長(zhǎng)度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)講義

1、長(zhǎng)度計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn)講義目 錄第一章 長(zhǎng)度計(jì)量概述1第一節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的任務(wù)和內(nèi)容1第二節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的單位1第三節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、量值傳遞及計(jì)量檢定系統(tǒng)表2第四節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器的分類(lèi)3第五節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量器具的維護(hù)保養(yǎng)4第六節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)的發(fā)展5第二章 長(zhǎng)度測(cè)量基礎(chǔ)6第一節(jié) 測(cè)量的基本概念6第二節(jié) 測(cè)量誤差的基本概念7第三節(jié) 計(jì)量器具的基本計(jì)量特性9第四節(jié) 長(zhǎng)度測(cè)量的幾項(xiàng)基本原則10第五節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的一般測(cè)量程序15第三章 長(zhǎng)度計(jì)量常用計(jì)量器具17第一節(jié) 通用量具17第二節(jié) 常用光學(xué)計(jì)量?jī)x器18第三節(jié) 氣動(dòng)量?jī)x34第四節(jié) 電動(dòng)量?jī)x362第一章 長(zhǎng)度計(jì)量概述第一節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的任務(wù)和內(nèi)容 長(zhǎng)度

2、計(jì)量(又稱(chēng)幾何量計(jì)量)是一項(xiàng)歷史悠久、基礎(chǔ)性很強(qiáng)的技術(shù)。長(zhǎng)度計(jì)量與人們生活、生產(chǎn)活動(dòng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)、科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域有著十分密切的聯(lián)系。在日常生活中，做衣服要用尺子量體裁衣，蓋房要丈量土地；在工業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)度計(jì)量是保證加工零件的尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求，保證裝配的零部件和整機(jī)達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)的技術(shù)手段；科學(xué)的進(jìn)步更離不開(kāi)長(zhǎng)度計(jì)量，許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往是通過(guò)長(zhǎng)度計(jì)量來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。如研究宏觀世界，測(cè)量天體間距離；研究微觀世界，測(cè)量分子結(jié)構(gòu)等。 長(zhǎng)度計(jì)量的重要任務(wù)是：研究和確定長(zhǎng)度單位；研究建立和保存長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)；建立長(zhǎng)度各項(xiàng)計(jì)量檢定系統(tǒng)，組織量值傳遞，開(kāi)展計(jì)量檢定與修理，以保證量值的準(zhǔn)確一致；

3、研究新的長(zhǎng)度計(jì)量測(cè)量方法和手段，確定測(cè)量準(zhǔn)確度；應(yīng)用新的科學(xué)技術(shù)理論，開(kāi)拓長(zhǎng)度計(jì)量的新領(lǐng)域。 長(zhǎng)度計(jì)量按其測(cè)量對(duì)象來(lái)分，可包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (1)長(zhǎng)度尺寸如端度、軸孔直徑、坐標(biāo)尺寸、線紋間尺寸、箱體結(jié)構(gòu)尺寸等； (2)角度一-如平面角(斜率等)、圓分度、空間位置角(如兩軸交錯(cuò)的夾角)；錐度等； (3)表面形狀和位置平面度、直線度、圓度、垂直度、平行度等； (4)表面粗糙度(微觀不平度)和波度； (5)齒輪、螺紋、花鍵及各類(lèi)加工刀具等的各種工程參量。第二節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的單位 幾何量表征物體的大小、長(zhǎng)短、形狀和位置，其基本參量是長(zhǎng)度和角度。長(zhǎng)度的單位是“米”(m)。角度量分為平面角和立體角，

4、其單位分別為弧度(tad)和球面度(sr)。 “米”的倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù)單位按SI規(guī)定，是在“米”前加十進(jìn)制詞頭構(gòu)成。如常用單位有毫米(mm)、微米(m)、千米(km)等。平面角在日常應(yīng)用中，保留使用以度(°)、角分()、角秒()為單位的60進(jìn)制。它們與弧度的換算關(guān)系為1°(180)rad.1=(10800)rad，1(648000)rad。“米”定義為：“光在真空中于(1/299792458)s時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)度”。國(guó)際計(jì)量委員會(huì)推薦了三種實(shí)現(xiàn)這個(gè)新定義的方法，即時(shí)間法、頻率法和輻射波長(zhǎng)法。它們都是建立在真空中光速c為確定值(即c=299792458 ms)的基礎(chǔ)上，而

5、當(dāng)前主要實(shí)現(xiàn)途徑是以輻射穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光為基準(zhǔn)。 長(zhǎng)度計(jì)量單位的特點(diǎn)： (1)基本性 長(zhǎng)度單位“米”在SI中被列為第一個(gè)基本單位，許多導(dǎo)出單位都含有長(zhǎng)度單位因子，如：速度(ms)、密度(kgm3)、磁場(chǎng)強(qiáng)度(Am)等，因此不少導(dǎo)出單位計(jì)量基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度在很大程度上取決于長(zhǎng)度單位量值的準(zhǔn)確度。 (2)多維性 物體的形狀和位置都可以用坐標(biāo)空間(如三維空間)中的若干點(diǎn)表示。但用若干點(diǎn)的坐標(biāo)值來(lái)表示某些物體的幾何特性會(huì)十分煩瑣，所以，為了簡(jiǎn)化，在幾何量中除了使用長(zhǎng)度和角度兩個(gè)基本參量外，還必須引入一些工程參量，如錐度、漸開(kāi)線、螺旋線等。這些參量都是多維的復(fù)合參量，又稱(chēng)之為工程參量。 (3)廣泛性 幾何量是

6、客觀世界中最廣泛的物質(zhì)形態(tài)，絕大部分物理量(如力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)的一些量等)都是以幾何量信息的形式進(jìn)行定量描述的。第三節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、量值傳遞及計(jì)量檢定系統(tǒng)表 計(jì)量工作的基本任務(wù)之一，就是保證量值的準(zhǔn)確一致。為此，必須做好兩項(xiàng)工作：一是建立國(guó)家基準(zhǔn)(包括國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)、副計(jì)量)基準(zhǔn)。工作計(jì)量基準(zhǔn))和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，這是統(tǒng)一量值的物質(zhì)基礎(chǔ)；二是為了使“標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位量值”能夠準(zhǔn)確地傳遞到生產(chǎn)、科研工作中去，必須在管理上和技術(shù)上建立全國(guó)統(tǒng)一的科學(xué)的量值傳遞體系。 (1)長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn) 長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)是用以復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位米的量值，經(jīng)國(guó)家鑒定并批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國(guó)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具。 為了實(shí)現(xiàn)全國(guó)量

7、值的統(tǒng)一，必須建立用以復(fù)現(xiàn)、保存單位量值的基準(zhǔn)器，這就是國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器。國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器是體現(xiàn)計(jì)量單位量值、具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，經(jīng)國(guó)家檢定合格后，作為全國(guó)計(jì)量單位量值的最高依據(jù)。因此作為國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器應(yīng)包含下列內(nèi)容： 第一、國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器是根據(jù)物理量基本單位的定義復(fù)現(xiàn)并保存單位量值的計(jì)量器具， 第二，國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器應(yīng)具有高穩(wěn)定性、可復(fù)制性和可比較性，它所復(fù)現(xiàn)的單位量值應(yīng)具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度； 第三、國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器的職能是統(tǒng)一全國(guó)計(jì)量單位量值的最高依據(jù)；第四、國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器的建立應(yīng)按一定的法制程序進(jìn)行，即待建立的國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器應(yīng)接受?chē)?guó)家鑒定，經(jīng)鑒定合格后

