(精品)课题二 测量技术基础.ppt

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1、2.12.1 概述概述2.2 2.2 计量器具与测量计量器具与测量2.3 2.3 测量误差及数据处理测量误差及数据处理课题二课题二 测量技术基础测量技术基础2.1 概述2.1.1 2.1.1 测量技术的概念测量技术的概念 1.1.测量测量 是指为确定被测量值而进行的一组操作过程，其实质是指为确定被测量值而进行的一组操作过程，其实质是将被测的量是将被测的量L L与具有计量单位的标准量与具有计量单位的标准量E E进行比较，从而进行比较，从而确定比值确定比值q q的过程，即的过程，即q q=L/EL/E。一个完整的测量过程应包括以下四个要素：一个完整的测量过程应包括以下四个要素：（1）测量对象）测量

2、对象 本课程涉及的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗本课程涉及的测量对象是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差等。糙度、形状和位置误差等。（2）测量单位）测量单位 在机械制造中常用的单位为毫米在机械制造中常用的单位为毫米(mm)。（3）测量方法）测量方法 指测量时所采用的测量原理、计量器具以及测量条件的总和。指测量时所采用的测量原理、计量器具以及测量条件的总和。（4）测量精确度）测量精确度 指测量结果与真值的一致程度。指测量结果与真值的一致程度。为了实现测量的目的，必须使用统一的标准量，采用一定的测量方法和为了实现测量的目的，必须使用统一的标准量，采用一定的测量方法和运用适

3、当的测量工具，而且要达到一定的测量精确度，以确保零件的互换性。运用适当的测量工具，而且要达到一定的测量精确度，以确保零件的互换性。2.1 概述2.1.1 2.1.1 测量技术的概念测量技术的概念2.2.检验检验 检验是指为确定被测量是否达到预期要求所进行的测检验是指为确定被测量是否达到预期要求所进行的测量，从而判断是否合格，不一定得出具体的量值。量，从而判断是否合格，不一定得出具体的量值。检验与测量是相近似的一个概念，它的含义比测量更检验与测量是相近似的一个概念，它的含义比测量更广一些。例如，表明锈蚀的检验，金属内部缺陷的检验等，广一些。例如，表明锈蚀的检验，金属内部缺陷的检验等，在这些情况下

4、，就不能用测量的概念。在这些情况下，就不能用测量的概念。对测量技术的基本要求是：保证测量精度，高的测量对测量技术的基本要求是：保证测量精度，高的测量效率，低的测量成本。结合测量技术分析零件的加工工艺，效率，低的测量成本。结合测量技术分析零件的加工工艺，积极采取措施，避免废品的产生。积极采取措施，避免废品的产生。2.1.2 2.1.2 长度基准与尺寸传递长度基准与尺寸传递 1.1.长度基准长度基准 为了进行长度的测量，必须建立统一可靠的长为了进行长度的测量，必须建立统一可靠的长度单位基准。度单位基准。目前世界各国所使用的长度单位有米目前世界各国所使用的长度单位有米制和英制两种制和英制两种。2.1

5、.2 2.1.2 长度基准与尺寸传递长度基准与尺寸传递2.2.尺寸传递尺寸传递 为了保证量值统一，必须把长度基准的量值准为了保证量值统一，必须把长度基准的量值准确地传递到生产中应用的计量器具和工件上去。因确地传递到生产中应用的计量器具和工件上去。因此，必须建立一套从长度的最高基准到被测工件的此，必须建立一套从长度的最高基准到被测工件的严密而完整的长度尺寸传递系统。严密而完整的长度尺寸传递系统。在技术上，从国家基准谱线开始，长度量值分两个平行的系统向下传递在技术上，从国家基准谱线开始，长度量值分两个平行的系统向下传递(见图见图2 21)1)，一个是端面量具，一个是端面量具(量块量块)系统，另一个

6、是刻线量具系统，另一个是刻线量具(线纹尺线纹尺)系统。系统。其中以量块为媒介的传递系统应用较广。本节主要介绍了量块的基本知识和其中以量块为媒介的传递系统应用较广。本节主要介绍了量块的基本知识和使用方法。使用方法。以量块为媒介的传递系统应用较广。以量块为媒介的传递系统应用较广。2.1.2 2.1.2 长度基准与尺寸传递长度基准与尺寸传递2.2.尺寸量值传递系统尺寸量值传递系统 2.1.3 2.1.3 量块的基本知识量块的基本知识 量块是没有刻度的平面平行端面量具，横截面为矩形。量块是没有刻度的平面平行端面量具，横截面为矩形。量块用来检定和调整、校对计量器具，还可以用于测量工量块用来检定和调整、校

