第二章测量技术基础.

第二章测量技术基础Chapter2MeasurementTechnologyBasicContent第一节概述第二节长度和角度计量单位与量值传递第三节计量器具和测量方法第四节测量误差第五节直接测量列的数据处理1、测量(Measuring)定义：将被测量与作为单位或标准的量，在量值上进行比较，从而确定二者比值的实验过程。第一节概述一、测量、检验与检定(Measuring,testing&checking)一个完整的测量过程应包含:四个要素计量单位被测对象测量方法测量精度基本的测量公式：4basicelementsObjectUnitMethodPrecision被测对象：几何量的测量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差等计量单位：长度单位为米（m），角度单位是弧度（rad)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如：用游标卡尺测量轴径的直接测量法；用量块和立式光学计测量轴径的比较测量法。测量精度：表示测量结果的可靠程度，即测量结果与真值相一致的程度。一般用测量误差的大小来反映测量精度的高低。偏离远，测量误差大，测量精度低；反之，其测量精度高第一节概述2.检验和检定（Testing&checking)检验:确定被测几何量是否在规定的极限范围内，从而判断其是否合格的实验过程，而不要求量值。检定：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。第一节概述一、长度单位与量值传递系统第二节长度和角度计量单位与量值传递1、长度尺寸基准(lengthstandard)为保证量值的统一和准确性，必须规定一个基本的客观标准，即长度基准；国际单位制中，基本的长度单位有米制(metricsystem)和英制(Englishsystem)两种；我国法定长度的基本计量单位是“米”(meter)；机械工程图中常用的单位是“毫米”(micrometer)；米的定义：1米是光在真空中在1/299792458秒时间间隔内所传播的距离。2.长度量值传递系统(lengthstandardtransfersystem)由于光波波长作为长度基准，不便于生产直接应用，为保证零件在国内、国际上具有互换性，即保证量值的统一，必须通过工作基准把长度基准的量值准确地逐级传递到生产应用的计量器具和零件上去。第二节长度与角度计量单位与量值传递量块：端面量具系统线纹尺：刻线量具系统二、量块(gaugeblock)1、定义：(definition)一种无刻度的标准端面量具材料：特殊合金钢形状：长方六面体结构第二节长度和角度计量单位与量值传递图2－1量块2、作用：(function)尺寸传递系统的中间标准量具作为标准件调整仪器的零位直接测量零件3、量块的尺寸：(sizeofgaugeblock)量块长度（Li）：从量块一个测量面上任意一点（距边缘0.5mm区域除外）到与另一个测量面相研合的平晶表面的垂直距离。中心长度（L）：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。图2－2量块长度L4L3L2L量块L1平晶第二节长度和角度计量单位与量值传递标称长度：量块上标出的数字。尺寸6mm长度标记刻在测量面上；尺寸≥6mm长度标记刻在非测量面上；量块标称长度第二节长度和角度计量单位与量值传递4、量块的“级”(classes)和“等”(grads)为满足不同的测量精度要求，量块精度分“级”和“等”两种（JJG146-2003《量块检定规程》）划分方法：1）“级”：按制造精度分为K，0，,1，2，3五级。K级最高，3级最低。按“级”使用时，按标称尺寸，忽略制造误差和磨损误差。2）“等”：按检定精度从高到低分为1，2，3，4，5五等。按“等”使用时，按检定后所给出的实际中心长度尺寸作为工作尺寸，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。计量检定标准第二节长度和角度计量单位与量值传递5、量块的选用(selectionforgaugeblock)量块按一定的尺寸系列成套生产国标量块标准中规定了17种成套的量块系列最少的量块数组成所需的尺寸，获得更高的尺寸精度一般不超过4块选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数第二节长度和角度计量单位与量值传递1.005201.286.528.785第二节长度和角度计量单位与量值传递三、角度单位与量值传递系统1、定义：(definition)角度也是机械制造中重要的几何参数之一我国法定计量单位规定平面角的角度单位为弧度及角、分、秒形状：正八面棱体第二节长度和角度计量单位与量值传递四、角度量块1、定义：(definition)在角度量块传递系统中，角度量块是量值传递媒介，它的性能与长度量块类似，用于检定和调整普通精度的测角仪器，校正角度样板，也可直接用于检验工件。角度量块有三角形和四边形两种，三角形角度量块只有一个工作角，角度值在10°-79°范围内。四边形角度量块有四个角，角度值在80°-100°范围内，并且在短边相邻的两个工作角之和为180°。第二节长度和角度计量单位与量值传递一、计量器具的分类按用途分类(1)标准计量器具标准计量器具是指测量时体现标准量的测量器具。(2)通用计量器具通用计量器具是指通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸（或其他几何量），并能获得具体读数值的计量器具，如千分尺、百分表、测量仪等。(3)专用计量器具专用计量器具是指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具，如量规、圆度仪、基节仪等。第三节计量器具与测量方法一、计量器具的分类按结构和工作原理分类(1)机械式计量器具(2)光学式计量器具(3)气动式计量器具(4)电动式计量器具(5)光电式计量器具第三节计量器具与测量方法一、计量器具的分类机械式计量器具：是指通过机械结构实现对被测量的感受、传递和放大的计量器具，如机械式比较仪、百分表、测长仪等。光学式计量器具：是指用光学方法是实现对被测量的转换和放大的计量器具，如光学比较仪、投影仪、自准直仪和工具显微镜等。气动式计量器具：是指靠压缩空气通过气动系统时的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具，如水柱式和浮标式气动量仪。