8、由國(guó)家正式批準(zhǔn)使用，因此國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)器具有法制性效能。 早在六十年代初，我國(guó)就已建立了復(fù)現(xiàn)米定義的氪86光波波長(zhǎng)裝置，其復(fù)現(xiàn)精度達(dá)到了±1×10-8的國(guó)際水平。這一長(zhǎng)度基準(zhǔn)的建立，為我國(guó)長(zhǎng)度量值的統(tǒng)一奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。 為了保證國(guó)家摹準(zhǔn)經(jīng)常處于良好的工作狀態(tài)，不致因使用頻繁而降低應(yīng)有精度或受損壞，從而影響擔(dān)負(fù)統(tǒng)一全國(guó)量值的職能，還必須建立副基準(zhǔn)器和工作基準(zhǔn)器。 副基準(zhǔn)器是通過(guò)直接或間接與國(guó)家基準(zhǔn)器比對(duì)來(lái)確定其量值的計(jì)量器具。我國(guó)已建立的長(zhǎng)度副基準(zhǔn)器有氪-86的其它譜線、汞-198光源、鎘-114光源及He-Ne激光光源。 工作基準(zhǔn)器是由國(guó)家基準(zhǔn)或副基準(zhǔn)校準(zhǔn)或比對(duì)用于檢定標(biāo)準(zhǔn)的

9、一種計(jì)量器具長(zhǎng)度工作基準(zhǔn)一般為實(shí)物基準(zhǔn)，包括線紋和端度(量塊)兩類(lèi)。線紋工作基準(zhǔn)有1m石英基準(zhǔn)尺， 1-1000mm的殷鋼基準(zhǔn)線紋尺及1200mm的石英基準(zhǔn)線紋尺量塊工作基準(zhǔn)是0.5100 mm基準(zhǔn)組量塊。 工作基準(zhǔn)與副基準(zhǔn)，國(guó)家基準(zhǔn)的校準(zhǔn)、比對(duì)需要計(jì)量?jī)x器，如量塊激光干涉儀、柯氏光波干涉儀、氦氖激光干涉比長(zhǎng)儀等，這種用于基準(zhǔn)比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x器稱(chēng)為基準(zhǔn)儀器。 角度的基準(zhǔn)器是多齒分度臺(tái)、多面棱體和度盤(pán)檢定裝置，由于圓分度具有封閉性，所以它們既是實(shí)物基準(zhǔn)同時(shí)又具有自然基準(zhǔn)的特征。 (2)長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) 長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是按國(guó)家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，實(shí)際用于長(zhǎng)度檢定工作的計(jì)量器具。如端度實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是量塊。量塊

10、按使用要求，其精度分為1，2，3，4，5，等。線紋標(biāo)準(zhǔn)器有標(biāo)準(zhǔn)線紋米尺、200mm短標(biāo)尺等。角度實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)是端面角度標(biāo)準(zhǔn)正多面棱體，角度塊；線紋角度標(biāo)準(zhǔn)如刻線度盤(pán)、圓光柵、編碼盤(pán)等；機(jī)械分度標(biāo)準(zhǔn)如多齒分度盤(pán)、分度臺(tái)等；電子測(cè)角標(biāo)準(zhǔn)主要是環(huán)行激光器。平面度的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是平面平晶。粗糙度的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板、標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板和磨削樣板。實(shí)際工作中，還采用了工程計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，如漸開(kāi)線標(biāo)準(zhǔn)樣板、螺旋線樣板等等。(3)量值傳遞有了國(guó)家基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)這一統(tǒng)一量值的物質(zhì)基礎(chǔ)，我國(guó)建立了從長(zhǎng)度基準(zhǔn)到計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，最后到生產(chǎn)、科研中使用的各種工作計(jì)量器具、工件尺寸、形狀的量值傳遞體系。 量值傳遞被定義為：通過(guò)對(duì)計(jì)量

11、器具的檢定或校準(zhǔn)，將國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值通過(guò)各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證對(duì)被測(cè)對(duì)象所測(cè)得的量值的準(zhǔn)確和一致。 為什么要進(jìn)行量值傳遞呢？我們知道任何計(jì)量器具，由于加工、裝配等原因，都存在不同程度的誤差。新制造的計(jì)量器具，由于設(shè)計(jì)、加工、裝配等各種原因引起的誤差是否在允許范圍內(nèi)，必須用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢定，判斷其是否合格；使用過(guò)程中的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和工作計(jì)量器具，由于使用中的磨損、環(huán)境影響或使用不當(dāng)?shù)仍?，也?huì)引起其計(jì)量參數(shù)的變化，也需要定期地采用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢定，根據(jù)檢定結(jié)果作出繼續(xù)使用、進(jìn)行修理或報(bào)廢的判斷；經(jīng)過(guò)修理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器或工作計(jì)量器具是否達(dá)到計(jì)量參數(shù)指

12、標(biāo)的要求，也須用相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定。否則，由于各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不標(biāo)準(zhǔn)(不合格)、工作計(jì)量器具合格與否便無(wú)從談起，就不能保證對(duì)被測(cè)對(duì)象所測(cè)得的量值的準(zhǔn)確和一致，就必然造成量值傳遞的混亂。由此可見(jiàn)，建立量值傳遞體系是統(tǒng)一計(jì)量器具量值的重要手段，是保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)，是保證全國(guó)量值的準(zhǔn)確可靠而采取的具體措施和技術(shù)保證。 (4) 國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表 國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表(簡(jiǎn)稱(chēng)檢定系統(tǒng))被定義為：國(guó)家對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)到各等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)直至工作計(jì)量器具的檢定程序所作的技術(shù)規(guī)定。檢定系統(tǒng)由文字和框圖構(gòu)成，內(nèi)容包括：基準(zhǔn)、各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、工作計(jì)量器具的名稱(chēng)、測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度(或不確定度或允許誤差)和檢定的方

13、法等。制定檢定系統(tǒng)的根本目的，是為了保證工作計(jì)量器具具備應(yīng)有的準(zhǔn)確度。在此基礎(chǔ)上，考慮量值傳遞的合理性。即制定檢定系統(tǒng)時(shí)，各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求，必須從工作計(jì)量器具的準(zhǔn)確度要求開(kāi)始，由下向上地逐級(jí)確定。檢定系統(tǒng)基本上是按各類(lèi)計(jì)量器具(如：量塊、線紋尺、表面粗糙度參數(shù)值樣板等)分別制定的。在我國(guó)，每項(xiàng)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)一種檢定系統(tǒng)。第四節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器的分類(lèi)長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器種類(lèi)十分繁多，一般按儀器的工作原理或儀器的用途對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。 一、按儀器工作原理分類(lèi) 按工作原理分類(lèi)，實(shí)際上是一種以被測(cè)量的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換原理的不同而命名不同儀器的分類(lèi)方法，可分以下四類(lèi)： 1 機(jī)械式儀器 用機(jī)械方法實(shí)現(xiàn)原始信號(hào)轉(zhuǎn)

