测量技术基础知识培训课件.ppt

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1、测量技术基础知识培训, 测试是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（在规定范围内）的过程，一般来说就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程，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。 计量为实现测量单位的统一和量值准确可靠的测量。,测 量 技 术 基 础, 测量基准是复现和保存计量单位并具有规定计量单位特性的计量器具。在几何量计量领域内，测量基准可分为长度基准和角度基准两类。,测 量 技 术 基 础, 长度基准 1983年第十七届国际计量大会根据国际计量委员会的报告，批准了米的新定义：即“一米是光在真空

2、中在1299 792 458秒时间间隔内的行程 图11 长度计量检定系统表（简化）“长度”。根据米的定义建立的国家基准、副基准和工作基准，一般都不能在生产中直接用于对零件进行测量。为了确保量值的合理和统一，必须按国家计量检定系统的规定，将具有最高计量特性的国家基准逐级进行传递，直至用于对产品进行测量的各种测量器具。图11为长度（端度）计量检定系统表（简化）。,测 量 技 术 基 础, 角度基准角度量与长度量不同。由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角等于360，而弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此无需建立角度的自然基准,测 量 技 术 基 础,测 量 技 术 基 础,量块是一种

3、平行平面长度量具，又称块规。它是保证长度量值统一的重要常用实物量具。除了作为工作基准之外，量块还可以用来调整仪器、机床或直接测量零件。一般特性：量块是以其两端面之间的距离作为长度的实物基准（标准），是一种单值量具，其材料与热处理工艺应满足量块的尺寸稳定、硬度高、耐磨性好的要求。通常都用铬锰钢、铬钢和轴承钢制成。其线胀系数与普通钢材相同，即为（11.51）106 /，尺稳定性约为年变化量不超出0.51mm。,测 量 技 术 基 础,结构：绝大多数量块制成直角平行六面体(长方体)，如图12所示；也有制成20的圆柱体。每块量块都有两个表面非常光洁、平面度精度很高的平行平面，称为量块的测量面（或称工作

4、面）。量块长度（尺寸）是指量块的一个测量面上的一点至与量块相研合的辅助体（材质与量块相同）表面（亦称辅助表面）之间的距离。为了消除量块测量面的平面度误差和两测量面间的平行度误差对量块长度的影响，将量块的工作尺寸定义为量块的中心长度，即两个测量面的中心点的长度。,测 量 技 术 基 础,测 量 技 术 基 础,3,30,下测量面,量块结构,标称尺寸,上测量面,上测量面,精度：量块按其制造精度分为五个“级”：00、0、1、2和3级。00级精度最高，3级最低。分级的依据是量块长度的极限偏差和长度变动量允许值。量块生产企业大都按“级”向市场销售量块，此时用户只能按量块的标称尺寸使用量块，这样必然受到量

5、块中心长度实际偏差的影响，将反制造误差带入测量结果。 在量值传递工作中，为了消除量块制造误差对测量的影响，常常按量块检定后得到的实际尺寸使用。各种不同精度的检定方法可以得到具有不同测量不确定度的量块，并依此划分量块的等别，如图11所示。检定后的量块可得到每量块的中心长度的实际偏差，显然同一套量块若按“等”(共1等、2等、3等、4等、5等五个等级，其中数字越大越低)使用可以得到更高的测量精度（较小的测量不确定度）。但由于按“等”使用比较麻烦，且检定成本高，固在生产现场仍按“级”使用。,测 量 技 术 基 础,使用：单个量块使用很不方便，故一般都按序列将许多不同标称尺寸的量块成套配置，使用时根据需

6、要选择多个适当的量块研合起来使用。通常，组成所需尺寸的量块总数不应超过四块。例如，为组成89.765mm的尺寸，可由成套的量块中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块组成，即 89.765 所需尺寸 ) 1.005 第一块 88.76 ) 1.26 第二块 87.5 ) 7.5 第三块 80 第四块,测 量 技 术 基 础,注意事项：量块在使用过程中应注意以下几点：量块必须在使用有效期内，否应及时送专业部门检定。所选量块应先放入航空汽油中清洗，并用洁净绸布将其擦干，待量块温度与环境湿度相同后方可使用。使用环境良好，防止各种腐蚀性物质对量块的损伤及因工作面上的灰尘而划伤工作面，影响其研合

7、性, 。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。使用完毕应，先用航空汽油清洗量块，并擦干后涂上防锈脂放入专用盒内妥善保管,测 量 技 术 基 础,测量过程包括四个要素测量对象主要指机械几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、及形位公差等。测量单位公制基本单位为米（m),机械制造中常用公制长度单位为毫米（mm)。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总和。测量精度测量结果与真值的接近程度。,测 量 技 术 基 础,测量方法分类直接测量和间接测量接触测量和非接触测量单项测量和综合测量绝对测量和相对测量主动测量和被

