精密测量长度尺寸测量.ppt

第二章第二章长度尺寸测量长度尺寸测量221 1 长度的基标准和量值传递长度的基标准和量值传递 长度计量基准是指以现代科学技术所能达到的最长度计量基准是指以现代科学技术所能达到的最高准确度，保存和复现长度单位高准确度，保存和复现长度单位“米米”的整套装备。的整套装备。长度计量基准是各国之间和一个国家内部统一长长度计量基准是各国之间和一个国家内部统一长度单位的基准，也是保证量值准确和实现互换性的基度单位的基准，也是保证量值准确和实现互换性的基础。础。“米米”是长度计量的基本单位。是长度计量的基本单位。本节主要内容本节主要内容：长度基准长度基准“米米”的定义、复现、历史沿革的定义、复现、历史沿革长度基准、标准的概念及量值传递系统长度基准、标准的概念及量值传递系统一、长度的基本单位一、长度的基本单位“米米”的定义及其复的定义及其复现现、米定义的历史演变、米定义的历史演变长度基本单位米定义的建立，经历了一个长度基本单位米定义的建立，经历了一个从自然基准到实物基准，又从实物基准到自然从自然基准到实物基准，又从实物基准到自然基准，最后发展为用物理常数来定义的演变过基准，最后发展为用物理常数来定义的演变过程。程。P P3131【米制的提出与复现】【米制的提出与复现】17901790年，法国科学院受法国国民议会委托，首次年，法国科学院受法国国民议会委托，首次提出提出“米制米制”概念概念。它将通过巴黎天文台的地球子午。它将通过巴黎天文台的地球子午线长度的四千万分之一定义为线长度的四千万分之一定义为“米米”。1792179217981798年年，在西班牙的巴塞罗那和法国的敦，在西班牙的巴塞罗那和法国的敦刻尔克间进行刻尔克间进行三角测量三角测量，得出通过巴黎天文台的地球，得出通过巴黎天文台的地球子午线从赤道到地极点的距离，并以它的千万分之一子午线从赤道到地极点的距离，并以它的千万分之一(相当于地球子午线的四千万分之一相当于地球子午线的四千万分之一)作为一米的长度，作为一米的长度，于于17991799年年用铂金用铂金制成制成横截面积为横截面积为25.34.0525.34.05毫米的矩毫米的矩形形端面基准米尺端面基准米尺，米尺两端面间的距离即为一米。它，米尺两端面间的距离即为一米。它保存在法兰西共和国档案局，所以称为保存在法兰西共和国档案局，所以称为“档案米尺档案米尺”，又称，又称“阿希夫米尺阿希夫米尺”。复现误差复现误差0.20.2【第一次国际米定义】【第一次国际米定义】实物（线纹）基准，不确定度实物（线纹）基准，不确定度1.110-71.110-7国际基准米尺（米原器）：国际基准米尺（米原器）：18881888年，国际计量局从年，国际计量局从3131根用铂铱合金制成的根用铂铱合金制成的尺子中选出与阿希夫米尺长度最接近的第尺子中选出与阿希夫米尺长度最接近的第号米尺号米尺作为国际基准，此即作为国际基准，此即“国际基准米尺国际基准米尺”。其复现精。其复现精确度可以达到千万分之一。确度可以达到千万分之一。定义：定义：18891889年，第一届国际计量大会正式承认并重新年，第一届国际计量大会正式承认并重新把把“米米”定义为：定义为：“在在00时，尺的中性面上两条刻线时，尺的中性面上两条刻线沿尺轴方向的长度为一米沿尺轴方向的长度为一米”。从此，从此，“米米”的定义的定义由端面距离转为刻线间距离。由端面距离转为刻线间距离。1889：表示国际米原器的截面：表示国际米原器的截面【第二次国际米定义】【第二次国际米定义】自然基准，不确定度自然基准，不确定度2.5102.510-8-8 19601960年的第十一届国际计量大会通过以年的第十一届国际计量大会通过以“氪氪-86-86的的辐射光波长定义辐射光波长定义“米米”的决定。这个的决定。这个“米米”的定义是：的定义是：“1“1米等于氪米等于氪-86-86原子在原子在2P2P1010和和5D5D5 5能级之间跃迁时，其辐能级之间跃迁时，其辐射光在真空中的波长的射光在真空中的波长的1650763.731650763.73倍。倍。”同时宣布废除同时宣布废除18891889年确定的米定义和国际基准米尺。这样年确定的米定义和国际基准米尺。这样“米米”在规在规定的物理条件下在任何地点都可以复现，所以也有称之定的物理条件下在任何地点都可以复现，所以也有称之为为自然基准自然基准的。的。【第三次国际米定义】【第三次国际米定义】最新米定义，最新米定义，基准为基准为基本物理常数基本物理常数。、最新米定义及其复现、最新米定义及其复现（1 1）定义：）定义：19831983年年1010月召开的第月召开的第1717届国际计量大会届国际计量大会,通过通过了现行了现行的最新米定义是：的最新米定义是：“1m“1m是光在真空中于（是光在真空中于（1/2997924581/299792458）s s的时间间隔内所行进的路程长度的时间间隔内所行进的路程长度”。（2 2）复现）复现：定义的实现（实物化）：定义的实现（实物化）,有三种复现方法。有三种复现方法。【飞行时间法飞行时间法】根据式根据式=C=C t t，精确测出平面电磁波通过路程，精确测出平面电磁波通过路程的时的时间间隔间间隔t t、光速值、光速值C C 给定，从而求得长度值给定，从而求得长度值。用于天文、大地等测量工作的复现方法用于天文、大地等测量工作的复现方法.