互换性第3长度测量基础(讲稿)ppt

2020/1/71/94BasisofTechnicalMeasurement第3章测量技术基础第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/72/94本章学习内容3.3测量方法3.4测量误差3.2测量单位3.1测量的概念第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/73/943.1.1测量(measurement)3.1测量的概念ConceptsaboutMeasurement测量是指将被测量与作为测量单位的标准量进行比较求比值，从而确定被测量的实验过程。■测量方程式uLquqL或L——被测量u——计量单位q——比值第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/74/94用钢板尺测量长度第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/75/94用游标卡尺测量直径第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/76/94■测量的四要素●测量对象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。技术测量的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。dLα第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/77/94●测量单位我国采用国际计量单位制，常用的计(测)量单位有：用来实现测量比较过程的测量单位借助于测量器具来体现，它们是从相应的基准通过一定的技术手段传递到测量器具上的。长度：米(m)——基本单位毫米(mm)、微米(μm)、纳米(nm)——常用单位角度：弧度(rad)——基本单位度(°)、分(′)、秒(″)——常用单位第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/78/94●测量方法广义的测量方法指的是测量原理、测量器具和测量条件(环境和操作者等)的总和。一般意义的测量方法通常是指被测量与标准量比较的方法。●测量精度(误差、结果)测量精度表示测量结果与真值的一致程度，通常以某种形式的测量误差来表示。由于任何测量都不可避免地存在测量误差，因此对于每个测量结果都应给出测量误差范围(必要时还要给出置信概率)。不考虑测量误差的测量结果是没有意义的。例：mm95.19xmm02.095.19x95%)mm(P003.0987.19x第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/79/943.1.2检验(inspection)无需测出被测对象的具体数值即可判断其是否合格的实验过程。轴用光滑极限量规孔用光滑极限量规螺纹量规测量与检验统称为检测。测量属于定量检测，检验属于定性检测。3.1.3检测第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/710/943.1.4几何量测量技术的发展史●商朝→→象牙尺●秦朝→→统一了度量衡●西汉→→铜制卡尺●19世纪中叶→→游标卡尺(0.02mm)为了读数方便，有的游标卡尺上装有测微表头。带表游标卡尺电子数显卡尺具有非接触性电容式测量系统，由液晶显示器显示，电子数显卡尺测量方便。电子数显卡尺第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/711/94游标量具实物第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/712/943.1.4几何量测量技术的发展史●20世纪初叶→→--螺旋测微类量具--千分尺(几个μm)千分尺是应用螺旋副的传动原理，将角位移变为直线位移。千分尺读数举例外径千分尺实物第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/713/943.1.4几何量测量技术的发展史●20世纪三、四十年代→→机械量仪、光学量仪、工具显微镜、光波干涉仪等(1μm)机械量仪(1)百分表百分表是应用最广的机械量仪。百分表第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/714/94双面百分表深度百分表大量程百分表百分表实物第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/715/94机械量仪(2)内径百分表内径百分表是一种用相对测量法测量孔径的常用量仪，特别适合于测量深孔。内径百分表内径百分表、内径千分表实物第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/716/94机械量仪(3)杠杆百分表杠杆百分表又称靠表。杠杆百分表第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/717/94机械量仪(4)扭簧比较仪是利用扭簧作为传动放大机构，将测量杆的直线位移转变为指针的角位移。扭簧比较仪第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/718/94光学量仪光学量仪是利用光学原理制成的量仪，在长度测量中应用比较广泛的有光学计、测长仪等。(1)立式光学计立式光学计是利用光学杠杆放大作用将测量杆的直线位移转换为反射镜的偏转，使反射光线也发生偏转，从而得到标尺影像的一种光学量仪。立式光学计第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/719/94光学量仪(2)万能测长仪是一种精密量仪，它是利用光学系统和电气部分相结合的长度测量仪器。万能测长仪第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/720/943.1.4几何量测量技术的发展史●20世纪五、六十年代→→电感比较仪、电容比较仪等(0.1μm)电动量仪电感测微仪是一种常用的电动量仪。它是利用磁路中气隙的改变，引起电感量相应改变的一种量仪。数字式电感测微仪工作原理电感测微仪第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/721/943.1.4几何量测量技术的发展史●20世纪七十年代→→激光干涉仪(0.01μm)第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/722/942.1.4几何量测量技术的发展史●20世纪末→→隧道显微镜、高精度电容测微仪等(nm)STM隧道显微镜(STM)实物照片石墨三维图像用隧道显微镜(STM)观察石墨原子排列第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/723/94●现代多功能、高精度、自动化测量仪器3.1.4几何量测量技术的发展史第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/724/943.2测量单位UnitsofMeasurement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。我国采用国际单位制单位，长度基准是“米”(m)，角度基准是“弧度”(rad)。本节主要讨论长度基准。