14、換的儀器如游標(biāo)卡尺、百分衷、千分尺、各類(lèi)機(jī)械式測(cè)微儀、機(jī)械式萬(wàn)能測(cè)齒儀及各類(lèi)機(jī)械式檢定器等這種根據(jù)機(jī)械轉(zhuǎn)換傳動(dòng)原理設(shè)計(jì)的儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，使用維護(hù)方便，但缺點(diǎn)是精度不高，不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。 游標(biāo)卡尺、百分表、千分尺等計(jì)量器具習(xí)慣上統(tǒng)稱(chēng)為通用量具，其實(shí)這是與量具的定義不相符的。在這里我們將此類(lèi)計(jì)量器具一律稱(chēng)為機(jī)械式儀器。 2 光學(xué)儀器 用光學(xué)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)的轉(zhuǎn)換放大的儀器根據(jù)儀器中光學(xué)系統(tǒng)的不同，又可分為： (1)望遠(yuǎn)系統(tǒng)的光學(xué)儀器，如準(zhǔn)直儀(又稱(chēng)平行光管)、自準(zhǔn)直儀和以望遠(yuǎn)光學(xué)系統(tǒng)為主的光學(xué)計(jì)等； (2)顯微系統(tǒng)的光學(xué)儀器，如工具顯微鏡，測(cè)長(zhǎng)機(jī)、測(cè)長(zhǎng)儀、光學(xué)分度頭等； (3)投影

15、系統(tǒng)的光學(xué)儀器，如各種不同用途的大小投影儀； (4)光干涉原理的光學(xué)儀器，在這一類(lèi)儀器中有復(fù)現(xiàn)長(zhǎng)度基準(zhǔn)光波的干涉儀和各種用途的干涉儀，如絕對(duì)光波干涉儀、立式接觸干涉儀。干涉顯微鏡、干涉小孔測(cè)量?jī)x等。由于這些儀器用光波作基準(zhǔn)，測(cè)量精度很高，在長(zhǎng)度量值傳遞中起著十分重要的作用； (5)光柵，激光原理的數(shù)顯式光學(xué)儀器，這類(lèi)儀器是利用近一、二十年內(nèi)發(fā)展起來(lái)的光柵、激光新技術(shù)，應(yīng)用光的干涉、衍射原理及光，機(jī)，電的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量的數(shù)字化與自動(dòng)化的高精度計(jì)量?jī)x器，如光柵式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、光柵式光學(xué)分度頭、激光比長(zhǎng)儀、激光量塊干涉儀等。 總之，由于光學(xué)儀器具有精度高、性能穩(wěn)定、可以實(shí)現(xiàn)接觸測(cè)量與非接觸式測(cè)量，

16、相對(duì)測(cè)量與絕對(duì)測(cè)量等特點(diǎn)，再有光學(xué)儀器品種規(guī)格比較配套、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及儀器附件考慮周全且能適應(yīng)相當(dāng)廣泛的測(cè)量對(duì)象，所以在整個(gè)長(zhǎng)度計(jì)量?jī)x器中，光學(xué)儀器一直占有十分重要的地位。 3 氣動(dòng)儀器 以壓縮空氣為介質(zhì)，用氣源系統(tǒng)的狀態(tài)(如流量或壓力)變化來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)原始信號(hào)的轉(zhuǎn)換的儀器，包括壓力式氣動(dòng)儀器和流量式氣動(dòng)儀器兩類(lèi)，氣動(dòng)儀器可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)測(cè)量，非接觸測(cè)量、遠(yuǎn)距離測(cè)量和實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、能夠?qū)δ承┢渌淼膬x器難于測(cè)量的部位進(jìn)行測(cè)量(如處于深孔部位的參數(shù))等優(yōu)點(diǎn)，氣動(dòng)儀器的缺點(diǎn)是示值范圍小，示值穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)不同參數(shù)、不同測(cè)量范圍的測(cè)量需要不同的測(cè)量頭。 4 電動(dòng)儀器 是以把被

17、測(cè)原始信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏縼?lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量的儀器。由于電動(dòng)儀器的基本工作原理是將微小位移量轉(zhuǎn)換成電路中電感或電容參數(shù)的變化或是接觸點(diǎn)的通斷，所以電動(dòng)儀器有電接觸式、電感式和電容式等三種基本形式。電動(dòng)儀器的特點(diǎn)是精度高，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，數(shù)字顯示和對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行各種數(shù)學(xué)運(yùn)算。 二、按儀器用途分類(lèi) 按用途分類(lèi)是一種根據(jù)測(cè)量對(duì)象的特征而分類(lèi)的方法，可分以下幾類(lèi)： 1. 端度儀器 端度儀器主要包括各類(lèi)測(cè)微儀、光學(xué)計(jì)、測(cè)長(zhǎng)儀，測(cè)長(zhǎng)機(jī)和接觸式干涉儀。這類(lèi)儀器主要測(cè)量量塊、量棒等端面長(zhǎng)度，球形、圓柱形工件的直徑，板形工件的厚度、平行度，在配備適當(dāng)附件后，還能測(cè)量環(huán)規(guī)的直徑、內(nèi)外螺紋的中徑和螺距等。 2 線紋比較儀

18、線紋比較儀主要是用來(lái)測(cè)量刻線之間的距離，省級(jí)以下的計(jì)量部門(mén)用得較多的是阿貝線紋比較儀。 3 角度儀器 角度儀器主要包括各類(lèi)分度頭、測(cè)角儀以及小角度測(cè)量?jī)x(如自準(zhǔn)直儀、小角度檢定儀等)。主要用途是測(cè)量角度和對(duì)圓周進(jìn)行分度。 4 表面粗糙度儀器 主要包括表面粗糙度顯微鏡、干涉顯微鏡及電動(dòng)輪廓儀。 5 平直度儀器 主要包括各類(lèi)平面干涉儀、平直儀，自準(zhǔn)直儀等。這類(lèi)儀器的主要測(cè)量對(duì)象是平晶、平板的平面度，各種平尺、導(dǎo)軌的直線度。平直儀和自準(zhǔn)直儀配上適當(dāng)附件還可測(cè)量表面相對(duì)位置的垂直度和平行度。 6 齒輪儀器 這是一類(lèi)測(cè)量齒輪各參數(shù)的專(zhuān)用儀器，省級(jí)以下計(jì)量部門(mén)常用的有萬(wàn)能測(cè)齒儀，各類(lèi)漸開(kāi)線齒形檢查儀。 7

19、 通用儀器 這類(lèi)儀器主要指工具顯微鏡、坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、投影儀等，是通用性較大、測(cè)量范圍較廣的儀器，它們備有較多的附件，可以達(dá)到一機(jī)多用的目的，在計(jì)量部門(mén)和工廠企業(yè)中應(yīng)用較廣。除以上這些儀器外，還有測(cè)量孔徑，螺紋、絲杠、圓度等多種專(zhuān)用儀器。隨著科技水平的不斷發(fā)展和提高，目前長(zhǎng)度類(lèi)測(cè)量?jī)x器發(fā)展更新很快，并在向光電數(shù)字一體化、智能化、高精度、高速度的方向迅速發(fā)展。第五節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量器具的維護(hù)保養(yǎng) 長(zhǎng)度計(jì)量用的量具和儀器，大多都是精度要求高、使用條件要求嚴(yán)格、且價(jià)格昂貴。為了保證量值傳遞和計(jì)量檢定、檢測(cè)的準(zhǔn)確度，除按計(jì)量檢定規(guī)程定期檢定外，還必須十分注意對(duì)量具和儀器的維護(hù)、保養(yǎng)。由于長(zhǎng)度計(jì)量器具大部分是由金

