机械精度设计与基础检测第七版

第二章测量技术基础2.1测量的基本概念2.1.1测量、检验与检定1.测量的定义测量：将被测量与测量单位或标准量在数值上进行比较，从而确定两者比值的过程。q=x/Eq表示测量值；x表示被测量；E表示测量单位或标准量2.测量的四个要素（1）被测对象所研究的几何量，包括长度、角度、形状和位置误差、表面粗糙度以零件的其它几何参数。（2）计量单位我国规定的法定计量单位，长度单位为米（m），平面角度单位为弧度（rad）及度（°）分（′）秒（″）。（3）测量方法进行测量时所采用的测量原理、计量器具和测量条件的综合。（4）测量精度测量结果和真值的接近程度。偏离远，测量误差大，测量精度低；反之，其测量精度高。3.检验和检定检验是判断被检对象是否合格。一般用通用计量器具进行测量，将测量值与给定值进行比较，从而做出合格与否的结论。检定是指为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程。2.1.2测量基准和尺寸传递系统1.长度基准和传递系统目前在使用的长度单位有米制（公制）和英制，我国是公制国家。长度基准：为保证量值的统一和准确性，规定一个基本的客观标准。米的定义米的最初定义是由1791年法国国民代表大会确定的，一米等于地球子午线1/4长度的一千万分之一。1889年第一次国际计量会议通过：一米的长度为通过巴黎地球子午线的四千万分之一。以此长度用90%铂和10%铱的合金制成基本米尺“米原器”，各国复制一把副尺作为国家标准。1983年第17届国际计量会议通过米的新定义：一米是光在真空中在1/299792458秒时间进行的路程长度1985年3月起，我国用碘吸收稳频的0.633μm氦氖激光辐射波长作为国家长度基准，其频率稳定度为1*10^(-9)，国际上少数国家已将频率稳定度提高到1*10^(-14)，我国于20世纪90年代采用单粒子存贮技术，已将辐射频率稳定度提高到1*10^(-17)。传递系统由于不能直接使用米的定义来测量零件尺寸，所需要一套长度的最高其准到被测零件的严密的尺寸。主基准（副基准）→工作基准→工作器具→被测对象主基准：在一定范围内具有最高计量特性的基准。副基准：为了复现“米”，需建立副基准。工作基准：用来检定较低准确度确定基准或检定工作器具的计量器具。工作器具：测量零件所用的计量器具。2角度基准和传递系统角度计量也属于长度计量范畴，弧度可用长度比值求得，一个圆周角定义为360°度所以不必建立一个自然基准。2.1.3定值的长度和角度基准1.量块量块是平面平行端面的简称，用工具钢或铬合金钢制成。一般为长方形，其中有两个互相平行的测量面，其中心点间的距离为量块的工作尺寸。量块的作用：主要用作尺寸传递系统中的中间标准量具，或在相对法测量时作为标准个调整仪器的零位，也可用它直接测量零件。量块按一定的尺寸系列生产，国标量块标准中规定了17种成套量块系列。下图为成套量块的尺寸。量块的使用：利用量块的可粘合性将量块组合成不同尺寸的量块组合。为了获得较高的尺寸精度，应该以最少的量块数目组成所需尺寸。选取量块组合的方法：为了使得量块数目最小应使每个量块的尺寸尽可能的大。选取时应该首先选取能满足尾数的量块。例：对于尺寸51.995mm若使用83块一套的量块，则选取的量块组合为，1.0051.499.540练习：试选择组成尺寸103.556mm的量块组合（使用46块量块）。103.556-1.006=102.55102.55-1.05=101.5101.5-1.5=100（1）量块的精度指标①尺寸精度②平面平行度③表面粗糙度④研合性（2）量块的精度划分分级：按制造精度分为00，0，K,1，2，3，六级。00级最高，3级最低。使用时，按基本尺寸，忽略制造误差。分等：按量块检定时的测量误差，将量块分为1，2，3，4，5，6六等，精度依次降低。按“等”使用时忽略其测量误差。由于检定时的测量误差小于制造误差，所以量块按“等”使用比按“级”使用更准确。