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/725/943.2.1长度基准(“米”的定义)■国际米原器——实物基准“米”的最初定义是法国于1791年定义的，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。1889年在法国巴黎召开了第1届国际计量大会，从国际计量局订制的30根铂铱合金米尺中，选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺(称之为“国际米原器”)，规定“1米就是米原器在0℃时两端的两条刻线间的距离”。国际米原器的不确定度为1.1×10–7(0.1μm)。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/726/94■Kr86辐射波长——自然基准1960年第11届国际计量大会对米定义：“米”等于Kr86在2p10~5d5之间能级跃迁时，辐射光真空波长的1650763.73倍，使米成为自然基准，取消了铂铱合金米原器。(不确定度为4×10-9)1983年第17届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米”是光在真空中在1/299792458s的时间间隔内行进路程的长度。■光速(时间法/频率法/辐射法)——自然基准米的定义主要采用稳频激光器来复现，具有极好的稳定性和复现性，使米定义和基准实现了独立。我国自主研制的稳频633nm激光器的不确定度为2.5×10-11。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/727/943.2.2长度量值传递系统为保证测量的准确、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。量值传递系统是指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，以保证被测对象所测得的量值准确一致的工作系统。长度量值的传递系统是沿两条路线进行的：●线纹量具●端面量具第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/728/94●线纹量具线纹尺:用金属或玻璃制成的、表面上准确地刻有等间距平行线的长度测量和定位元件，也称刻线尺。线纹尺的线条间距一般为1毫米或0.1毫米。线纹尺可分为基准线纹尺、标准线纹尺和工作线纹尺。基准线纹尺和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中作为测量元件。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/729/94●端面量具量块第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/730/94第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/731/943.2.3量块(gaugeblock)的基本知识量块分为长度量块和角度量块两种(以下仅介绍长度量块)。量块用耐磨材料(铬锰钢等，具有符合要求的线胀系数、硬度、尺寸稳定性)制成，横截面为矩形，并具有一对相互平行测量面的实物量具。参照：GB/T6093-2001几何量技术规范(GPS)长度标准量块lcl研合辅助体表面20■主要技术参数●量块长度l●量块中心长度lc●量块标称长度ln●任意点的量块长度相对于标称长度的偏差e●量块长度变动量V●平面度误差fd●研合性第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/732/94它有两个测量面和四个非测量面。两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作长度，称为标称长度(量块上标出的长度)。从量块一个测量面上任意点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块长度Li。从量块一个测量面中心点到与这个量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度。L4L3L2L量块L1平晶■主要技术参数第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/733/94■可研合性和成套性量块表面之间因分子力的作用可相互粘合在一起，称为可研合性。因此，量块通常成套制造、使用，根据需要可从其中选取若干量块，研合在一起后即可组合成各种不同的基准长度。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/734/94国家标准推荐的成套量块的组合尺寸第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/735/94■量块的精度量块按制造时所允许的长度极限偏差和长度变动量分为6级：00、0、1、2、3、K量块的精度有“级”和“等”两种。高低●按制造精度分“级”长度极限偏差——反映制造时量块长度的准确性长度变动量——反映两测量面的平行性，影响可研合性若按“级”使用量块，则应以标称长度作为其工作尺寸，同时应将该尺寸制造时的长度极限偏差作为该尺寸的误差。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/736/94摘自几何量技术规范(GPS)长度标准量块GB/T6093-2001第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/737/94量块按“级”制造出来后，为充分体现其作为长度基准的精度，可对其长度再进行测量，根据长度测量不确定度和长度变动量分为5“等”：1、2、3、4、5高低●按检定测量精度分“等”长度测量不确定度——反映量块长度的实测准确性长度变动量——反映两测量面的平行性，影响可研合性量块检定测量成“等”后使用时，应以测量后的实际中心长度作为其工作尺寸，同时应将检定测量时的测量极限误差作为该尺寸的误差。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/738/94■量块的组合一般来说，按“等”使用量块比按“级”使用精度高。例：用91块一套的量块组合37.867mm的量块组。37.867—1.007(第1块)————————36.86—1.36(第2块)————————35.5—5.5(第3块)————————30(第4块)为减小累积误差，应选用最少的块数组合量块组。第3章测量技术基础机械工程学院2020/1/739/94■量块使用的注意事项1.量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。2.使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损伤，影响其粘合性。3.分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。4.所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度与环境温度相同后方可使用。5.轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。6.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。7.使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上