20、屬零件和光學(xué)零件組成，所以主要應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作。 1.防止銹蝕 (1)工作室(計(jì)量室)除溫度要求外，要保持相應(yīng)濕度，一般以5060為宜。 (2)檢定操作過(guò)程中，不得用手直接觸摸標(biāo)準(zhǔn)器及計(jì)量器具的各工作面，應(yīng)戴上細(xì)紗手套進(jìn)行操作。 (3)標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量器具使用后，應(yīng)及時(shí)清洗。清洗后用潔凈綢布擦拭干凈。標(biāo)準(zhǔn)器、儀器測(cè)量附件(如量塊、測(cè)量刀、三針等)如不涂油，應(yīng)收入有干燥劑的密封容器里保存。短時(shí)間(一、兩日)不使用的計(jì)量?jī)x器各工作面可涂上無(wú)水變壓器油；標(biāo)準(zhǔn)器、量?jī)x如較長(zhǎng)時(shí)間不用，應(yīng)涂上純凈無(wú)水的凡士林油，油層不宜太厚。 (4)防銹油的酸堿度應(yīng)符合規(guī)定要求。一般宜采用中性油脂。 2清洗 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量

21、器具必須按時(shí)地進(jìn)行擦洗、保養(yǎng)，它是防止銹蝕、劃傷、霉斑的重要措施。清洗金屬表面可使用航空汽油(1級(jí))，純度995的無(wú)水酒精或乙醚。(清洗一般通用量具亦可使用工業(yè)汽油)。擦洗材料應(yīng)使用脫脂棉、白細(xì)布、綢布或高級(jí)衛(wèi)生紙。 清洗光學(xué)玻璃零仟可使用航空汽油(1級(jí))、無(wú)水酒精或乙醚、無(wú)水酒精與乙醚的混合溶劑，擦洗材料應(yīng)使用脫脂長(zhǎng)絲棉(為防止在光學(xué)零件上沾上絨毛)和脫脂紗布。 3.防止劃痕 由于計(jì)量室、實(shí)驗(yàn)室空氣中不可避免地含有灰塵，被測(cè)件被測(cè)表面缺陷(毛刺、劃痕、碰傷)等，被測(cè)件、標(biāo)準(zhǔn)器、量?jī)x在使用中不小心發(fā)生碰撞等原因都可能導(dǎo)致在測(cè)量中因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生劃痕。為此，在檢測(cè)前對(duì)要使用的標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量器具、被

22、測(cè)零件進(jìn)行目測(cè)檢查，在零件被測(cè)面、標(biāo)準(zhǔn)器工作面、計(jì)量器具工作面(臺(tái))，不得有目視可見(jiàn)的缺陷，并應(yīng)將測(cè)量面、被測(cè)面擦拭干凈。檢測(cè)過(guò)程中要細(xì)心操作，避免碰撞和跌落。 4潤(rùn)滑 對(duì)計(jì)量器具中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面，應(yīng)定期力口注儀表油，以使各部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)自如，不致產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象。 5預(yù)防變形 對(duì)一些大尺寸標(biāo)準(zhǔn)器(標(biāo)準(zhǔn)線紋尺、大量塊、大干分尺校對(duì)桿等)、大尺寸量具(大卡尺等)、大尺寸待檢零件(絲杠、細(xì)長(zhǎng)件等)等，要注意由于其自重且支承點(diǎn)位置不正確所引起的變形。為此，計(jì)量檢定前要正確確定其支承點(diǎn)，在不使用時(shí)應(yīng)放置在專(zhuān)用盒里或懸吊起來(lái)。 6其他 計(jì)量?jī)x器要有相對(duì)固定位置，不要經(jīng)常搬動(dòng)，尤其是光學(xué)計(jì)量?jī)x器或大型儀器設(shè)備；

23、若必須搬運(yùn)時(shí)，要嚴(yán)防震動(dòng)；要遠(yuǎn)離磁場(chǎng)、震動(dòng)源、熱源等；要有嚴(yán)格的管理制度和定期檢查制度。 第六節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是由中小量程向大量程，由一般分辨率向高分辨率，由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)，由目測(cè)、手動(dòng)、筆算向自動(dòng)檢測(cè)、記錄、數(shù)據(jù)處理等方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用又使長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)朝著實(shí)時(shí)控制和人工智能化方向發(fā)展。 從工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展歷史可以看出，機(jī)械加工精度的每一步提高總是與長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展水平緊密相關(guān)、相輔相成的。一種新的更高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，總是伴隨著工業(yè)發(fā)展的需求而產(chǎn)生，而一種新的更高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具的產(chǎn)生，也促進(jìn)加工精度的進(jìn)一步提高。 從游標(biāo)卡尺產(chǎn)生的時(shí)代，即加工精度為0

24、.1mm量級(jí)的時(shí)代，經(jīng)過(guò)了加工精度為0.01mm量級(jí)(千分尺類(lèi)量具產(chǎn)生)的時(shí)代、加工精度為0.00l刪量級(jí)(測(cè)微比較儀類(lèi)產(chǎn)生)的時(shí)代，加工精度為00001(0.1m) (圓度儀等產(chǎn)生)的時(shí)代到目前加工精度為000lm，(高精度表面粗糙度測(cè)量?jī)x產(chǎn)生)的時(shí)代，長(zhǎng)度計(jì)量伴隨著工業(yè)的發(fā)展在不斷提其相對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度。 從整個(gè)長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域來(lái)看，無(wú)論是對(duì)宇宙空間的星球間距離計(jì)量還是微觀世界極小尺寸的計(jì)量，都在不斷探求提高其相對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度。如：目前測(cè)量地球到月球表面之間的距離，其不確定度僅為幾厘米；微觀計(jì)量方面，高度細(xì)分的光干涉和電容式測(cè)微儀已可達(dá)到10pm(000001m)量級(jí)的分辨率，比原子直徑還小一個(gè)

25、量級(jí)。 目前，我國(guó)長(zhǎng)度計(jì)量為提高測(cè)量準(zhǔn)確度、檢測(cè)速度，減少誤判率，實(shí)現(xiàn)大量程高分辨率、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)化測(cè)量，改變以往的陳舊的測(cè)量方式，廣泛采用激光、光柵、光電、傳感以及計(jì)算機(jī)控制、處理等技術(shù)改造傳統(tǒng)儀器設(shè)備、研制新的測(cè)量?jī)x器。 我國(guó)長(zhǎng)度計(jì)量在建立基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)方面，在儀器研制和某些高精度零部件的測(cè)試方面、有些項(xiàng)目已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。尤其在近年來(lái)，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)在許多方面有較快的發(fā)展。(1)不斷應(yīng)用新技術(shù)，如光電、光柵；激光、激光干涉、全息電視圖像分析等新技術(shù)。 (2)采用電子技術(shù)不斷改進(jìn)測(cè)量?jī)x器的瞄準(zhǔn)、讀數(shù)及定位系統(tǒng)的精度。在通用量具和儀器上廣泛應(yīng)用了數(shù)字顯示技術(shù)。 (3)采用計(jì)算機(jī)技術(shù)除采集和處

26、理測(cè)量數(shù)據(jù)外，正在向?qū)崟r(shí)控制和人工智能方向發(fā)展：如：帶計(jì)算機(jī)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，既可模擬手動(dòng)操作進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，又可根據(jù)被測(cè)零件的狀況選擇布置測(cè)量點(diǎn)的方案。 (4)實(shí)施在線測(cè)量。將加工與測(cè)量組成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)，對(duì)加工過(guò)程中工藝參數(shù)的變化進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控測(cè)量，使之保持在預(yù)定的最佳范圍內(nèi)。第二章 長(zhǎng)度測(cè)量基礎(chǔ)第一節(jié) 測(cè)量的基本概念 一、有關(guān)測(cè)量的名詞 在實(shí)際工作中，人們經(jīng)常會(huì)用到有關(guān)測(cè)量的名詞，如測(cè)量、計(jì)量、測(cè)試、檢定、檢驗(yàn)、比對(duì)、校準(zhǔn)等。它們有相近的含義，但又有所區(qū)別，分別適用于不同的場(chǎng)合，但都是計(jì)量學(xué)所表現(xiàn)的具體方式。 測(cè)量以確定量值為目的的一組操作。(測(cè)量有時(shí)也稱(chēng)計(jì)量) 計(jì)量實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠

27、的活動(dòng)。 測(cè)試是指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量?？衫斫鉃樵囼?yàn)和測(cè)量的全過(guò)程。 檢驗(yàn)是判斷被測(cè)物理量是否合格(在規(guī)定范圍內(nèi))的過(guò)程，通常不一定要求測(cè)出具體值。(檢驗(yàn)的主要對(duì)象是工件) 檢定查明和確認(rèn)計(jì)量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標(biāo)記和(或)出具檢定證書(shū)。 校準(zhǔn)在規(guī)定條件下，為確定測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)所指示的量值，或?qū)嵨锪烤呋騾⒖嘉镔|(zhì)所代表的量值，與對(duì)應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作。 注：(1)校準(zhǔn)結(jié)果既可給出被測(cè)量的示值，又可確定示值的修正值； (2)校準(zhǔn)也可確定其他計(jì)量特性，如影響量的作用； (3)校準(zhǔn)結(jié)果可以記錄在校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告中。 比對(duì)在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同種

28、計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具之間的量值進(jìn)行的比較。 二、測(cè)量過(guò)程 測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(操作)的過(guò)程。更具體地講，就是將被測(cè)量與一個(gè)作為測(cè)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以求其比較值的過(guò)程。測(cè)量過(guò)程可以用式(2-1)表示，即 L=K·E (2-1)式中：L被測(cè)量； E長(zhǎng)度單位(標(biāo)準(zhǔn)量)； K比值。 式(21)稱(chēng)為測(cè)量的基本方程式，它說(shuō)明被測(cè)量L等于所采用的長(zhǎng)度單位E與測(cè)量的比值K的乘積。例如E為mm，K為150，則被測(cè)長(zhǎng)度為150mm。 這里所指的長(zhǎng)度是廣義的，它包括長(zhǎng)度值(線值)、角度，表面粗糙度及表面形狀、位置等各種形式的幾何量。 任何一個(gè)測(cè)量過(guò)程必須有被測(cè)對(duì)象和所采用

29、的計(jì)量單位。此外還有二者是如何進(jìn)行比較和比較后它的準(zhǔn)確程度如何的問(wèn)題，即測(cè)量的方法和測(cè)量的準(zhǔn)確度問(wèn)題。為此，一個(gè)完整的測(cè)量過(guò)程應(yīng)由下述四部分組成，即測(cè)量過(guò)程四要素。 1測(cè)量對(duì)象和被測(cè)量 幾何量測(cè)量的對(duì)象是多種多樣的，不同的測(cè)量對(duì)象有不同的被測(cè)量。如量塊被測(cè)量是中心長(zhǎng)度和平面度、平面平行性；螺紋零件的被測(cè)量有螺距、中徑、牙型半角等；孔和軸的主要被測(cè)量是直徑；箱體零件的被測(cè)量有長(zhǎng)、寬、高以及孔間距等；復(fù)雜的零件還有復(fù)合的被測(cè)量，如絲杠和滾刀的螺旋線誤差等。因此對(duì)于被測(cè)對(duì)象的特性，被測(cè)參數(shù)的定義等都必須加以研究和熟悉，以便進(jìn)行測(cè)量。 2測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量 幾何量測(cè)量常用的長(zhǎng)度單位有米(m)、毫米(mm

30、)、微米(m)，平面角度單位為度、角分、角秒。 在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量單位是以物質(zhì)形式來(lái)體現(xiàn)的。能體現(xiàn)測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形式有：光波波長(zhǎng)、量塊、線紋尺、多面棱體、圓分度盤(pán)等。 3測(cè)量方法 測(cè)量方法是指完成測(cè)量工作所采用的方法、計(jì)量器具以及測(cè)量條件的總和。在JJF10011998通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義中測(cè)量方法被定義為：“進(jìn)行測(cè)量時(shí)所用的，按類(lèi)別敘述的一組操作邏輯次序?！?擬定測(cè)量方法時(shí)，需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量的特點(diǎn)(形狀、大小、準(zhǔn)確度要求等)確定標(biāo)準(zhǔn)量、選擇量具或儀器；確定測(cè)量條件(如溫度和其他環(huán)境要求等)；擬定測(cè)量方案，工件定位，讀數(shù)和瞄準(zhǔn)方式等。 基本的測(cè)量方法有：直接測(cè)量和間接測(cè)量，絕對(duì)測(cè)

31、量和相對(duì)測(cè)量，接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量，單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量，手動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，工序測(cè)量和終結(jié)測(cè)量，主動(dòng)測(cè)量(在線測(cè)量)和被動(dòng)測(cè)量等。 4測(cè)量準(zhǔn)確度 測(cè)量準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。由于在測(cè)量過(guò)程中不可避免地總會(huì)存在測(cè)量誤差，使測(cè)量結(jié)果的可靠程序受到一定的影響，測(cè)量誤差大，則測(cè)量結(jié)果的可靠性低；測(cè)量誤差小，則測(cè)量結(jié)果的可靠性高。第二節(jié) 測(cè)量誤差的基本概念一、測(cè)量誤差存在的普遍性及研究誤差的意義 在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，人們總是希望得到真實(shí)的被測(cè)量值，但由于人的感覺(jué)器官的某種局限性和測(cè)量設(shè)備、測(cè)量方法的不完善以及受外界條件的種種限制，我們無(wú)法獲得完全準(zhǔn)確的被測(cè)量值，即使在相同條件下對(duì)同一被測(cè)的量作多次

32、重復(fù)測(cè)量，所得各測(cè)得值也往往是不一致的、分散的，這種測(cè)量結(jié)果的不一致性在數(shù)值上的表現(xiàn)就是誤差隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，人們對(duì)客觀世界認(rèn)識(shí)的不斷深入，測(cè)量誤差可以逐漸減小，但仍不可避免，沒(méi)有誤差的測(cè)量是永遠(yuǎn)不可能存在的測(cè)量誤差存在的這種普遍性、必然性已為長(zhǎng)期的測(cè)量實(shí)踐所證實(shí)。因此，任何測(cè)量都只能得到在某種程度上接近于被測(cè)量值的近似結(jié)果 計(jì)量工作是一項(xiàng)確保計(jì)量單位的統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確一致的重要工作，因此對(duì)歪曲測(cè)量結(jié)果、影響量值統(tǒng)一的測(cè)量誤差的學(xué)習(xí)和研究具有十分重要的意義具體地說(shuō)，研究誤差的意義體現(xiàn)在以下三方面： 1. 正確認(rèn)識(shí)誤差的性質(zhì)，分析誤差產(chǎn)生的原因，以消除和減小誤差； 2. 正確處理測(cè)量數(shù)據(jù)，合

