圖２－８所示.示值范圍為±２０μｍ.５.靈敏度靈敏度是指對于給定的被測量.被觀測變量的增量ΔＬ與相應(yīng)的被測量的增量Δｘ之比.即上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

當(dāng)分子、分母為同類量的情況下.靈敏度也稱為“放大比”或“放大倍數(shù)”.６.示值誤差示值誤差是指計(jì)量器具上的示值與被測量真值之差.由于真值一般無法知道.通常是以高一級精度的計(jì)量器具測得的量值來近似地代表真值.示值誤差的大小可以通過對儀器的檢定來得到.一般來說.示值誤差越小.計(jì)量器具精度越高.７.示值穩(wěn)定性示值穩(wěn)定性是指在測量條件不變的情況下.對同一被測量連續(xù)多次重復(fù)測量時(shí).儀器示值的最大變化范圍.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

８.回程誤差回程誤差是在相同條件下.儀器正反行程在同一點(diǎn)被測量示值之差的絕對值.產(chǎn)生回程誤差的主要原因是儀器有關(guān)零件之間存在間隙和摩擦.９.不確定度不確定度是指由于測量誤差的存在而對被測幾何量的量值不能肯定的程度.１０.修正值為消除系統(tǒng)誤差.直接加到測量結(jié)果上的值.稱為修正值.修正值的大小等于未修正測量結(jié)果的絕對誤差.但正負(fù)號相反.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

三、測量方法的分類測量方法可以從多個(gè)不同的角度進(jìn)行分類.(１)直接測量直接測量是指實(shí)測的幾何量值就是被測量的幾何量值.例如用游標(biāo)卡尺、千分尺測軸徑或孔徑的大小.(２)間接測量間接測量是指被測幾何量的量值由實(shí)測的幾何量值按一定的函數(shù)關(guān)系式運(yùn)算后獲得.如圖所示２－９.通過測量孔邊距ｌ１和ｌ２.然后用公式ａ＝(ｌ１＋ｌ２)/２計(jì)算求得孔心距ａ的大小.間接測量的精度通常比直接測量的精度低.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

２.按測量值是否為被測幾何量的整個(gè)量值分類(１)絕對測量法絕對測量法是指計(jì)量器具顯示的示值就是被測幾何量的整個(gè)量值.例如用游標(biāo)卡尺、千分尺測軸徑或孔徑的大小.(２)相對測量法相對測量法是指計(jì)量器具顯示的示值為被測幾何量相對于標(biāo)準(zhǔn)量的差值.被測幾何量值為標(biāo)準(zhǔn)量與該示值之代數(shù)和.相對測量法的測量精度比絕對測量法的測量精度高.３.按被測表面是否與測量頭接觸分類(１)接觸測量法接觸測量法是指測量時(shí)計(jì)量器具的測量頭與被測零件表面直接接觸.并有測量力存在的測量.例如.用機(jī)械比較儀測量軸徑.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

(２)非接觸測量法非接觸測量法是指測量時(shí)計(jì)量器具的測量頭不與被測零件表面接觸.例如.用光切顯微鏡測量零件的表面粗糙度.４.按同時(shí)被測的幾何量的多少分類(１)單項(xiàng)測量法單項(xiàng)測量法是指對零件上的某些參數(shù)分別進(jìn)行測量.例如.用不同的專用儀器分別測量齒輪的齒圈徑向跳動(dòng)和公法線長度變動(dòng).(２)綜合測量法綜合測量法是指同時(shí)測量零件上幾個(gè)相關(guān)參數(shù)的綜合結(jié)果.例如.用螺紋量規(guī)可以測量出螺紋的多項(xiàng)參數(shù)的合格性.上一頁下一頁返回第二節(jié)計(jì)量器具與測量方法