8、动测量,测 量 技 术 基 础,直接测量和间接测量从测量器具的读数装置上直接得到被测量的数值或对标准值的偏差称直接测量。如用游标卡尺、外径千分尺测量轴径等。通过测量与被测量有一定函数关系的量，根据已知的函数关系式求得被测量的测量称为间接测量。如通过测量一圆弧相应的弓高和弦长而得到其圆弧半径的实际值。,测 量 技 术 基 础,接触测量和非接触测量测量器具的测头与被测件表面接触并有机械作用的测力存在的测量为接触测量。如工具显微镜投影仪等测量即属于非接触测量。,测 量 技 术 基 础,单项测量和综合测量对个别的、彼此没有联系的某一单项参数的测量称为单项测量。同时测量个零件的多个参数及其综合影响的测量

9、称为综合测量。用测量器具分别测出螺纹的中径、半角及螺距属单项测量；而用螺纹量规的通端检测螺纹则属综合测量。,测 量 技 术 基 础,绝对测量和相对测量测量器具的示值直接反映被测量量值的测量为绝对测量。用游标卡尺、外径千分尺测量轴径是绝对测量。将被测量与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量为相对测量。如用内径百分表测量孔径为相对测量。,测 量 技 术 基 础,主动测量和被动测量产品加工完成后的测量为被动测量；正在加工过程中的测量为主动测量。被动测量只能发现和挑出不合格品。而主动测量可通过其测得值的反馈，控制设备的加工过程，预防和杜绝不合格品的产生。,测 量 技 术 基 础,测量误差:由于测量过

10、程的不完善而产生的测量误差，将导致测得值的分散入不确定。因此，在测量过程中，正确分析测量误差的性质及其产生的原因，对测得值进行必要的数据处理，获得满足一定要求的置信水平的测量结果，是十分重要的。测量误差定义：被测量的测得值x与其真值x 0之差，即：= x x 0由于真值是不可能确切获得的，因而上述善于测量误差的定义也是理想要概念。在实际工作中往往将比被测量值的可信度（精度）更高的值，作为其当前测量值的“真值”。,测 量 技 术 基 础,测量误差:由于测量过程的不完善而产生的测量误差，将导致测得值的分散入不确定。因此，在测量过程中，正确分析测量误差的性质及其产生的原因，对测得值进行必要的数据处理

11、，获得满足一定要求的置信水平的测量结果，是十分重要的。测量误差定义：被测量的测得值x与其真值x 0之差，即：= x x 0由于真值是不可能确切获得的，因而上述善于测量误差的定义也是理想要概念。在实际工作中往往将比被测量值的可信度（精度）更高的值，作为其当前测量值的“真值”。,测 量 技 术 基 础,误差来源：测量误差主要由测量器具、测量方法、测量环境和测量人员等方面因素产生。测量器具：测量器具设计中存在的原理误差，如杠杆机构、阿贝误差等。制造和装配过程中的误差也会引起其示值误差的产生。例如刻线尺的制造误差、量块制造与检定误差、表盘的刻制与装配偏心、光学系统的放大倍数误差、齿轮分度误差等。其中最

12、重要的是基准件的误差，如刻线尺和量块的误差，它是测量器具误差的主要来源。测量方法：间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后的误差累积。,测 量 技 术 基 础,测 量 技 术 基 础,测量环境：测量环境主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。在一般测量过程中，温度是最重要的因素。测量温度对标准温度（20）的偏离、测量过程中温度的变化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差。温度误差的计算：当工件的温度不同地标准温度20时，其长度尺寸可用下式计算： Lt=L0+L0(t-20)Lt工件在温度t 时的长度L0工件在温度为20时的长度 t-工件的温度 工件的线

13、膨胀系数,测 量 技 术 基 础,例1：有一钢制件，图样长度尺寸为100mm，当温度为30时，该工件的长度应是多少（钢件=1210-6/）解： Lt=L0+L0(t-20) L0=100 t=30 =1210-6 Lt=100+100（30-20）1210-6 =100+0.012 =100.012（mm）,测 量 技 术 基 础,温度误差的计算：使用计量器具进行长度测量时，如果工件温度和测量器具温度不同时，且不等于标准温度20时，其长度尺寸可用下式计算： L=L0(t1-20) 1+ (t2-20) 2L温度引起的长度变化L0工件在温度为20时的长度 t1-工件的温度 t2计量器具的温度 1