第三节计量器具与测量方法一、计量器具的分类电动式计量器具：是指将被测量通过传感器转变为电量，再经变换而获得读数的计量器具，如电动轮廓仪和电感测微仪等。光电式计量器具:是指利用光学方法放大或瞄准，通过光电元件再转换为电量进行检测，以实现几何量的测量的计量器具，如光电显微镜、光电测长仪等。第三节计量器具与测量方法二、计量器具的基本度量指标分度值i分度值i是指在测量器具的标尺或度盘上，相邻两刻线间所代表被测量的量值。标尺间距c标尺间距c是指计量器具的刻度尺或分度盘上相邻两刻线中心之间的距离。标尺范围标尺范围是指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。第三节计量器具与测量方法二、计量器具的基本度量指标测量范围测量范围是指计量器具所能测量零件的最小值到最大值的范围。灵敏度灵敏度是指计量器具对被测量变化的反应能力。测量力测量力是指计量器具的测头与被测表面之间的接触力。示值误差示值误差是指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。第三节计量器具与测量方法二、计量器具的基本度量指标示值变动量示值变动量是指在测量条件不变的情况下，用计量器具对被测量多次（一般5~10次）所得示值中的最大差值。回转误差（滞后误差）回转误差是指在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，计量器具示值的最大变动量。不确定度不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。第三节计量器具与测量方法直接测量和间接测量绝对测量和相对测量单项测量和综合测量接触测量和非接触测量在线测量和离线测量等精度测量和不等精度测量三、测量方法的分类第三节计量器具与测量方法直接测量和间接测量直接测量是指直接从计量器具获得被测量的量值的测量方法。间接测量是指测量与被测量有一定函数关系的量，然后通过函数关系算出被测量的测量方法。绝对测量和相对测量绝对测量是指被测量的全值从计量器具的读数装置直接读出。相对测量是指计量器具的示值仅表示被测量对已知标准量的偏差，而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的代数和。第三节计量器具与测量方法单项测量和综合测量单项测量是指分别测量工件的各个参数的测量。综合测量是指同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格的测量。接触测量和非接触测量接触测量是指计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量。非接触测量是指计量器具的测头与被测表面不接触的测量。第三节计量器具与测量方法在线测量和离线测量在线测量是指在加工过程中对工件的测量。离线测量是指在加工后对工件进行的测量。等精度测量和不等精度测量等精度测量是指决定测量精度的全部因素或条件都不变的测量。不等精度测量是指在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量。第三节计量器具与测量方法测量误差（measuringerror)：测得值与被测量的真值之差。绝对误差:（absoluteerror)测量结果与被测量的真值之差=x-Q相对误差:(relativeerror)测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比，用于评定不同被测量的测量精度绝对误差测量结果被测量的真值用多次测量的算术平均值代替一、测量误差的概念(conceptionofmeasurementerror)第四节测量误差例：仪器读数在100mm处的绝对误差为－0.005mm，当用它测量工件，读数正好为100mm时，问工件的实际尺寸是多少？相对误差是多少？解：=x-Q－0.005=100－Q∴工件的实际尺寸Q=100.005ε＝0.005/100.005×100%≈0.005%∴工件的相对误差为0.005%第四节测量误差二、测量误差的来源计量器具误差计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的各项误差。测量方法误差测量方法误差是指测量方法不完善所引起的误差。测量环境误差测量环境误差是指测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。第四节测量误差随机误差(randomerrors)随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。不可避免的系统误差(systematicerrors)系统误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号均不变或按一定规律变化的误差。粗大误差(parasiticerrors)粗大误差是指由于主观疏忽或客观条件发生突发变化而产生的误差。三、测量误差的种类和特性第四节测量误差1、随机误差（偶然误差）定义：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的方式变化的误差。产生的原因：有许多未知规律和难以控制的微小因素所造成，无法从测量结果中消除。分布规律：分布曲线多呈正态分布(normaldistribution)第四节测量误差分布特征：（1）单峰性：绝对值小的误差比绝对值大的误差出现概率大（2）对称性：绝对值相等的正、负误差出现的概率相等（3）有界性：在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超出一定的界限（4）抵偿性：随着测量次数的增加，随机误差的算术平均值趋于零第四节测量误差随机误差的评定正态分布曲线的数学表达式21()1niixxn22212ye概率密度标准偏差11niixxnσ越小，分布曲线越陡峭测量精度越高第四节测量误差随机误差随机误差的评定当d=0时，正态分布的概率密度最大，即：此时，，则Ymax，正态分布曲线越陡，分布越集中反之，，则Ymax，正态分布曲线越分散。max12yσ越小，分布曲线越陡峭测量精度越高第四节测量误差由概率论可知，全部随机误差的概率之和为“1”22212Ped第四节测量误差随机误差的评定随机误差出现在