５.按測量技術(shù)在機(jī)械制造工藝過程中所起的作用分類(１)主動(dòng)測量法主動(dòng)測量法是指零件在加工過程中對被測幾何量進(jìn)行的測量.它主要應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線上.其測量結(jié)果可直接控制零件的加工過程.主動(dòng)及時(shí)地防止廢品的產(chǎn)生.(２)被動(dòng)測量法被動(dòng)測量法是指在零件加工完畢后所進(jìn)行的測量.其測量結(jié)果僅限于判斷工件是否合格.可用于發(fā)現(xiàn)和剔除廢品.上一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理人類為了認(rèn)識自然與改造自然.需要不斷地對自然界的各種現(xiàn)象進(jìn)行測量和研究.由于實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的不完善.周圍環(huán)境的影響.以及受人們認(rèn)識能力所限等.測量和實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)和被測量的真值之間.不可避免的存在著差異.這在數(shù)值上即表現(xiàn)為誤差.隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展和人們認(rèn)識水平的不斷提高.雖可將誤差控制得愈來愈小.但終究不能完全消除它.一、測量誤差及其產(chǎn)生的原因所謂測量誤差.就是被測量的測得值與被測量的真值之間的差異.用公式表示為:下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

式中:δ———測量誤差.ｘ———被測量的測得值.ｘ０———被測量的真值.測量誤差可用絕對誤差表示.也可用相對誤差表示.上式所表示的即為絕對誤差.而相對誤差為當(dāng)被測量的量值相等或相近時(shí).絕對誤差的大小可反映測量的精確程度.當(dāng)被測量的量值相差較大時(shí).則用相對誤差較為合理.在長度測量中.相對誤差應(yīng)用較少.通常所說的測量誤差.一般是指絕對誤差.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

二、測量誤差的來源在測量過程中.產(chǎn)生測量誤差的因素很多.可歸納為以下幾個(gè)方面.(１)計(jì)量器具誤差.計(jì)量器具誤差是指計(jì)量器具本身所存在的誤差而引起的測量誤差.具體地說.是由于計(jì)量器具本身的設(shè)計(jì)、制造以及裝配、調(diào)整不準(zhǔn)確而引起的誤差.一般可用計(jì)量器具的示值誤差或不確定度來表示.(２)方法誤差.方法誤差是指測量方法不完善所引起的誤差.例如.測量方法選擇不當(dāng)、工件安裝不合理、計(jì)算公式不精確、采用近似的測量方法或間接測量方法等造成的誤差.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

(３)環(huán)境誤差.環(huán)境誤差是指由于各種環(huán)境因素與規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的測量裝置和被測量本身的變化所造成的誤差.如濕度、溫度、振動(dòng)、氣壓和灰塵等環(huán)境條件不符合標(biāo)準(zhǔn)條件所引起的誤差.其中以溫度對測量結(jié)果的影響最大.在長度計(jì)量中.規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)溫度為２０℃.(４)人員誤差.人員誤差是指由于測量者受分辨能力的限制.因工作疲勞引起的視覺器官的生理變化.固有習(xí)慣引起的讀書誤差.以及精神上的因素產(chǎn)生的一時(shí)疏忽等所引起的誤差.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

三、測量誤差的分類測量誤差按其性質(zhì)可分為三類.即系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差.１.系統(tǒng)誤差在同一條件下.多次測量同一量值時(shí).測量誤差絕對值的大小和符號保持不變.或在條件改變時(shí).按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差.系統(tǒng)誤差有定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差兩種.例如使用零位失準(zhǔn)的千分尺測量工件.對每次測量結(jié)果的影響都相同.屬于定值系統(tǒng)誤差.在測量過程中.若溫度產(chǎn)生均勻變化.則引起的誤差為線性系統(tǒng)變化.屬于變值系統(tǒng)誤差.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