14、工件的线膨胀系数 2计量器具的线膨胀系数,测 量 技 术 基 础,例2：有一长度为200mm的铝制件，在温度为30时用钢制百分尺测量，该工件的长度应是多少（铝件1=2410-6/，钢2=1210-6/）解：先求出温度误差 L=L0(t1-20) 1- (t2-20) 2 L0=200 t1=30 1=2410-6 t2=30 2=1210-6 L=L0(t1-20) 1- (t2-20) 2 =200 (30-20) 2410-6- (30-20) 1210-6 =200 12010-6 =0.024(mm)在温度为30时工件尺寸应为: Lt=L0+ L=200+0.024=200.024(m

15、m),测 量 技 术 基 础,测量人员：测量人员引起的误差主要有视差、估读误差、调整误差等引起，它的大小取决于测量人员的操作技术和其它主观因素。,误差分类：测量误差按其产生的原因、出现的规律、及其对测量结果的影响，可以分为系统误差、随机误差和粗大误差。系统误差：在规定条件下，绝对值和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。其中绝对值和符号不变的系统误差为定值系统误差，按一定规律变化的系统误差为变值系统误差。如量块的误差、刻线尺的误差、度盘偏心的误差。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除。,测 量 技 术 基 础,误差分类：随机误差：在规定条件下，绝对值和符号以不可

16、预知的方式变化的误差，称为随机误差。就某一次测量而言，随机误差的出现无规律可循，因而无法消除。但若进行多次等精度重复测量，则与其它随机事件一样具有统计规律的基本特性，可以通过分析，估算出随机误差值的范围。随机误差主要由温度波动、测量力变化、测量器具传动机构不稳、视差等各种随机因素造成，虽然无法消除，但只要认真、仔细地分析产生的原因，还是能减少其对测量结果的影响。,测 量 技 术 基 础,误差分类：粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差，称为粗大误差。粗大误差是由某种非正常的原因造成的。如读数错误、温度的突然大幅度变动、记录错误等。该误差可根据误差理论，按一定规则予以剔除。,测 量 技 术 基

17、础,基本测量原则在实际测量中，对于同一被测量往往可以采用多种测量方法。为减小测量不确定度，应尽可能遵守以下基本测量原则：1、阿贝原则：要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则。若被测长度与基准长度并排放置，在测量比较过程中由于制造误差的存在，移动方向的偏移，两长度之间出现夹角而产生较大的误差。误差的大小除与两长度之间夹角大小有关外，还与其之间距离大小有关，距离越大，误差也越大。,测 量 技 术 基 础,阿贝原理 长度测量时需要计量器具的测量头或量臂移动，如游标卡尺、千分尺，其活动部件移动方向的正确性通常靠导轨保证。导轨的制造与安装误差 (如直线度误差及配合处的间隙)会造成移动

18、方向的偏斜。为了减小这种方向偏斜对测量结果的影响，1890年德国人艾恩斯特阿贝 (Ernst Abbe)提出了以下指导性原则:在长度测量中，应将标准长度量(标准线)安放在被测长度量 (被测线)的延长线上。这就是阿贝原理。也就是说，量具或仪器的标准量系统和被测尺寸应成串联形式。若为并联排列，则该计量器具的设计，或者说其测量方法原理不符合阿贝原则。游标卡尺便是这样，会因此产生较大的误差，可称阿贝误差。万能测长仪的测量头是按阿贝测长原则设计的，常称阿贝测长头。千分尺的结构，若忽略读数装置的直径，也符合阿贝测长原则。 测量仪器按不按阿贝测长原则设计，所产生的测量误差差别较大，应用阿贝测长原则，可以显著

19、减少测量头移动方向偏差对测量结果的影响，因此阿贝测长是精密测量中非常重要的原则。在评定量仪或拟定长度测量方案时必须首先给以考虑。若由于结构上的原因 (如在大尺寸测量中)，阿贝测长原则难以实现 (譬如工作台、床身要求太长等)时应该采取其他有效措施以减少、甚至消除这种测量原理方面产生的误差。,测 量 技 术 基 础,阿贝原理 :1.如果要使计量器具得出正确的测量结果，则必须将计量器具的标尺安装在被测件测量中心线的延长线上，这一原则就叫阿贝原则。违反阿贝原则所产生的误差叫阿贝误差。2.百分表、千分尺的测杆和被测物处在一条直线上，故它们符合阿贝原则。游标卡尺的标准尺（标记面）与被测物不在一条直线上，而

