第五章测量技术基础

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1、第五章第五章 测量技术基础测量技术基础基本内容基本内容概述概述：基本概念、计量单位和长度基准、量值的传递：基本概念、计量单位和长度基准、量值的传递 常用测量方法和测量器具常用测量方法和测量器具：常用测量方法、常用测量常用测量方法、常用测量器具器具 测量误差及数据处理测量误差及数据处理：测量误差及表达式测量误差及表达式 、误差的分、误差的分类类 、误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定误差的来源及减小其影响的措施、测量不确定度、度、测量数据的处理测量数据的处理 光滑工件尺寸的检测光滑工件尺寸的检测：光滑极限量规、验收极限及测：光滑极限量规、验收极限及测量器具的选择、光滑工件的测量量器具的选择、

2、光滑工件的测量第一节第一节 概述概述“测量测量”是以确定量值为目的的全部操作。是以确定量值为目的的全部操作。一、基本概念一、基本概念实质：是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比实质：是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比 值的过程。值的过程。若被测量为若被测量为L L，计量单位为，计量单位为E E，确定的比值为，确定的比值为q q，则测量可表示为则测量可表示为 L=q L=q E E 一个完整的测量过程应包含被测对象、计量单位、测量一个完整的测量过程应包含被测对象、计量单位、测量一个完整的测量过程应包含被测对象、计量单位、测量一个完整的测量过程应包含被测对象、计量单位、测量方法和测量精

3、度四个要素。方法和测量精度四个要素。方法和测量精度四个要素。方法和测量精度四个要素。1.1.被测对象被测对象 主主要要指指几几何何量量。包包括括：长长度度、角角度度、表表面面粗粗糙糙度度、形状和位置误差及螺纹、齿轮的几何参数等。形状和位置误差及螺纹、齿轮的几何参数等。2.2.计量单位计量单位 长度计量单位：米长度计量单位：米(m)(m)毫米毫米(mm)(mm)微米微米(mm)纳米纳米(nm)(nm)角度计量单位：弧度角度计量单位：弧度(radrad)、度、分、秒；、度、分、秒；3.3.测量方法测量方法广义地说，测量方法包括测量原理、测量器具（计广义地说，测量方法包括测量原理、测量器具（计量器具

4、）和测量条件（环境和操作者）的总和。量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。4.4.测量精度测量精度 指测量结果和被测几何量的真值的一致程度；指测量结果和被测几何量的真值的一致程度；测量结果越接近真值，测量精度越高。测量结果越接近真值，测量精度越高。二、计量单位和长度基准二、计量单位和长度基准 我我国国法法定定计计量量单单位位中中，长长度度的的基基本本单单位位名名称称是是“米米”，其单位符号为其单位符号为“m m”。1983198319831983年第年第年第年第17171717届国际计量大会通过的米的定义，规定：届国际计量大会通过的米的定义，规定：届国际计量大会通过的米的定义，规定：届国际

5、计量大会通过的米的定义，规定：“米米米米”是在真空中在是在真空中在是在真空中在是在真空中在1/299792458s1/299792458s1/299792458s1/299792458s的时间间隔内行进的时间间隔内行进的时间间隔内行进的时间间隔内行进路程的长度。路程的长度。路程的长度。路程的长度。三、量值的传递1.1.量块量块（4 4）尺寸：标称尺寸；）尺寸：标称尺寸；（2 2）材料：特殊合金钢；）材料：特殊合金钢；（3 3）形状：正六面体；）形状：正六面体；（1 1）定义：无刻度、截面为矩形的平面平行端面量具；）定义：无刻度、截面为矩形的平面平行端面量具；（5 5）精度等级：）精度等级：按制

6、造精度分为按制造精度分为6 6级：级：0000、0 0、K K、1 1、2 2、3 3级；级；按检定精度分为按检定精度分为6 6等：等：1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、6 6等；等；使用时，使用时，“等等”比比“级级”的测量精度要高。的测量精度要高。1.1.量块（续）量块（续）（6 6）量块的组合应用）量块的组合应用我国成套生产的量块共有我国成套生产的量块共有1717种套别，每套的块数分别为种套别，每套的块数分别为9191、8383、4646、1212、1010、8 8、6 6、5 5等。下表所列为等。下表所列为8383块组块组和和9191块组一套的量块的尺寸系列。块组一套的量块的尺寸