對于定值系統(tǒng)誤差的消除可用修正值法.即:取其反向值作為修正值.加到測量列的算術(shù)平均值上進(jìn)行反向補(bǔ)償.該定值系統(tǒng)誤差即可被消除.例如.０~２５ｍｍ千分尺兩測量面合攏時(shí)讀數(shù)不為零.而是＋０.００５ｍｍ.用此千分尺測量零件時(shí).每個(gè)測得值都將大＋０.００５ｍｍ.因此.被測量的測量結(jié)果中產(chǎn)生＋０.００５ｍｍ的定值系統(tǒng)誤差.此時(shí)可用修正值－０.００５ｍｍ對每個(gè)測量值進(jìn)行修正.以消除定值系統(tǒng)誤差.對于變值系統(tǒng)誤差的發(fā)現(xiàn).可使用殘余誤差觀察法.殘余誤差觀察法是將殘余誤差按測量順序排列.然后觀察它們的分布規(guī)律:若殘余誤差大體上呈正、負(fù)相間出現(xiàn)且無顯著變化規(guī)律.則不存在變值系統(tǒng)誤差.如圖２－１５(ａ)所示.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

若殘余誤差按近似的線性規(guī)律遞增或遞減.且在測量開始與結(jié)束時(shí)誤差符號相反.則可判定存在線性變值系統(tǒng)誤差.如圖２－１５(ｂ)所示.若殘余誤差的符號有規(guī)律地逐漸由正變負(fù).再由負(fù)變正.且循環(huán)交替重復(fù)變化.則可判定存在周期性變值系統(tǒng)誤差.如圖２－１５(ｃ).對于線性系統(tǒng)誤差的消除可采用對稱法.對于周期性系統(tǒng)誤差的消除可采用半周期法.２.隨機(jī)誤差在同一測量條件下.多次測量同一量值時(shí).測量誤差絕對值和符號以不可預(yù)定的方式變化著的誤差稱為隨機(jī)誤差.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

例如.儀器儀表中零部件配合的不穩(wěn)定性、零部件的變形、零件表面油膜不均勻及摩擦等引起的示值不穩(wěn)定.隨機(jī)誤差是不可避免的.對每一次具體測量來說隨機(jī)誤差無規(guī)律可循.但對于多次重復(fù)測量來說.誤差出現(xiàn)的整體是服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律的.隨機(jī)誤差的分布規(guī)律及其特性:大量實(shí)驗(yàn)表明.隨機(jī)誤差符合正態(tài)分布規(guī)律.正態(tài)分布曲線如圖２－１６所示.橫坐標(biāo)表示隨機(jī)誤差δ.縱坐標(biāo)表示概率密度ｙ.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

３.粗大誤差超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差稱為粗大誤差.此誤差值較大.明顯歪曲測量結(jié)果.如測量時(shí)對錯(cuò)了標(biāo)志、讀錯(cuò)或記錯(cuò)了數(shù)、使用有缺陷的儀器以及在測量時(shí)因操作不細(xì)心而引起的過失性誤差等.如已存在粗大誤差.應(yīng)予以剔除.常用的方法為.當(dāng)>３σ時(shí).測得值ｘｉ就含有粗大誤差.應(yīng)予以剔除.３σ即作為判斷粗大誤差的界限.此方法稱３σ準(zhǔn)則.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

四、測量精度的分類反映測量結(jié)果與真值接近程度的量.稱為精度.它與誤差的大小相對應(yīng).因此可用誤差大小來表示精度的高低.誤差小則精度高.誤差大則精度低.為了反映系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差的區(qū)別及其對測量結(jié)果的影響.可將精度進(jìn)一步分類為精密度、正確度和準(zhǔn)確度.１.精密度反映測量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度.若隨機(jī)誤差小.則精密度高.上一頁下一頁返回第三節(jié)測量誤差和數(shù)據(jù)處理

２.正確度反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度.若系統(tǒng)誤差小.則正確度高。３.精確度反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差綜合的影響程度.若系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都小.則準(zhǔn)確度高.2.3.5直接測量列的數(shù)據(jù)處理對測量結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處