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检测基本理论教程2检测基本理论教程第一章:概述第二章:量测定义.术语第一节:量测定义,本质与分类第二节:常用量测术语第三章:量测设备第一节:量测设备定义.分类第二节:量测设备之选用原则第三节:量测设备之选用方法第四章:量测方法.原则第一节:量测方法第二节:量测原则第五章:量测条件与计量单位第六章:量测误差分类与产生之原因第一节:误差分类第二节:误差产生的原因第七章:复习题第一章:目录3检测基本理论教程量测是人们认识客观世界的一个重要手段.从本质上说量测就是将被测的量和一个作为计量单位(实际上，计量单位是将同类量进行比较时的一个约定的参考量)的标准量进行比较,以获得被测值的实验过程.因此,要确定被测量值不是凭借人们的感观视觉,而是需要建立具有计量单位并能具体体现计量单位的器具去感观和比较.所以一个完整的量测过程应包括:1.测量对象和被测量2.测量单位和标准量3.测量方法4.测量精度几个方面例如用游标卡尺对一轴径的测量，就是将被测量对象（轴的直径）用特定测量方法（游标卡尺）与长度单位（毫米）相比较。若其比值为30.52，准确度为±0.03mm，则测量结果可表达为（30.52±0.03）mm。第一章:概述4检测基本理论教程任何量测,如果其结果与真实现象相差很大,则此测量结果不应被采用,否则会造成误导.因此,从事量测时:1.应以适当精密之量测仪器,2.在一定环境条件下,3.由经过训练合格的人员依照特定的操作规范来执行量测工作.但即使是按照以上条件来量测,量测结果还是会有偏差.环境条件的不稳定,人为操作不一致等原因所造的.我们要分析出本身偏差产生的原因,找出解决方法,从而尽量来减低量测误差,达到量测之真正目的.第一章:概述5检测基本理论教程第二章:量测定义.术语长度量测2.1.1.量测定义:利用各种不同精密的量具或仪器去检验各种不同工件的几何外形或几何公差的程序.2.1.2.量测的本质:将被测的量和一个作为计量单位的标准量进行比较,以获得被测值的实验过程.2.1.3.量测之范围:长度方面:游标尺.分厘卡.量表.块规.高度规.测长仪.三次元量床.光学量测仪器.光学平板.光学投影机.工具显微镜.雷射干涉仪.雷射扫瞄仪等角度方面:角度块规.角度量规.角尺.直角规.锥度量规.量角器.组合角尺.水平仪.三次元量床.光学量测仪器(光学投影机.工具显微镜.雷射干涉仪.自动视准仪.雷射准直仪)等.形状方面:表面粗糙度量测仪.轮廓量测仪.真圆度量测仪.光学平板.光学投影仪.工具显微镜.三次元量床.专业量测仪器(齿形量测机.凸轮轴量测仪)等.*本教材所指之量测仅表示狭义的“长度量测”2.1量测定义,本质与分类6检测基本理论教程2.1.4.与量测有关之活动检验:判断被检验的物理量是否合格的过程.检定:评定计量仪器之精度指针是否合格所进行的全部工作.2.1.5.量测.检验.检定之对照表名称数值作用对象比照结果示例量测有被测对象以具体之测量数值反映被测对象用卡尺测量一孔径为4.00mm检验无被测对象仅以OK.FAIL.NG.OK等形式反应用螺纹规检验螺纹孔检定无计量器具合格与不合格用量块检定分厘卡第二章:量测定义.术语7检测基本理论教程2.2.1.重复性(Repeatability)量测同一组工件的过程中,任一量测值分布于总平均值之附近.此分布的程度即表示量测之重复的程度.前提:1.同一作业者2.同一量具(测量仪器)3.同一被测工件的同一特性4.测量次数为多次(N1)5.同一测量环境结果:反映设备的变异(EV)2.2常用量测术语第二章:量测定义.术语8检测基本理论教程2.2.2.再现性(Reproducibility)不同作业者以相同之量具量测被测工件之特性时,量测平均值之差异.前提:1.同一量具2.同一被测工件3.不同作业者4.同一测量环境结果:反映作业者间的变异(AV).2.2常用量测术语第二章:量测定义.术语9检测基本理论教程2.2.3.