20、处于偏离位置，故不符合阿贝原则。当卡尺量爪越长，形成的夹角越大，产生误差也越大。,测 量 技 术 基 础,测 量 技 术 基 础,基本测量原则2、基准统一原则：测量基准要与加工基准和使用基准统一。即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终检测量应以设计基准作为测量基准。,测 量 技 术 基 础,基本测量原则3、最短链原则：在间接测量中，与被测量具有函数关系的其它量与被测量形成测量链。形成测量链的环节越多，被测量的不确定度越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测量精度，称之为最短链原则。当然，按此原则最好不采用间接测量，而采用直接测量。所以，只有在不可能采用直接测量，或直接测量的精度不能保证

21、时,才采用间接测量。应该以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短链原则的一种实际应用。,测 量 技 术 基 础,基本测量原则4、最小变形原则：测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力（重力和测量力）而产生变形，形成测量误差。在测量过程中，控制测量温度及其变动、保证测量器具与被测零件有足够的等温时间、选用与被测零件线胀系数相近的测量器具、选用适当的测量力并保持其稳定、选择适当的支承点等，都是实现最小变形原则的有效措施。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标1、量具的标称值：标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸等。2、刻

22、度：在测量器具上指示出不同量值的刻线标记的组合称为刻度。3、刻度间距：沿着刻线尺（标尺）长度方向所测得的两个相邻刻线标记中心之间的距离称为刻度间距，也称标尺间距。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标4、分度值：两相邻刻线所代表的量值之差称为仪器的分度值。它是一台仪器所能读出的最小单位量值。一般地说，分度值越小，测量器具的精度越高。数字式量仪没有标尺或度盘，而与其相对应的为分辨率。分辨率是仪器显示的最末位数字间隔所代表的被测量值。 5、示值范围：测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围称为示值范围。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标6、测量范围：在允许不确定度

23、内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。测量范围与示值范围的区别在于：测量范围既包括示值范围又包括仪器某些部件的调整范围。如外径百分尺的测量范围有025mm、2550mm、5075mm等，其示值范围则均为25mm。比较仪的测量范围为180mm，其示值范围则为0.1mm(如图13所示)。示值范围与标尺有关，测量范围取决于结构。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标7、量程：测量范围的上限值和下限值之差称为量程。量程大的仪器使用起来比较方便，但仪器的线性误差将随之变大使仪器的准确度下降。8、灵敏度：测量器具对被测量值变化的反应能力称为灵敏度。对于一般长度测量器具，灵敏度

24、等于标尺间距a与分度值I之比，又称放大比或放大位数K，即 K= a / I,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标9、测量力：采用接触法测量时，测量器具的传感器与被测零件表面之间的接触力。测量力及其变动会影响测量结果的精度。因此，绝大多数采用接触测量法的测量器具，都具有测量力稳定机构。10、示值误差：测量器具的示值与被测量的真值之差。例如用百分尺测量轴的直径得读数值为31.675mm，而其真值为31.678mm，则百分尺的示值误差等于31.67531.678=0.003mm.显然，测量器具在不同的示值处的示值误差一般是各不相同的。目前，测量器具的精度大多仍用示值极限误差来表示测量器

25、具示值误差的界限值。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标11、回程误差：是指在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程方向不同时，两示值之差的绝对值。该项误差是由于测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。当要求测量值的显示呈连续的往返性变化时（有连续的正、负值变化），则应选用回程误差较小的测量器具。,测 量 技 术 基 础,测量器具的主要技术性能指标12、测量不确定度：测量不确定度是在测量结果中表达被测量值分散性的参数。由于测量过程的不完善，测得值对真值总是有所偏离，这种偏离又是不确定的，表达这种不确定程度的参数，就称为不确定度。13、修正值：为修正某一测量器具的示值误

26、差而在其检定证书上注明的特定值。它的大小与示值误差的绝对值相等，符号相反。在测量结果中加入相应的修正值后，可提高测量精度。,测 量 技 术 基 础,测量器具的选择1、测量器具应根据被测量物体的测量准确度进行选择.所选用的测量器具的极限误差应不大于被测量物体的极限误差.通常为测量任务公差的1/3-1/10.2、安全裕度(A)器具不确定度(u1)=0.9 A 温度、压陷效应、形状误差等引起的测量不确定度u2 =0.45A A（510）%IT （IT为工件公差）GB3177-82规定：按测量器具不确定度允许值选用测量器具；选择时，应使所选用的测量器具的不确定度应等于或小于标准所规定的u1值（见下表）。,测 量 技 术 基 础,安全裕度及计量器具不确定度允许值,测 量 技 术 基 础,