(李婷)长度计量基础知识培训讲义

1目录第一章长度计量概述...........................................................................................................................................1第一节长度计量的任务和内容...........................................................................................................................1第二节长度计量的单位.......................................................................................................................................1第三节长度计量的基准、标准、量值传递及计量检定系统表........................................................................2第四节长度计量仪器的分类...............................................................................................................................3第五节长度计量器具的维护保养.......................................................................................................................4第六节长度计量技术的发展...............................................................................................................................5第二章长度测量基础...........................................................................................................................................6第一节测量的基本概念.......................................................................................................................................6第二节测量误差的基本概念...............................................................................................................................7第三节计量器具的基本计量特性.......................................................................................................................9第四节长度测量的几项基本原则.....................................................................................................................10第五节长度计量的一般测量程序.....................................................................................................................15第三章长度计量常用计量器具.........................................................................................................................17第一节通用量具.................................................................................................................................................17第二节常用光学计量仪器.................................................................................................................................18第三节气动量仪.................................................................................................................................................35第四节电动量仪.................................................................................................................................................361第一章长度计量概述第一节长度计量的任务和内容长度计量(又称几何量计量)是一项历史悠久、基础性很强的技术。长度计量与人们生活、生产活动、国民经济各个部门、科学技术各个领域有着十分密切的联系。在日常生活中，做衣服要用尺子量体裁衣，盖房要丈量土地；在工业生产中，长度计量是保证加工零件的尺寸和形状符合设计要求，保证装配的零部件和整机达到质量指标的技术手段；科学的进步更离不开长度计量，许多科学实验往往是通过长度计量来获得实验结果的。如研究宏观世界，测量天体间距离；研究微观世界，测量分子结构等。长度计量的重要任务是：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，以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。长度计量按其测量对象来分，可包括以下几个方面的内容：(1)长度尺寸——如端度、轴孔直径、坐标尺寸、线纹间尺寸、箱体结构尺寸等；(2)角度一-如平面角(斜率等)、圆分度、空间位置角(如两轴交错的夹角)；锥度等；(3)表面形状和位置——平面度、直线度、圆度、垂直度、平行度等；(4)表面粗糙度(微观不平度)和波度；(5)齿轮、螺纹、花键及各类加工刀具等的各种工程参量。第二节长度计量的单位几何量表征物体的大小、长短、形状和位置，其基本参量是长度和角度。长度的单位是“米”(m)。角度量分为平面角和立体角，其单位分别为弧度(tad)和球面度(sr)。“米”的倍数单位和分数单位按SI规定，是在“米”前加十进制词头构成。如常用单位有毫米(mm)、微米(μm)、千米(km)等。平面角在日常应用中，保留使用以度(°)、[角]分(′)、[角]秒(″)为单位的60进制。它们与弧度的换算关系为1°(π／180)rad.1′=(π／10800)rad，1″(π／648000)rad。“米”定义为：“光在真空中于(1/299792458)s时间间隔内所经路径的长度”。国际计量委员会推荐了三种实现这个新定义的方法，即时间法、频率法和辐射波长法。它们都是建立在真空中光速c为确定值(即c=299792458m／s)的基础上，而当前主要实现途径是以辐射稳定波长的激光为基准。长度计量单位的特点：(1)基本性长度单位“米”在SI中被列为第一个基本单位，许多导出单位都含有长度单位因子，如：速度(m／s)、密度(kg／m3)、磁场强度(A／m)等，因此不少导出单位计量基准的准确度在很大程度上取决于长度单位量值的准确度。(2)多维性物体的形状和位置都可以用坐标空间(如三维空间)中的若干点表示。但用若干点的坐标值来表示某些物体的几何特性会十分烦琐，所以，为了简化，在几何量中除了使用长度和角度两个基本参量外，还必须引入一些工程参量，如锥度、渐开线、螺旋线等。这些参量都是多维的复合参量，又称之为工程参量。(3)广泛性几何量是客观世界中最广泛的物质形态，绝大部分物理量(如力学、热学、电磁学的一些量等)都是以几何量信息的形式进行定量描述的。2第三节长度计量的基准、标准、量值传递及计量检定系统表计量工作的基本任务之一，就是保证量值的准确一致。为此，必须做好两项工作：一是建立国家基准(包括国家[计量]基准、副[计量)基准。工作[计量]基准)和计量标准，这是统一量值的物质基础；二是为了使“标准长度单位量值”能够准确地传递到生产、科研工作中去，必须在管理上和技术上建立全国统一的科学的量值传递体系。(1)长度计量基准长度计量基准是用以复现和保存计量单位米的量值，经国家鉴定并批准，作为统一全国量值最高依据的计量器具。为了实现全国量值的统一，必须建立用以复现、保存单位量值的基准器，这就是国家计量基准器。国家计量基准器是体现计量单位量值、具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具，经国家检定合格后，作为全国计量单位量值的最高依据。因此作为国家计量基准器应包含下列内容：第一、国家计量基准器是根据物理量基本单位的定义复现并保存单位量值的计量器具，第二，国家计量基准器应具有高稳定性、可复制性和可比较性，它所复现的单位量值应具有现代科学技术所能达到的最高准确度；第三、国家计量基准器的职能是统一全国计量单位量值的最高依据；第四、国家计量基准器的建立应按一定的法制程序进行，即待建立的国家计量基准器应接受国家鉴定，经鉴定合格后由国家正式批准使用，因此国家计量基准器具有法制性效能。早在六十年代初，我国就已建立了复现米定义的氪—86光波波长装置，其复现精度达到了±1×10-8的国际水平。这一长度基准的建立，为我国长度量值的统一奠定了物质基础。为了保证国家摹准经常处于良好的工作状态，不致因使用频繁而降低应有精度或受损坏，从而影响担负统一全国量值的职能，还必须建立副基准器和工作基准器。副基准器是通过直接或间接与国家基准器比对来确定其量值的计量器具。我国已建立的长度副基准器有氪-86的其它谱线、汞-198光源、镉-114光源及He-Ne激光光源。工作基准器是由国家基准或副基准校准或比对用于检定标准的一种计量器具．长度工作基准一般为实物基准，包括线纹和端度(量块)两类。线纹工作基准有1m石英基准尺，1-1000mm的殷钢基准线纹尺及1—200mm的石英基准线纹尺．量块工作基准是0.5—100mm基准组量块。工作基准与副基准，国家基准的校准、比对需要计量仪器，如量块激光干涉仪、柯氏光波干涉仪、氦氖激光干涉比长仪等，这种用于基准比对的标准计量仪器称为基准仪器。角度的基准器是多齿分度台、多面棱体和度盘检定装置，由于圆分度具有封闭性，所以它们既是实物基准同时又具有自然基准的特征。(2)长度计量标准长度计量标准是按国家规定的准确度等级，实际用于长度检定工作的计量器具。如端度实物标准器是量块。量块按使用要求，其精度分为1，2，3，4，5，等。线纹标准器有标准线纹米尺、200mm短标尺等。角度实物标准是端面角度标准——正多面棱体，角度块；线纹角