7、系列。消尾法：从所需组合尺寸的最后一位非消尾法：从所需组合尺寸的最后一位非0 0尾数开始，尾数开始，每选择一块量块每选择一块量块至少至少去掉一位尾数。去掉一位尾数。注意注意：为了减少量块组合的累计误差，组合时量块不：为了减少量块组合的累计误差，组合时量块不 超过超过4 4块。块。例：从例：从8383块一套的量块中选取尺寸为块一套的量块中选取尺寸为36.745mm36.745mm的量块组；的量块组；36.745 36.745 所需尺寸所需尺寸 1.005 1.005 第一块量块尺寸第一块量块尺寸35.7435.74 1.24 1.24 1.24 1.24 第二块量块尺寸第二块量块尺寸第二块量块尺

8、寸第二块量块尺寸 34.534.534.534.5 4.5 4.5 4.5 4.5 第三块量块尺寸第三块量块尺寸第三块量块尺寸第三块量块尺寸30.0 30.0 30.0 30.0 第四块量块尺寸第四块量块尺寸第四块量块尺寸第四块量块尺寸（6 6）量块的组合应用（续）量块的组合应用（续）第二节第二节 常用测量方法和测量器具常用测量方法和测量器具 （2 2）间接测量）间接测量 通过测量与被测几何量有函数关系的其他通过测量与被测几何量有函数关系的其他 量，再经过计算得到该被测几何量值。量，再经过计算得到该被测几何量值。1.1.按被测量值是否直接从测量器具获得分：按被测量值是否直接从测量器具获得分：（

9、1 1）直接测量）直接测量 直接从测量器具上获得被测几何量的整直接从测量器具上获得被测几何量的整 个量值。个量值。例如例如：用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比 较仪测量长度尺寸等。较仪测量长度尺寸等。一、常用测量方法（狭义）一、常用测量方法（狭义）（1 1）绝对测量）绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个从测量器具上直接得到被测参数的整个 量值的测量。量值的测量。例如：用游标卡尺测量零件轴径值。例如：用游标卡尺测量零件轴径值。一、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）2.2.按示值是否是被测几何量的整个量值分：按示值是否是被

10、测几何量的整个量值分：（2 2）相对测量）相对测量 计量器具的示值是相对于一致标准量的偏差计量器具的示值是相对于一致标准量的偏差 （比较测量）（比较测量）值，而被测几何量的量值等于该偏差值与标值，而被测几何量的量值等于该偏差值与标 准量值的代数和。准量值的代数和。例如：用内径百分表测孔径。例如：用内径百分表测孔径。一、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）3.3.按测量时计量器具的侧头与被测件表面是否接触分：按测量时计量器具的侧头与被测件表面是否接触分：（1 1）接触测量）接触测量 测量器具的测头与被测表面相接触的测量。测量器具的测头与被测表面相接触的测量。例如：用游标卡尺测

11、量零件轴径值。例如：用游标卡尺测量零件轴径值。（2 2）非接触测量）非接触测量 测量器具的测头不与被测表面相接触测量器具的测头不与被测表面相接触 的测量。的测量。例如：用光切显微镜测量表面粗糙度。例如：用光切显微镜测量表面粗糙度。一、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）4.4.按测量在加工过程中所起的作用分：按测量在加工过程中所起的作用分：（1 1）主动测量）主动测量 在加工过程中进行的测量。在加工过程中进行的测量。（在线测量）作用：控制加工质量，防止废品的产生。（在线测量）作用：控制加工质量，防止废品的产生。（2 2）被动测量）被动测量 加工完后进行的测量。加工完后进行的