7、对计量器具，还可以用于测量工件精度划线和调整设备等。件精度划线和调整设备等。1.1.量块的材料、形状和尺寸量块的材料、形状和尺寸 量块是没有刻度的平面平行端面量具，呈长方形六面体形状，横截面为矩量块是没有刻度的平面平行端面量具，呈长方形六面体形状，横截面为矩形。量块上有两个平行的测量面，其表面光滑平整。两个测量面间具有精确的形。量块上有两个平行的测量面，其表面光滑平整。两个测量面间具有精确的尺寸。另外还有四个非测量面。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。标称尺寸。另外还有四个非测量面。量块上标出的尺寸称为量块的标称长度。标称长度长度L10mm的量块，截面尺寸为的量块，截面尺寸为30mm9mm；

8、标称长度；标称长度L10mm的量的量块，截面尺寸为块，截面尺寸为35mm9mm；标称长度；标称长度L5.5mm的量块，尺寸值标记在的量块，尺寸值标记在测量面上；标称长度测量面上；标称长度L5.5mm的量块，尺寸值标记在非工作面上。的量块，尺寸值标记在非工作面上。从量块一个测量面上任意一点从量块一个测量面上任意一点(距边缘距边缘0.5mm区域除外区域除外)到与此量块另一到与此量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的长度个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的长度Li，从量块一个测量面上中心，从量块一个测量面上中心点到与此量块另一个测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度点到与此量块另一个

9、测量面相研合的面的垂直距离称为量块的中心长度L，量，量块测量面上最大和最小长度之差称为量块的长度变动量。块测量面上最大和最小长度之差称为量块的长度变动量。量块用特殊合金钢制成，具有线胀系数小、不易变形、硬度高、耐磨性量块用特殊合金钢制成，具有线胀系数小、不易变形、硬度高、耐磨性好、工作面粗糙度值小以及研合性好等特点。好、工作面粗糙度值小以及研合性好等特点。2.1.3 2.1.3 量块的基本知识量块的基本知识 2.2.量块的精度量块的精度 根据不同的使用要求，量块做成不同的精度等级。划分量块精度根据不同的使用要求，量块做成不同的精度等级。划分量块精度有两种规定：有两种规定：按按“级级”划分和按划

10、分和按“等等”划分。划分。国标国标GB60931985按制造精度将量块分为按制造精度将量块分为00，0，1，2，3，k级共级共6级，精度依次降低。量块按级，精度依次降低。量块按“级级”使用时，是以量块的标称长使用时，是以量块的标称长度为工作尺寸的，该尺寸包含了量块的制造误差，它们将被引入到测度为工作尺寸的，该尺寸包含了量块的制造误差，它们将被引入到测量结果中。但因不需要加修正值，故使用较方便。量结果中。但因不需要加修正值，故使用较方便。国家计量局标准国家计量局标准JJG1462003量块检定规程量块检定规程按检定精度将按检定精度将量块分为等，精度依次降低。量块按量块分为等，精度依次降低。量块按

11、“等等”使用时，不再以标使用时，不再以标称长度作为工作尺寸，而是用量块经检定后所给出的实测中心长度作称长度作为工作尺寸，而是用量块经检定后所给出的实测中心长度作为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，仅包含检定时较小的测为工作尺寸，该尺寸排除了量块的制造误差，仅包含检定时较小的测量误差。量误差。2.1.3 2.1.3 量块的基本知识量块的基本知识3.3.量块的使用量块的使用 为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按一定的尺寸系列成套生产供应。国家标准共规定了一定的尺寸系列成套生产供应。国家标准共规定了1717种系种系列的成套量块。列的成套量块

12、。为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块应按一定的尺寸系列成套生产供应。一定的尺寸系列成套生产供应。2.1.3 2.1.3 量块的基本知识量块的基本知识3.3.量块的使用量块的使用 量块在使用时，常常用几个量块组合成所需要的尺寸，如图量块在使用时，常常用几个量块组合成所需要的尺寸，如图（a a）所示，一般不超过块。可以从消去尺寸的最末位数开始，逐一选取。例如，所示，一般不超过块。可以从消去尺寸的最末位数开始，逐一选取。例如，使用使用8383块一套的量块组，从中选取量块组成块一套的量块组，从中选取量块组成33.625mm33.625mm。查表。查