33、理計(jì)算所得結(jié)果，以便在一定條件下得到更接近于真實(shí)值的最佳結(jié)果； 3正確組織實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，合理設(shè)計(jì)儀器或合理選用儀器和選定測(cè)量方法，以便在最經(jīng)擠的條件下得到理想的結(jié)果；二、測(cè)量誤差的定義 測(cè)量誤差被定義為測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間的差，即 測(cè)量誤差=測(cè)量結(jié)果-被測(cè)量的真值如測(cè)量某三角形內(nèi)角之和，測(cè)量結(jié)果為179°5955，則測(cè)量誤差為179°5955- 180°=-5 被測(cè)量的真值是指一個(gè)量在被觀測(cè)瞬間的條件下，被測(cè)量本身所具有的真實(shí)大小。真值是客觀存在的，但在一般情況下又是未知的，這是因?yàn)榭陀^世界的一切物體都處于不斷運(yùn)動(dòng)之中，測(cè)量也不可能完全沒(méi)有誤差，因此也就無(wú)法求

34、得瞬息變化的被測(cè)的量的真值。所以量的真值僅是一個(gè)理想的概念，在實(shí)際運(yùn)用中的真值是指以下幾種情況： 1. 理論真值：如平面三角形三內(nèi)角之和為180°,一整圓周角為360°等。2計(jì)量學(xué)約定真值：國(guó)際計(jì)量大會(huì)定義的各物理量的單位量值。如米的長(zhǎng)度等于光在真空中，在1299 792 458秒的時(shí)間間隔內(nèi)運(yùn)行路程的長(zhǎng)度。 3實(shí)際值：是指滿(mǎn)足規(guī)定準(zhǔn)確度的用來(lái)代替真值的量值，或已修正過(guò)的測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值用來(lái)代替真值的量值。在檢定中，通常把高一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所測(cè)得的量值稱(chēng)為實(shí)際值。例如；標(biāo)稱(chēng)值為10mm的量塊，在分度值為1m的立式光學(xué)計(jì)上用四等量塊相對(duì)測(cè)量，結(jié)果為99980mm，如改用三

35、等量塊在02m投影光學(xué)計(jì)上相對(duì)測(cè)量，結(jié)果為99975 mm，則后者所得測(cè)量結(jié)果稱(chēng)為實(shí)際值，在立式光學(xué)計(jì)上測(cè)量的誤差為： 9.9980-99975=+00005mm測(cè)量誤差的定義如用數(shù)學(xué)式表達(dá)，則為： =l-L真 (31) 式中： 測(cè)量誤差； l測(cè)量結(jié)果; L真被測(cè)量的真值。 公式(3-1）所表達(dá)的誤差是和測(cè)量結(jié)果同單位的量：它反映了測(cè)量結(jié)果偏離真值的實(shí)際大小，因此又稱(chēng)之為絕對(duì)誤差。 在計(jì)量檢定中，經(jīng)常使用修正值的概念。修正值等于符號(hào)相反的絕對(duì)誤差，即： 修正值=-誤差=被測(cè)量真值-測(cè)量結(jié)果 (32) 被測(cè)量真值=測(cè)量結(jié)果+修正值 (33) 測(cè)量誤差還可以用相對(duì)誤差表示，相對(duì)誤差定義為測(cè)量的絕對(duì)

36、誤差與被測(cè)量的真值之比， 即： 相對(duì)誤差 由于被測(cè)量的真值是未知的，所以實(shí)際運(yùn)用中相對(duì)誤差用絕對(duì)誤差與實(shí)際值之比表示，也可近似用絕對(duì)誤差與測(cè)量結(jié)果之比表示，即： 相對(duì)誤差 相對(duì)誤差是一個(gè)沒(méi)有單位的數(shù)值，通常以百分?jǐn)?shù)()表示。例如一矩形工件用鋼直尺測(cè)量得長(zhǎng)度為105mm，用游標(biāo)卡尺測(cè)量其長(zhǎng)度為1045mm,則該工件用鋼直尺測(cè)量的絕對(duì)誤差為1050-1045=005mm，其相對(duì)誤差為： 絕對(duì)誤差只能判斷相同被測(cè)量值的測(cè)量準(zhǔn)確度，對(duì)不同被測(cè)量值的測(cè)量準(zhǔn)確度需用相對(duì)誤差判斷。三、測(cè)量誤差的分類(lèi) 按照測(cè)量誤差來(lái)源，誤差可分為下列四種： 1. 計(jì)量器具誤差 計(jì)量器具本身所具有的誤差，如由于制造工藝的不完善

37、，計(jì)量器具的各組成部分的機(jī)構(gòu)誤差、調(diào)整誤差，量值誤差、變形誤差等都有可能在測(cè)量中引入誤差。 2 環(huán)境誤差 由于各種環(huán)境因素與所要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而引起的計(jì)量器具和被測(cè)量本身的變化所造成的誤差，如溫度、濕度、氣流、振動(dòng)，照明等所引起的誤差。計(jì)量器具在規(guī)定使用條件下產(chǎn)生的誤差稱(chēng)為基本誤差，超出規(guī)定使用條件時(shí)所增加的誤差稱(chēng)為附加誤差。 3 人員誤差 由于測(cè)量者受分辨能力的限制，因工作疲勞引起的視覺(jué)器官的生理變化，固有習(xí)慣引起的讀數(shù)誤差以及精神上的因素產(chǎn)生的一時(shí)疏忽等引起的誤差。 4 方法誤差 由于所用的測(cè)量方法不完善而引起的誤差，如經(jīng)驗(yàn)公式函數(shù)類(lèi)型選擇的近似性引入的誤差，在推導(dǎo)測(cè)量結(jié)果表達(dá)式中沒(méi)有

38、得到反映而在測(cè)量過(guò)程中又實(shí)際起作用的一些因素引起的誤差，在擬定測(cè)量方法時(shí)由于知識(shí)的不足或研究不充分而引起的誤差，等等。 根據(jù)誤差的特征和出現(xiàn)的規(guī)律，測(cè)量誤差可分為下列三種： 1隨機(jī)誤差(偶然誤差)。在實(shí)際測(cè)量條件下，多次測(cè)量同一量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定方式變化著的誤差。如儀器、儀表中傳動(dòng)部件的間隙和摩擦、連接件的變形等引起的示值不穩(wěn)定。由于在多次重復(fù)測(cè)量時(shí)隨機(jī)誤差的出現(xiàn)可大可小、可正可負(fù)，因此它影響在實(shí)際相同條件下對(duì)同一量進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)量所得測(cè)量結(jié)果的一致性，即影響測(cè)量的重復(fù)性。 2系統(tǒng)誤差。在偏離測(cè)量規(guī)定條件時(shí)或由于測(cè)量方法所引入的因素，按某確定規(guī)律所引起的誤差。 3粗大誤差。超

39、出在規(guī)定條件下預(yù)計(jì)的誤差。這是一種明顯歪曲測(cè)量結(jié)果的誤差。在測(cè)量中是不允許存在的。 應(yīng)該指出，誤差的性質(zhì)是可以在一定條件下互相轉(zhuǎn)化的。例如尺子的分劃誤差，對(duì)于制造尺子來(lái)說(shuō)是隨機(jī)誤差，但用某一尺子作為基準(zhǔn)尺以檢定成批尺子時(shí)，該分劃誤差使得成批測(cè)量結(jié)果始終長(zhǎng)些或短些，這就成了系統(tǒng)誤差，又如度盤(pán)的某一分劃誤差是恒定的，但各分劃誤差卻是大小不一、正負(fù)不一的，量塊的檢定方法誤差，對(duì)某一尺寸的量塊而言，雖然無(wú)法知道其確切數(shù)值，但一當(dāng)檢定結(jié)束，檢定方法對(duì)該量塊引入的誤差也就固定不變，但對(duì)各塊量塊而言，此檢定方法誤差則可大可小、可正可負(fù)，則又具有隨機(jī)性在檢定、測(cè)試中，人們常利用誤差相互轉(zhuǎn)化的這一特點(diǎn)，以減小誤