12、测量。（离线测量）作用：发现并剔除废品。（离线测量）作用：发现并剔除废品。一、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）5.5.按零件上同时被测参数的多少分类按零件上同时被测参数的多少分类 ：（2 2）综合测量）综合测量 同时对零件上几个相关的不同参数进同时对零件上几个相关的不同参数进 行综合测量。行综合测量。例如：用螺纹量规检验螺纹的作用中径。例如：用螺纹量规检验螺纹的作用中径。（1 1）单项测量）单项测量 分别对不同参数进行单独测量。分别对不同参数进行单独测量。例如：用工具显微镜测量螺纹的螺距、大径、例如：用工具显微镜测量螺纹的螺距、大径、中径、牙型半角等。中径、牙型半角等。

13、综合测量测量效率高，在大批量生产中应用广泛。综合测量测量效率高，在大批量生产中应用广泛。一、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）6.6.按被测工件在测量时所处状态分类按被测工件在测量时所处状态分类 ：（2 2）动态测量）动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头测量时被测零件表面与测量器具测头 处于相对运动状态，处于相对运动状态，例如：用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。例如：用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。（1 1）静态测量静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头测量时被测件表面与测量器具测头 处于静止状态。处于静止状态。例如：用外径千分尺测量轴径。例如：用外径千分尺测量轴径。一

14、、常用测量方法（狭义）（续）一、常用测量方法（狭义）（续）7.7.按测量中测量因素是否变化分类按测量中测量因素是否变化分类按测量中测量因素是否变化分类按测量中测量因素是否变化分类 ：（2 2）不等精度测量）不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的在测量过程中，决定测量精度的 全部因素或条件可能完全改变或全部因素或条件可能完全改变或 部分改变。部分改变。（1 1）等精度测量）等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的在测量过程中，决定测量精度的 全部因素或条件不变。全部因素或条件不变。二、常用测量器具二、常用测量器具（1 1）量具：指以固定形式复现量值的计量器具。）量具：指以固定形式复现量值的计

15、量器具。分为单值量具和多值量具。分为单值量具和多值量具。1.1.1.1.计量器具的分类计量器具的分类计量器具的分类计量器具的分类（2 2）量规：指无刻度的计量器具，用来检验零件）量规：指无刻度的计量器具，用来检验零件 加工的实际尺寸和形位误差综合效果加工的实际尺寸和形位误差综合效果 是否在规定的范围内。是否在规定的范围内。（3 3）量仪：指将被测几何量转换成可直接观测的）量仪：指将被测几何量转换成可直接观测的 指示值或等效信息的计量器具。指示值或等效信息的计量器具。（4 4）测量装置：指为确定被测几何量量值所必需的辅助装置。）测量装置：指为确定被测几何量量值所必需的辅助装置。2.2.测量器具的

16、基本度量指标测量器具的基本度量指标 （1 1）分度值）分度值 测量器具的标尺上，相邻两刻线测量器具的标尺上，相邻两刻线 （刻度值）（刻度值）所所代表代表的量值。的量值。例如：一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的例如：一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的 量值为量值为0.01mm0.01mm，则该测量器具的分度值为，则该测量器具的分度值为0.01mm0.01mm。（2 2）刻度间距）刻度间距 测量器具标尺或刻度盘上两测量器具标尺或刻度盘上两 （分度间距）（分度间距）相邻刻线之间的相邻刻线之间的实际实际距离。距离。为便于读数，一般做成刻线间距为为便于读数，一般做成刻线间距为0.750.75

17、2.5mm2.5mm的的 等距离刻线。等距离刻线。分度值越小，则计量器具的测量精度越高。分度值越小，则计量器具的测量精度越高。2.2.测量器具的技术性能指标（续）测量器具的技术性能指标（续）（4 4）测量范围）测量范围 测量器具所能测量的被测量值的最小值测量器具所能测量的被测量值的最小值 到最大值的范围。到最大值的范围。例如：外径千分尺的测量范围有例如：外径千分尺的测量范围有0 025mm25mm、252550mm50mm等，等，机械式比较仪的测量范围为机械式比较仪的测量范围为0 0180mm180mm，如图所示。，如图所示。（3 3）示值范围）示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最由测

18、量器具所显示或指示的最低值到最 高值的范围。高值的范围。例如：机械式比较仪的示值范围为例如：机械式比较仪的示值范围为-0.1-0.1+0.1mm+0.1mm （或（或0.1mm0.1mm），如图所示。），如图所示。（6 6）示值误差）示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。（5 5）灵敏度）灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为如果被测参数的变化量为LL，引起测量器具示值，引起测量器具示值 变化量为变化量为