13、表1 1，可按如下，可按如下步骤选择量块尺寸：步骤选择量块尺寸：图图4-2 量块的形状及尺寸量块的形状及尺寸量块实物量块实物陶瓷量块实物陶瓷量块实物 2.2 计量器具与测量方法 2.2.1 2.2.1 计量器具的分类计量器具的分类1.1.按用途分类按用途分类 （1 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是指测量时体现标准量的测量器具。通常用来校对和调整其他计量器具，或作为量器具。通常用来校对和调整其他计量器具，或作为标准量与被测量进行比较。标准量与被测量进行比较。（2 2）通用计量器具通用计量器具 指通用性大、可用来测量某指通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸（或其他几何量）

14、，并能获得具体一范围内各种尺寸（或其他几何量），并能获得具体读数值的计量器具。读数值的计量器具。（3 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是指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。个特定几何量的计量器具。2.2.按结构和工作原理分类按结构和工作原理分类 （1 1）机械式计量器具机械式计量器具 是指通过机械结构实现对被是指通过机械结构实现对被测量的感应、传递和放大的计量器具。测量的感应、传递和放大的计量器具。（2 2）光学式计量器具光学式计量器具 是指用光学方法实现对被测是指用光学方法实现对被测量的转换和放大的计量器具。量的转换和放大的计量器具。（3 3）气动式计量器具气

15、动式计量器具 是指靠压缩空气通过气动系是指靠压缩空气通过气动系统的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的统的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具。计量器具。（4 4）电动式计量器具电动式计量器具 是指将被测量通过传感器转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。变为电量，再经变换而获得读数的计量器具。（5 5）光电式计量器具光电式计量器具 是指利用光学方法放大或瞄是指利用光学方法放大或瞄准，通过光电组件再转换为电量进行检测，以实现几何准，通过光电组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。量的测量的计量器具。2.2.2 2.2.2 计量器

16、具的基本度量指标计量器具的基本度量指标 度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的。度量指标是用来说明计量器具的性能和功用的。1.1.分度值（刻度值）分度值（刻度值）2.2.刻度间距刻度间距 3.3.示值范围示值范围 4 4.测量范围测量范围 5.5.灵敏度灵敏度 6.6.测量力测量力 7.7.示值误差示值误差 8.8.示值变动示值变动 9.9.回程误差（滞后误差）回程误差（滞后误差）10.10.不确定度不确定度2.2.3 2.2.3 测量方法的分类测量方法的分类 测量方法可以从不同角度进行各种不同的分类。测量方法可以从不同角度进行各种不同的分类。1.1.直接测量和间接测量。直接测量和间接测量。

17、2.2.绝对测量和相对测量。绝对测量和相对测量。3.3.接触测量和非接触测量。接触测量和非接触测量。4.4.单项测量和综合测量。单项测量和综合测量。5.5.主动测量和被动测量。主动测量和被动测量。6.6.静态测量和动态测量。静态测量和动态测量。7.7.等精度测量和不等精度测量。等精度测量和不等精度测量。2.3 测量误差及数据处理 2.3.1 2.3.1 测量误差的概念测量误差的概念 在测量过程中，由于计量器具本身的误差以及测在测量过程中，由于计量器具本身的误差以及测量方法和测量条件的限制，任何一次测量的测得值都量方法和测量条件的限制，任何一次测量的测得值都不可能是被测几何量的真值，两者存在着差

18、异。这种不可能是被测几何量的真值，两者存在着差异。这种差异在数值上则表现为测量误差。差异在数值上则表现为测量误差。测量误差有下列两种形式测量误差有下列两种形式:1.1.绝对误差绝对误差 2.2.相对误差相对误差2.3.2 2.3.2 测量误差的来源测量误差的来源 1.1.计量器具的误差计量器具的误差 计量器具的误差是指计量器具本身所具有的误差，计量器具的误差是指计量器具本身所具有的误差，包括计量器具的设计、制造和使用过程中的各项误差。包括计量器具的设计、制造和使用过程中的各项误差。2.2.测量方法误差测量方法误差 测量方法误差是指测量方法不完善所引起的误差。测量方法误差是指测量方法不完善所引起