2.多面棱体多面棱体是用特殊合金钢或石黄玻璃经精细加工制成的多面棱体。常见的有4、6、8、12、24、36、72面体。2.2计量器具和测量方法2.2.1计量器具1.计量器具的分类依结构，原理，用途可分为：（1）基准量具；（2）通用量具；（3）极限量规；（4）检验夹具。2.计量器具的度量指标（1）分度值（i）（7）测量力（2）刻度间距（a）（8）示值误差（3）示值范围（9）示值变动性（4）测量范围（10）回程误差（5）灵敏度（k=a/i）（11）修正值（6）灵敏限（12）不确定度2.2.1测量方法分类及其特点1.绝对测量和相对测量法绝对测量相对测量2.直接测量和间接测量法间接测量直接测量3.单项测量和综合测量法单项：对被测件的个别参数分别进行测量。综合：对被测件某些相关联参数的综合效果进行检验，以判断综合结果是否合格。4.静态测量和动态测量法静态：对被测件在静止状态下进行的测量。动态：对被测件在其运动状态下进行测量。6.等精度测量和不等精度测量法等精度：在测量过程中，影响测量精度的各因素不改变。不等精度：在测量过程中，影响量精度的各因素全部或部分改变。5.接触测量和非接触测量法接触：计量器具的测头与被测件表面相接触的测量。非接触：计量器具的测头与被测件表面不接触的测量。2.3测量误差与数据处理(measurementerroranddataprocessing)2.3.1测量误差及其表示方法1.测量误差的含义：被测量的测得值与真值之差，即：=l-L其中--测量误差，l--测量值，L--被测量的真值2.表示测量误差的方法1）绝对误差：用来比较相同物理量的测量精度。2）相对误差：如式=/L/l所示，常用来比较不同物理量的测量精度。2.3.2测量误差的来源与减小方法1.计量器具误差（1）原理误差：器具的测量原理与结构布置不合理造成的误差。（2）阿贝误差：应将被测量长度与仪器的基准长度安置在同一条直线上。（3）仪器基准件误差阿贝原则及阿贝误差2.3.2测量误差的来源与减小方法2.相对测量法中的标准件误差3.测量方法误差（1）测量基准不统一而引起的误差（2）被测件安装、定位不正确而引起的误差（3）测量力引起的误差（4）测量条件误差2.3.3测量误差的分类、特性及其处理原则1.随机误差的评定及其计算随机误差：在一定的测量条件下，多次测量同一量值时，测量误差的绝对值和符号以不可预知道的方式变化的误差。特点：（1）单峰性；（2）对称性；（3）有界性；（4）抵偿性。1)(112nxxnniiniixnx11等精度直接测量的数据处理步骤：①求平均值②求残余误差③求标准偏差④判断是否有粗大误差⑤求算数平均值的标准偏差⑥求极限误差⑦给出测量结果2.3.3测量误差的分类、特性及其处理原则2.系统误差及消除系统误差：在一定的测量条件下，多次测量同一量值时，测量误差的大小和符号固定不变或按一定规律变化的误差。（1）从产生系统误差的根源消除（2）用加修正值的方法消除（3）用两次读数法消除（4）利用被测量之间的内在联系消除3.粗大误差及其剔除粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。对于粗大误差一般按3σ准则进行剔除。2.3.3测量误差的分类、特性及其处理原则4.测量精度的分类（1）精密度：表示测量结果中随机误差的影响程度。（2）正确度：表示测量结果中系统误差的影响程度。（3）准确度：表示测量结果中随机误差和系统误差综合的影响程度。2.3.4测量误差的合成1.直接测量法测量误差的合成（1）已定系统误差按代数法合成（2）对于符合正态分布、彼此独立的随机误差和未定误差，按方和根法合成n系系系系总212lim2lim22lim1limn2.3.4测量误差的合成2.间接测量法测量误差的合成（1）已定系统误差按代数法合成（2）随机误差和未定误差的合成nnxxfxxfxxfY22112lim22lim2222lim121lim)()()(nnxxfxxfxxfY