19、xx，则灵敏度，则灵敏度S=S=xx/L/L。当分子分母为。当分子分母为 同一类量时，灵敏度又称放大比同一类量时，灵敏度又称放大比K K。2.2.测量器具的技术性能指标（续）测量器具的技术性能指标（续）（7 7）不确定度）不确定度 指由于测量误差的存在而对被测几何量指由于测量误差的存在而对被测几何量 量值不能确定的程度。量值不能确定的程度。不确定度大，则测量精度低。不确定度大，则测量精度低。第三节测量误差及数据处理第三节测量误差及数据处理 由于测得值可能大于或小于真值。，故测量误由于测得值可能大于或小于真值。，故测量误差可能是正值也可能是负值。差可能是正值也可能是负值。一、测量误差种类和产生的

20、原因一、测量误差种类和产生的原因1.1.概念概念 测量值与被测量的真值之间的差异在数值上表现测量值与被测量的真值之间的差异在数值上表现 为测量误差。用绝对误差和相对误差来表示。为测量误差。用绝对误差和相对误差来表示。()绝对误差绝对误差 绝对误差是指被测量的测得值与其真值。之差。绝对误差是指被测量的测得值与其真值。之差。即即 。一、一、测量误差测量误差种类和产生的原因（续）种类和产生的原因（续）2.2.测量误差的来源测量误差的来源 ()计量器具误差计量器具误差 ()标准件误差标准件误差 ()测量方法误差测量方法误差 ()测量环境误差测量环境误差 ()人员误差人员误差 ()相对误差相对误差 指绝

21、对误差指绝对误差的绝对值与被测量真值。之比。的绝对值与被测量真值。之比。故相对误差故相对误差比绝对误差比绝对误差更精确。更精确。一、测量误差种类和产生的原因（续）一、测量误差种类和产生的原因（续）3.3.测量误差的分类和特性测量误差的分类和特性()系统误差系统误差指在相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小指在相同条件下多次重复测量同一量时，误差的大小与符号保持不变或按一定规律变化的误差。与符号保持不变或按一定规律变化的误差。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误差。前者称为定值系统误差，后者称为变值系统误差。（2 2）随机误差）随机误差指在相同条件，多次测量同一量值时，其误差的大小指在相

22、同条件，多次测量同一量值时，其误差的大小和符号以不可预见的方式变化的误差。和符号以不可预见的方式变化的误差。（3 3）粗大误差）粗大误差指明显超出规定条件下预计的误差。指明显超出规定条件下预计的误差。一、测量误差种类和产生的原因（续）一、测量误差种类和产生的原因（续）4.4.测量精度的几个概念测量精度的几个概念（1 1）精密度）精密度指在一定测量条件下连续多次测量所得的测得值之间指在一定测量条件下连续多次测量所得的测得值之间相互接近的程度。相互接近的程度。反映：测量结果中随机误差的影响程度。反映：测量结果中随机误差的影响程度。随机误差小，则精密度高。随机误差小，则精密度高。4.4.测量精度的几

23、个概念（续）测量精度的几个概念（续）（2）正确度正确度反映系统误差的影响程度反映系统误差的影响程度系统误差小，正确度高。系统误差小，正确度高。（3 3）准确度）准确度反映系统误差和随机误差的综合影响程度。反映系统误差和随机误差的综合影响程度。系统误差和随机误差都小，准确度高。系统误差和随机误差都小，准确度高。二、各类测量误差的处理二、各类测量误差的处理2.2.系统误差的处理：系统误差的处理：3.3.粗大误差的处理：粗大误差的处理：1.1.随机误差的处理（自学）随机误差的处理（自学）方法：（方法：（1 1）测量前将计量仪器进行调零；）测量前将计量仪器进行调零；（2 2）加修正值；）加修正值；方法