19、的误差。3.3.测量环境误差测量环境误差 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。件所引起的误差。4.4.人员误差人员误差 人员误差是指测量人员的主观因素所引起的误差。人员误差是指测量人员的主观因素所引起的误差。2.3.3 2.3.3 测量误差的种类和特性测量误差的种类和特性 1.1.随机误差随机误差 随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，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。其数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。（1 1）随机误差的分布规律及其特性随机误差

20、的分布规律及其特性 对称性对称性 绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概绝对值相等、符号相反的随机误差出现的概率相等。率相等。单峰性单峰性 绝对值小的随机误差出现的概率比绝对值大绝对值小的随机误差出现的概率比绝对值大的随机误差出现的概率大。的随机误差出现的概率大。抵偿性抵偿性 在一定的测量条件下，多次重复进行测量，在一定的测量条件下，多次重复进行测量，各次随机误差的代数和趋近于零。各次随机误差的代数和趋近于零。有界性有界性 在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不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。会超出一定的界限。（2 2）随机误差的评定指标随机误差的评定指标 可用数学表达

21、式表示可用数学表达式表示 （3 3）随机误差的极限值随机误差的极限值 随机误差的极限值是指测量极限误差，也就是测量随机误差的极限值是指测量极限误差，也就是测量误差可能出现的极限值。误差可能出现的极限值。2.2.系统误差系统误差 系统误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量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保持不变或按一定规律变化的时，误差的大小和符号均保持不变或按一定规律变化的误差。误差。（1 1）线性变化的系统误差线性变化的系统误差 （2 2）周期性变化的系统误差周期性变化的系统误差 （3 3）复杂变化的系统误差复杂变化的系统误差 3.3.粗大误差粗大误差 粗

22、大误差是指明显超出规定条件下预期的误差粗大误差是指明显超出规定条件下预期的误差 2.3.4 2.3.4 关于测量精度的几个概念关于测量精度的几个概念 测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。测量精度是指被测量的测得值与其真值的接近程度。1.1.精密度精密度 表示测量结果随机误差影响的程度表示测量结果随机误差影响的程度 2.2.正确度正确度 表示测量结果受系统误差影响的程度表示测量结果受系统误差影响的程度 3.3.准确度准确度 表示测量结果受系统误差和随机误差综合表示测量结果受系统误差和随机误差综合影响的程度影响的程度图图4-7 精密度、正确度和准确度示意图精密度、正确度和准确度示意图2.

23、3.5 2.3.5 测量结果的数据处理测量结果的数据处理 对测量结果进行数据处理是为了找出被测量最对测量结果进行数据处理是为了找出被测量最可信的数值以及评定这一数值所包含的误差。可信的数值以及评定这一数值所包含的误差。1.1.测量列中随机误差的处理测量列中随机误差的处理 随机误差的出现是不可避免和无法消除的。对随机误差的出现是不可避免和无法消除的。对测量结果进行处理。数据处理的步骤如下测量结果进行处理。数据处理的步骤如下:（1 1）计算算术平均值计算算术平均值 （2 2）计算残差计算残差 （3 3）计算标准偏差计算标准偏差 （4 4）计算测量列算术平均值的标准偏差计算测量列算术平均值的标准偏差

24、 2.2.系统误差的发现和消除系统误差的发现和消除 发现系统误差的方法有多种，直观的方法是发现系统误差的方法有多种，直观的方法是“残差观察法残差观察法”。发现系统误差后需采取措施加以消除。可以在发现系统误差后需采取措施加以消除。可以在产生误差根源上消除产生误差根源上消除;用加修正值的方法消除用加修正值的方法消除;也可也可用两次读数方法消除系统误差等。用两次读数方法消除系统误差等。3.3.粗大误差的剔除粗大误差的剔除 粗大误差的特点是数值比较大，对测量结果产粗大误差的特点是数值比较大，对测量结果产生明显的歪曲，应从测量数据中将其剔除。剔除粗生明显的歪曲，应从测量数据中将其剔除。剔除粗大误差不能凭主观臆断，应根据判断粗大误差的准大误差不能凭主观臆断，应根据判断粗大误差的准则予以确定。则予以确定。