测量范围在允许误差范围内,量具仪器所能测量工件的最低值到最高值的范围.2.2.4.分辨率(分析度)(Resolution)量具对量测所能显示出最小读数的能力.对于机械式仪器:分辨率指相邻两刻线所能代表的量测之差(如附表卡尺)对于数字式仪器:因没刻度标示,故分度值被标为分辨率.它通常指仪器显示之最后一位数字间隔所代表的被测量值.2.2.5.灵敏度(Sensitivity)表示量测仪器对于检测微小信号变化量时的能力.如百分表在检测到0.01mm变化时,指针就会变化.而千分表在检测到0.001mm变化时,指针就会变化.可见,千分表比百分表灵敏度高.2.2.6.精密度(Precision)表示量测仪器对同一待测工件,以相同量测过程做重复量测,其量测结果的重复性.第二章:量测定义.术语2.2常用量测术语10检测基本理论教程精密度不高,准確度不高精密度高,准確度不高精密度不高,准確度高精密度高,准確度高准确度—量测值与真值之间的差异程度精密度—重复读数彼此之间的接近度精密度不高,准確度不高精密度高,准確度不高精密度不高,准確度高精密度高,准確度高2.2常用量测术语第二章:量测定义.术语2.2.7.准确度(Accuracy)表示实际量测值(或量测平均值)与真值之间的一致性程度.区别:精密度—表示量测值之间的差异程度11检测基本理论教程2.2.8.量测不确定度(MeasurementUncertainty)量测不确定度为一量测真值存在范围的估计值.它是由于测量误差的存在,对测量值不能肯定的程度.它的计算需经一联串量测的统计加以估计,并以标准偏差来表现其特征.量测时,若采用±σ,其正不确性为68.26%;若采用±2σ时,正确性为95.46%;若采用±3σ时,其正确性为99.73%.*注此定义内容较多且难理解,具体之讲述请参阅《不确定度》评估讲义.2.2常用量测术语第二章:量测定义.术语12检测基本理论教程第三章:量测设备3.1量测设备之定义与分类3.1.1.量测设备的定义凡是能用来实现被测的量与标准量进行比较,并能直接或间接测出被测对象量值的量具.量仪和量测装置统称为量测设备.实现一个量测活动,量测设备是所具备之基本前提3.1.2.量测设备之分类3.1.2.1.按结构分:1-1:量具是以固定形式复现量值的量测器具.量具复现的量值,一般标准在量具上,称为量具的标称值,又称为名义值.量具既可以单独使用,又可以与其它的量测器具一起使用.在长度计量中的量具主要包括以下几类:1单值量具—用来复现计量单位或者复现计量单位的位数或分数值的量具.如:量块.角度块.塞尺等.2多值量具—用来实现在一定范围内计量单位某些倍数或分数值的量具.如:毫米刻尺.游标卡尺等.3综合量规—这是一种用来综合检验产品尺寸或形状正确性,以及检验产品各部分相互位置正确性的量具.如螺纹塞规.环规13检测基本理论教程3.1.2.量测设备之分类2-2:量测仪器将被测的量转换或可直接观测的指示值或等效信息的量测器具称为量测仪器.感受部件:该部件的作用就是感受被测的量的信息,并将其作用于传动放大的机构.传动放大的机构:该部件的作用,就是将感受部件送来的信息放大传送到读数装置.读数装置:通过读数装置的细分,指示出可直接观测到的测量结果的读数值.量测仪器的种类:指示式仪器:能读出示值的,如:百分表.万用表记录式仪器:能记录示值的,如:电子式光标卡尺比较式仪器:用以将被测的量值和已知的量进行比较得出差值.以上种类,在目前的仪器上可能是几个功能的集中.例如:我公司使用的三丰公司的投影仪:仪器上的10X.20X.50X的物镜为感受部件.仪器上的三片反射镜及投影屏为传动放大机构.仪器上的光栅尺与细分的读数显示器为读数装置.第三章:量测设备3.1量测设备之定义与分类14检测基本理论教程4-4.为确定被测量值所必需的量测器具和辅助设备的总体,称为量测装置.按照作用及用途可分为两大类:1标准量具的标准量测仪器:是用于复现及保存计量单位或者用来检定及分度其它计量器具的量具和量测仪器.2工作量具和工作计量仪器:是用于实际测量的计量器具.3.1.2.