24、：直接剔除不用。方法：直接剔除不用。第四节第四节 光滑工件尺寸的检测光滑工件尺寸的检测 n n 国家标准国家标准国家标准国家标准极限与配合极限与配合极限与配合极限与配合中测量与检验部分规定了这两中测量与检验部分规定了这两中测量与检验部分规定了这两中测量与检验部分规定了这两种检测方法的国家标准：种检测方法的国家标准：种检测方法的国家标准：种检测方法的国家标准：光滑工件尺寸的检验光滑工件尺寸的检验（GB/T3177GB/T317719971997）光滑极限量规光滑极限量规（GB/T1957GB/T195719811981）一、光滑一、光滑一、光滑一、光滑极限极限极限极限量规量规量规量规 通孔公差孔

25、最小极限尺寸止孔最大极限尺寸轴公差轴最大极限尺寸通轴最小极限尺寸止轴用卡规或环规 孔用塞规孔用塞规 按用途可分为三类：按用途可分为三类：（1 1）工作量规）工作量规 指在加工零件时用来检验工件的量规。指在加工零件时用来检验工件的量规。（2 2）验收量规）验收量规 验收产品是所用的量规。验收产品是所用的量规。（3 3）校对量规）校对量规 用以检验工作量规或验收量规的量规。用以检验工作量规或验收量规的量规。一、光滑极限量规（续）一、光滑极限量规（续）1.1.误收和误废误收和误废二、验收极限及测量器具的选择二、验收极限及测量器具的选择（1 1 1 1）误收）误收）误收）误收 将超差的不合格零件误判为

26、合格品接受。将超差的不合格零件误判为合格品接受。将超差的不合格零件误判为合格品接受。将超差的不合格零件误判为合格品接受。（2 2 2 2）误废）误废）误废）误废 将不超差的合格品误判为不合格品报废。将不超差的合格品误判为不合格品报废。将不超差的合格品误判为不合格品报废。将不超差的合格品误判为不合格品报废。二、二、验收验收极限及测量器具的选择（续）极限及测量器具的选择（续）2.2.验收极限验收极限()方式一：内缩的验收极限方式一：内缩的验收极限 内缩的验收极限是规定最大实体极限和最小实体分别向工内缩的验收极限是规定最大实体极限和最小实体分别向工件公差带内移动一个安全裕度。件公差带内移动一个安全裕

27、度。验收极限与安全裕度验收极限与安全裕度 工件上验收极限最大极限尺寸工件上验收极限最大极限尺寸 工件下验收极限最小极限尺寸工件下验收极限最小极限尺寸 生产公差上验收极限下验收极限生产公差上验收极限下验收极限 ()方式二：不内缩的验收极限方式二：不内缩的验收极限 不内缩验收极限等于规定的最大实体极限和最小实体极不内缩验收极限等于规定的最大实体极限和最小实体极限，即值等于零。限，即值等于零。二、验收极限及测量器具的选择（续）二、验收极限及测量器具的选择（续）二、验收极限及测量器具的选择（续）二、验收极限及测量器具的选择（续）确定验收极限的方式确定验收极限的方式验收极限验收极限应用应用内缩内缩方式方

28、式将将工工件件的的验验收收极极限限从从工工件件的的极极限限尺尺寸寸向向工工件件的的公公差差带带内内缩一个安全裕度缩一个安全裕度A上验收极限尺寸上验收极限尺寸 最大极限尺寸最大极限尺寸A下验收极限尺寸下验收极限尺寸 最小极限尺寸最小极限尺寸A主主要要用用于于采采用用包包容容要要求求的的尺尺寸寸和和公公差差等等级级较高的尺寸较高的尺寸不内缩不内缩方式方式安全裕度安全裕度A0上验收极限尺寸上验收极限尺寸 最大极限尺寸最大极限尺寸下验收极限尺寸下验收极限尺寸 最小极限尺寸最小极限尺寸主主要要用用于于非非配配合合尺尺寸寸和一般公差尺寸和一般公差尺寸(3)(3)验收极限方式的选择验收极限方式的选择二、验收极限及测量器具的选择（续）二、验收极限及测量器具的选择（续）3.3.测量器具的选择测量器具的选择 按照计量器具的测量按照计量器具的测量不确定度不确定度允许值选择计量器具。允许值选择计量器具。表5-6 安全裕度（A）与计量器具的测量不确定度允许值（u1）