40、差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。四、精 度 反映測(cè)量結(jié)果與其真值接近程度的量稱(chēng)為精度因此可用誤差大小來(lái)表示測(cè)量精度的高低。誤差小，說(shuō)明測(cè)量結(jié)果與其真值較接近，精度高；反之，則精度低精度又分為幾種。 1 精密度：表示測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差大小的程度。如前所述，隨機(jī)誤差影響測(cè)量的重復(fù)性，因此精密度也就是指在一個(gè)測(cè)量過(guò)程中，在同一條件下進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，所得結(jié)果彼此之間的符合的程度。 2 正確度：表示測(cè)量結(jié)果中的系統(tǒng)誤差大小的程度。 3 準(zhǔn)確度(精確度)：表示測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差大小的綜合程度，也就是測(cè)量結(jié)果與其真值的一致程度。 對(duì)具體的測(cè)量，精密度高的正確度不一定高。正確度高的精密度也不一定高，但準(zhǔn)確度高則

41、精密度與正確度都高，三者之間的區(qū)別可用下述打靶的例子，來(lái)形象地說(shuō)明。圖31中的(a)、 (b)、 (c)表示三個(gè)射擊手的射擊成績(jī)，網(wǎng)紋處表示靶心，是每個(gè)射擊者的射擊目標(biāo)。由圖可見(jiàn)(a)表示精密度和正確度都很好，即準(zhǔn)確度很高；(b)只射中一邊，表示精密度很好，而正確度不高，(c)說(shuō)明射擊點(diǎn)很分散，表示精密度與正確度都不好。第三節(jié) 計(jì)量器具的基本計(jì)量特性 計(jì)量器具(測(cè)量?jī)x器)定義為：?jiǎn)为?dú)地或連同輔助設(shè)備一起用以進(jìn)行測(cè)量的器具。 計(jì)量器具能否適合測(cè)量目的的需要，依靠什么來(lái)評(píng)價(jià)?主要依據(jù)的是計(jì)量器具的計(jì)量特性(也有稱(chēng)度量學(xué)指標(biāo))。 1標(biāo)稱(chēng)值 計(jì)量器具(測(cè)量?jī)x器)上表明其特性或指導(dǎo)其使用的量值，該值為整

42、值或近似值。 例：a)標(biāo)在千分尺上的量值：25-50mm； b)標(biāo)在單刻度量杯上的量值：1L。 2標(biāo)稱(chēng)范圍 計(jì)量器具(測(cè)量?jī)x器)的操縱器件調(diào)到特定位置時(shí)可得到的示值范圍。 注：(1)標(biāo)稱(chēng)范圍通常用它的上限和下限表明，例如100200。若下限為零，標(biāo)稱(chēng)范圍一般只用其上限表明，例如：0100V的標(biāo)稱(chēng)范圍可表示為100V。 (2)在有些知識(shí)領(lǐng)域中，最大值與最小值的差稱(chēng)為范圍。 3測(cè)量范圍(工作范圍) 計(jì)量器具(測(cè)量?jī)x器)的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值。 注：按約定真值確定“誤差”。 4示值 由計(jì)量器具所指示的被測(cè)量值。 注：(1)示值用被測(cè)量的單位表示，而與標(biāo)在標(biāo)尺上的單位無(wú)關(guān)。有時(shí)標(biāo)尺上的值

43、(有時(shí)稱(chēng)為直接示值，直接讀數(shù)或標(biāo)尺值)需乘以?xún)x器常數(shù)以得到示值。 (2)量具的示值就是它的標(biāo)稱(chēng)值。 (3)示值也適用于相鄰標(biāo)尺標(biāo)記間的內(nèi)插估計(jì)值。 (4)示值的含意有時(shí)又可以延伸到記錄和測(cè)量信號(hào)。 5。示值誤差 計(jì)量器具示值與被測(cè)量(約定)真值之差。 注：(1)由于真值不能確定，實(shí)際上用的是約定真值。 (2)此概念主要應(yīng)用于與參考標(biāo)準(zhǔn)相比較的儀器。 (3)就實(shí)物量具而言，示值就是賦予它的值。 6(顯示裝置的)分辨力 顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。 注：(1)對(duì)于數(shù)字式顯示裝置，這就是當(dāng)變化一個(gè)末位有效數(shù)字時(shí)其示值的變化。 (2)此概念亦適用于記錄式裝置。 7穩(wěn)定性 計(jì)量器具保持其計(jì)量特性隨

44、時(shí)間恒定的能力。 8準(zhǔn)確度等級(jí) 符合一定的計(jì)量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以?xún)?nèi)的計(jì)量器具的等別、級(jí)別。 例：一等量塊、二級(jí)鋼卷尺。 9重復(fù)性 在相同測(cè)量條件下，重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量，計(jì)量器具提供相近示值的能力。 注：相同測(cè)量條件是指：相同的測(cè)量程序，相同的觀測(cè)者，相同條件下使用相同測(cè)量設(shè)備，相同的地點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)測(cè)量。 第四節(jié) 長(zhǎng)度測(cè)量的幾項(xiàng)基本原則 一、最小變形原則 長(zhǎng)度計(jì)量中引起被測(cè)件和測(cè)量器具的變形，主要是由于熱變形和彈性變形(接觸變形和自重引起的變形)，這些變形使被測(cè)件，測(cè)量器具尺寸發(fā)生變化，而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。為此，在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)盡量做到使各種原因引起的變形為最小，這就是測(cè)量

45、的最小變形原則。 (一)熱變形 1概述 熱脹冷縮，這是自然現(xiàn)象，正是這一特性，往往導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的嚴(yán)重失準(zhǔn)。 線性熱變形可用公式表示為： AL=L·t 式中：L物體尺寸，mm； 線性熱膨脹系數(shù)，10-6/； t溫度變化，。 例：三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的線性熱膨脹系數(shù)。=185×10-6，若溫度變化t=1時(shí)，則1 m長(zhǎng)的尺寸將變化： L=L··t=1000× 18.5× 10-6 = 185 m 對(duì)精密測(cè)量來(lái)講，這個(gè)數(shù)字已十分可觀了。 結(jié)論：對(duì)高精度零件、大尺寸零件檢測(cè)時(shí)，溫度的影響是一項(xiàng)不可忽視的因素。 凡是精密測(cè)試都要規(guī)定溫度條件，尤其長(zhǎng)

46、度計(jì)量幾乎所有的檢定規(guī)程中都標(biāo)明了溫度要求。即在規(guī)定溫度下測(cè)量可不做溫度修正，否則要進(jìn)行修正。對(duì)高精度、大尺寸的被測(cè)件的測(cè)量還做出等溫的要求。 2熱變形引起的測(cè)量誤差 計(jì)算公式: L=La1(t1-20)-a2(t2-20) 式中：L由于溫度變化引起的測(cè)量誤差，mm； L工件尺寸，mm； 1工件線性熱膨脹系數(shù)，106； 2量具材料線性熱膨脹系數(shù)，106； t1 工件的溫度，； t2量具(儀)的溫度，。 該式應(yīng)用時(shí)的幾個(gè)注意問(wèn)題： (1)t1，t2因測(cè)量開(kāi)始和測(cè)量結(jié)束時(shí)溫度是不會(huì)一致的，應(yīng)取始末均值計(jì)算。 (2)一般不涉及和t自身測(cè)量精度問(wèn)題，但更高精度測(cè)量時(shí)就要考慮和t自身測(cè)量精度問(wèn)題了。當(dāng)被