【真空波长法真空波长法】用频率为用频率为 f f 的平面电磁波的真空波长来复现米。这的平面电磁波的真空波长来复现米。这个波长是通过测量平面电磁波的频率个波长是通过测量平面电磁波的频率f f，然后应用关系式，然后应用关系式 c/fc/f得到的。用真空波长法复现米，在实际使用中得到的。用真空波长法复现米，在实际使用中仍可应用传统的光波干涉法。仍可应用传统的光波干涉法。用于实验室计量测试工作的复现方法用于实验室计量测试工作的复现方法.【用于一般测量工作的复现方法用于一般测量工作的复现方法】直接应用国际米定义咨询委会（直接应用国际米定义咨询委会（CCDMCCDM）推荐的几种）推荐的几种稳频激光器的频率值与波长值。要求：按推荐的波长值、稳频激光器的频率值与波长值。要求：按推荐的波长值、使用条件、不确定度使用。使用条件、不确定度使用。、新米定义的特点新米定义的特点（1 1）将米的定义与单位的复现方法这两者分离。）将米的定义与单位的复现方法这两者分离。（2 2）新定义不仅废除了长度计量的实物基准，而且还废）新定义不仅废除了长度计量的实物基准，而且还废除了单一的长度计量基准。除了单一的长度计量基准。（3 3）新的米定义把真空中光速值）新的米定义把真空中光速值C C=299792458m/s=299792458m/s作为一作为一个个固定不变的物理常数固定不变的物理常数确定下来。光速值从此不再是确定下来。光速值从此不再是一个物理学中可测量的量，而作为一个换算常数。一个物理学中可测量的量，而作为一个换算常数。（4 4）在目前条件下，米定义的改变不影响米作为基本单）在目前条件下，米定义的改变不影响米作为基本单位的地位。这一特点使得目前通用的国际单位制不必位的地位。这一特点使得目前通用的国际单位制不必作任何改变作任何改变 。二、长度基准二、长度基准【计量基准计量基准】有时亦称最高标准，是在特定领域内具有时亦称最高标准，是在特定领域内具有当代最高计量特性的标准，用以定义、实有当代最高计量特性的标准，用以定义、实现、保持或复现量的计量单位，它是计量的现、保持或复现量的计量单位，它是计量的最高依据。最高依据。【长度基准长度基准】在长度计量领域具有当代最高计量特性在长度计量领域具有当代最高计量特性 的标准，用以定义、实现、保持或复现长度的标准，用以定义、实现、保持或复现长度基本单位米的标准。基本单位米的标准。【长度基准的分类长度基准的分类】依基准实体分：端面基准和线纹基准（装置的构成）依基准实体分：端面基准和线纹基准（装置的构成）依精度等级分：国家基准、国家副基准、工作基准依精度等级分：国家基准、国家副基准、工作基准国家基准：国家基准：根据物理量基本单位的定义复现并保存单位量的根据物理量基本单位的定义复现并保存单位量的基准器具。基准器具。职能：用于统一全国长度单位量值。职能：用于统一全国长度单位量值。特点：具有高稳定性、可复现性和可比较性、法制性及目前特点：具有高稳定性、可复现性和可比较性、法制性及目前技术所能达到的最高准确度。技术所能达到的最高准确度。国家副基准：国家副基准：是与国家基准器具比对来确定其量值的测量器具。是与国家基准器具比对来确定其量值的测量器具。职能：保证国家基准器具不因使用频繁而降低精度。职能：保证国家基准器具不因使用频繁而降低精度。工作基准：工作基准：由国家基准或副基准校准或比对用于检定标准的由国家基准或副基准校准或比对用于检定标准的测量器具。测量器具。特点：一般是实物基准，包括线纹和端度（量块）两大类特点：一般是实物基准，包括线纹和端度（量块）两大类 。三、长度标准三、长度标准【长度标准】【长度标准】是按国家规定的不同准确度等级，作为检定和测是按国家规定的不同准确度等级，作为检定和测 量用的测量器具。量用的测量器具。【基准和标准的区别】【基准和标准的区别】准确度和测量中的作用不同，其它方面无本质区别。准确度和测量中的作用不同，其它方面无本质区别。【种类】【种类】：现有九大类：现有九大类 线纹长度标准（线纹尺）；端面长度标准（量块）；线纹长度标准（线纹尺）；端面长度标准（量块）；24m 24m基线标准；基线标准；平面角标准；平面角标准；度盘检定标准；平面度标准（平晶）；度盘检定标准；平面度标准（平晶）；表面粗糙度标准（单、多刻线样板）；表面粗糙度标准（单、多刻线样板）；齿轮渐开线标准；齿轮渐开线标准；螺纹标准，丝杠标准及圆度标准。螺纹标准，丝杠标准及圆度标准。四、四、长度量值传递系统长度量值传递系统【概念】【概念】将米定义基准器与机械产品零件的尺寸精度联系将米定义基准器与机械产品零件的尺寸精度联系起来的法制制度或法制联系渠道称为量值传递系统。起来的法制制度或法制联系渠道称为量值传递系统。【目的】【目的】保证长度量值的统一和准确。保证长度量值的统一和准确。【我国长度现行的基本量值传递系统】【我国长度现行的基本量值传递系统】（P P3333）。）。国家基准复现的国家基准复现的“米米”的准确长度，按照国家规的准确长度，按照国家规定的检定系统通过检定逐级或直接传递给工作中使用定的检定系统通过检定逐级或直接传递给工作中使用的、不同精度等级的长度测量工具。的、不同精度等级的长度测量工具。从米定义基准器传递到机械产品零件尺寸的主要从米定义基准器传递到机械产品零件尺寸的主要环节是实物基准器。环节是实物基准器。