量测设备之分类3-3.量测转换器(传感器)测量转换器具是一种将给定量变换成便于传送.处理或贮存的(不能直接感知的)测量信息的量测器具.如:三元坐标量床上的传感测量头.3.1量测设备之定义与分类第三章:量测设备15检测基本理论教程3.1.2.2.按仪器工作原理分类:实际上是一种以被测量的原始信号转换原理的不同而命名不同仪器的分类方法,可分出以下四类:1机械式仪器用机械方法实现原始信号转换的仪器.如游标卡尺.百分表.分厘卡等2光学仪器用光学的方法实现对原始信号的转换放大的仪器.如投影仪3气动仪器以压缩空气为介质,用气源系统(如流量或压力)变化来实现对原始信号的转换的仪器4电动仪器是以把被测原始信号转换为电量来实现长度测量的仪器3.1量测设备之定义与分类第三章:量测设备16检测基本理论教程3.1.2.3.按仪器用途分类按用途分类是一种根据测量对象的特征而分类的方法,可分为以下六类:1端度仪器:如量块.块规2角度仪器:测角仪3表面粗糙仪器:粗糙度测试仪4平直度仪器:准直仪.水平仪5通用仪器:工具显微镜.投影仪等6线纹比较仪:阿贝比较仪3.1量测设备之定义与分类第三章:量测设备17检测基本理论教程3.2量测设备之选择原则第三章:量测设备用于长度尺寸测量的仪器种类繁多，被测件的结构特点和精度要求也各不相同，因而要保证快捷地获得可靠的测量数据，必须合理地选择测量器具。测量器具的选择应综合考虑以下几方面的因素：①测量精度：所选的测量器具的精度指标必须满足被测对象的精度要求，才能保证测量的准确度。被测对象的精度要求主要由其公差的大小来体现。公差值较大，对测量的精度要求就较低；公差较小，对测量的精度要求就较高。②测量成本：在保证测量准确度的前提下，应考虑测量器具的价格、使用寿命、检定修理时间、对操作人员技术熟练程度的要求等，选用价格较低、操作方便、维护保养容易、操作培训费用少的测量器具，尽量降低测量成本。18检测基本理论教程3.2量测设备之选择原则第三章:量测设备③被测件的结构特点及检测数量：所选测量器具的测量范围必须大于被测尺寸。对硬度低、材质软、刚性差的零件，一般选取用非接触测量，如用光学投影放大、气动、光电等原理的测量器具进行测量。当测量件数较多（大批量）时，应选用专用测量器具或自动检验装置；对于单件或少量的测量，可选用万能测量器具。要选择一个能适应被测对象需要的正确量测设备,需考量其精度指标和经济指标,同时还需考虑被测对象的结构特殊性.19检测基本理论教程3.3量测设备之选择方法第三章:量测设备一.在生产检验中测量器具的选择方法：检验公差等级为6～18级、基本尺寸至500mm的光滑工件尺寸，应按GB/T3177-1997《光滑工件尺寸的检验》中的规定选择测量器具。测量器具的不确定度不大于表4—1的允许值u1,一般情况下优先选用Ⅰ档。部分常用测量器具的不确定度u如表4—2和表4—3所示。例1:被测工件为一φ50f8mm的轴，试确定验收极限并选择合适的测量器具。解：①确定工件的极限偏差。es=-0.025ei=-0.064②确定安全裕度A和测量器具不确定度允许值u1。该工件的公差为0.039mm，从表4—1查得A=0.0039，u1=0.0035。③选择测量器具。按工件基本尺寸50mm，从表4—3查知，分度值为0.005mm的比较仪不确定度u1为0.0030mm,小于允许值0.0035mm，可满足使用要求。20检测基本理论教程3.3量测设备之选择方法第三章:量测设备④计算验收极限。上验收极限=dmax-A=(50-0.025-0.0039)mm=49.9711mm下验收极限=dmin+A=(50-0.064+0.0039)mm=49.9399mm当现有测量器具的不确定（u1）达不到“小于或等于Ⅰ档允许值（u1）”这一要求时，可选取用表4—1中的第Ⅱ档（u1），重新选择测量器具，否则还可选择第Ⅲ档。例2被测工件为一φ35e9mm的轴，试确