47、測(cè)件與量具(儀)材料相同時(shí)，即l=2=時(shí)，上式可寫(xiě)成： L=L·(tl-t2)=L·at 說(shuō)明此時(shí)熱變形產(chǎn)生的測(cè)量誤差主要是由于被測(cè)件與量具(儀)之間的溫度差造成。如果在測(cè)量前把被測(cè)件與量具(儀)放置在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行等溫(等溫的時(shí)間長(zhǎng)短與溫差大小、物體質(zhì)量、散熱面積、周?chē)橘|(zhì)等因素有關(guān)，有的檢定規(guī)程中已給定經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的等溫時(shí)間)。那么，假設(shè)經(jīng)過(guò)等溫t=0，此時(shí)，L=L·t=0。 當(dāng)然這是一種理想狀態(tài)，但盡管進(jìn)行等溫，大型零件表面和內(nèi)部溫度也不一定相等，即使在恒溫室中，溫度場(chǎng)分布也不會(huì)均勻，對(duì)溫度測(cè)量也有一定誤差，測(cè)量環(huán)境溫度由于人體、照明熱源等也會(huì)有波動(dòng)。因此，可

48、以說(shuō)，等溫后，熱變形引起的測(cè)量誤差會(huì)變得很小，在一定精度的測(cè)量時(shí)，可以忽略不計(jì)。 我們?cè)跍y(cè)量工作中，往往只注意恒溫條件，如要求(20±3)，而不注意人體的體溫傳導(dǎo)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。如：長(zhǎng)度2804000mm的內(nèi)卡規(guī)，在手掌中握上25 min，長(zhǎng)度應(yīng)增加2050m；用食指與姆指(不帶手套)拿20mm的量塊30s，量塊尺寸會(huì)增大05m (顯然是不允許的)。為此，對(duì)高精度測(cè)量?jī)x器，如接觸式干涉儀、平晶等厚干涉儀等，都要有防止和減少熱輻射的隔離裝置。 (二)彈性變形 1概述 測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量力、接觸形式、被測(cè)件的自重等原因?qū)⑹箿y(cè)量器具或被測(cè)件產(chǎn)生彈性變形，造成測(cè)量誤差。 具體講，彈性變形

49、主要有儀器支架變形、被測(cè)件(如量塊、線紋尺等)的支承變形；測(cè)頭、工作臺(tái)與被測(cè)件的接觸變形等。為什么接觸式測(cè)量器具都規(guī)定有測(cè)量力；為什么要規(guī)定接觸形式；為什么在測(cè)量細(xì)長(zhǎng)的被測(cè)件時(shí)要恰當(dāng)?shù)剡x擇支承等，都是力圖減少?gòu)椥宰冃?，以減少由彈性變形引起的測(cè)量誤差。 2彈性變形引起的測(cè)量誤差 (1)支承變形 當(dāng)被測(cè)件水平放置時(shí)，其彎曲變形量的大小和變形狀態(tài)與支承方式和支點(diǎn)的位置有密切關(guān)系，對(duì)細(xì)長(zhǎng)被測(cè)件而言，自重的影響更為顯著。如一長(zhǎng)度為工的細(xì)長(zhǎng)的且截面均勻的被測(cè)件，采取如圖2-1的兩點(diǎn)支承方式，其變形最小(根據(jù)不同的變形狀態(tài))的支點(diǎn)位置有表21的幾種類(lèi)型，可根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇。(2)接觸變形不正確地選擇測(cè)量

50、力的大小、接觸體的材料及接觸方式將會(huì)引起較大的表面接觸變形。測(cè)量力引起的接觸變形 接觸測(cè)量時(shí)、測(cè)量?jī)x器必須有足夠的測(cè)量力。以保證測(cè)頭與被測(cè)件可靠的接觸。但測(cè)量力的存在，將在接觸位置產(chǎn)生壓陷變形而造成測(cè)量誤差。 一般按被測(cè)件公差來(lái)確定測(cè)量力的大小，當(dāng)被測(cè)件公差小于2m時(shí)，測(cè)力不應(yīng)高于 25 N；被測(cè)件公差210m時(shí)，測(cè)力應(yīng)為2.54N；被測(cè)件公差大于10m時(shí)，測(cè)力應(yīng)大于4N，小于10N。 與接觸方式有關(guān)的接觸變形 常見(jiàn)的接觸方式分為點(diǎn)接觸、線接觸和面接觸。從變形與接觸面的關(guān)系講，接觸面積越小、壓強(qiáng)越大，變形也越大。顯然在相同的測(cè)量力情況下點(diǎn)接觸變形最大，面接觸變形最小。 幾種接觸方式如圖2-2。

51、 接觸方式的選用在檢定規(guī)程中大都已確定了。如量塊測(cè)量是用球測(cè)頭對(duì)平面；外徑千分尺測(cè)直徑是平面測(cè)頭對(duì)圓柱面；內(nèi)徑千分表測(cè)內(nèi)徑是球測(cè)頭對(duì)圓柱面等等。 在檢定規(guī)程未作規(guī)定或尚無(wú)檢定規(guī)程的檢定、檢測(cè)中也一定要遵守上述原則。 二、阿貝原則 阿貝原則又稱(chēng)布線原則、串聯(lián)原則，是長(zhǎng)度計(jì)量中一個(gè)基本的重要的原則。 定義：“如果要使測(cè)量?jī)x器得出正確的測(cè)量結(jié)果，則必須將儀器的標(biāo)尺安裝在被測(cè)件測(cè)量中心線的延長(zhǎng)線上?！狈策`反阿貝原則所產(chǎn)生的誤差叫阿貝誤差。符合阿貝原則的測(cè)量示意如圖2-3，不符合阿貝原則的測(cè)量示意如圖2-4。 由圖(2-3)知， L=L·Lcos=L(1-cos)cos=1- L=(二階誤差，

52、很小時(shí)可忽略不計(jì)) 由圖(24)知， L=S·tg 由于較小，故tg Ls·(一次誤差，不可忽略) 符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是二次誤差，當(dāng)很小時(shí)，此誤差可忽略不計(jì)。不符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是一次誤差，標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)件距離s越大，誤差越大，它是不可忽視的一種誤差。 阿貝原則是長(zhǎng)度計(jì)量的最基本的原則，其意義在于它避免了因?qū)к壵`差引起的一次測(cè)量誤差。在儀器設(shè)計(jì)中，遵守阿貝原則可在保證儀器設(shè)計(jì)精度的前提下，相應(yīng)降低儀器導(dǎo)軌的制造精度，如立式測(cè)長(zhǎng)儀、萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀、阿貝線紋比較儀等都是根據(jù)阿貝原則設(shè)計(jì)的，其測(cè)量精度都比較高，而導(dǎo)軌的精度則比不符合阿貝原則的同類(lèi)儀器低，在檢定測(cè)試中遵守阿貝原則可提高測(cè)量精度，特別是在使用不符合阿貝原則的儀器時(shí)，注意阿貝原則的運(yùn)用，可減小因儀器違反阿貝原則而引入的一次誤差，提高了儀器的使用精度，如游標(biāo)卡尺是不符合阿貝原則的，如圖可看出，其誤差：L=S在使用中，如使被測(cè)工件盡可能地向主尺靠攏，以減小兩軸線