长度计量第三章-长度计量基础知识概要优秀PPT.ppt
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1、第三章 长度计量基础学问1 1 长度度计量的任量的任务和内容和内容2 2 米的定米的定义及其及其发展展3 3 长度度计量的基本原量的基本原则4 4 影响影响长度度测量精确度的主要因素量精确度的主要因素5 5 常用的几种常用的几种测量方法量方法6 6 长度度计量中的几种常用方法量中的几种常用方法7 7 长度度计量技量技术的新的新发展展主主 要要 内内 容容一、长度计量的主要任务一、长度计量的主要任务 探讨和确定长度单位;探讨建立和保存长度计量基准、探讨和确定长度单位;探讨建立和保存长度计量基准、标准;建立长度各项计量检定系统,组织量值传递;标准;建立长度各项计量检定系统,组织量值传递;开展计量检
2、定与修理,保证量值的精确一样;探讨新的开展计量检定与修理,保证量值的精确一样;探讨新的长度计量测量方法和手段,确定测量精确度;应用新的长度计量测量方法和手段,确定测量精确度;应用新的科学技术理论,开拓长度计量的新领域科学技术理论,开拓长度计量的新领域二、长度计量包括的内容二、长度计量包括的内容 1.长度尺寸长度尺寸-如端度、轴径、坐标尺寸、线纹间尺寸、如端度、轴径、坐标尺寸、线纹间尺寸、箱体结构尺寸箱体结构尺寸 2.角度角度-如平面角、圆分度、空间位置角、锥度如平面角、圆分度、空间位置角、锥度 3.表面形态和位置误差表面形态和位置误差 4.表面粗糙度表面粗糙度 5.角度和长度的复合工程参量角度
3、和长度的复合工程参量1 长度计量的任务和内容长度计量的任务和内容一、米的演化一、米的演化 1790年年 法国科学院受法国国会托付,提出法国科学院受法国国会托付,提出“米米”制建议。制建议。1791年,以通过巴黎的子午线的四千万分之一作为一米,年,以通过巴黎的子午线的四千万分之一作为一米,1799年法国制造了一只铱合金矩形的金属米尺年法国制造了一只铱合金矩形的金属米尺-档案米档案米尺尺十九世纪后期,国际计量局定制了十九世纪后期,国际计量局定制了30只横截面积为只横截面积为X形形的铂铱合金的米原器复制品,它的长度与档案米尺相等。的铂铱合金的米原器复制品,它的长度与档案米尺相等。1899年召开第一届
4、国际计量大会,批准了经过测量选定年召开第一届国际计量大会,批准了经过测量选定的其中的其中No.VI作为国际长度基准作为国际长度基准-国际米原器,称国际国际米原器,称国际米。米。1927年第七届国际计量大会规定了国际米的定义是:米是年第七届国际计量大会规定了国际米的定义是:米是国际计量局保存的国际米原器上两端刻线的中间刻线的轴国际计量局保存的国际米原器上两端刻线的中间刻线的轴线在线在0C时的距离时的距离 2 米的定义及其发展米的定义及其发展二、现行米的定义二、现行米的定义1983年年10月第十七届国际计量大会通过的米的新定义为:月第十七届国际计量大会通过的米的新定义为:米是在真空中在(米是在真空
5、中在(1/299792458)秒的时间间隔内所经路)秒的时间间隔内所经路径的长度。径的长度。1960年第十一届国际计量大会通过了米的新定义:年第十一届国际计量大会通过了米的新定义:米的长度等于氪米的长度等于氪-86原子的原子的2P10和和5d5能级之间跃迁能级之间跃迁所对应的辐射在真空中波长的所对应的辐射在真空中波长的1650763.73倍。倍。三、米定义的复现方法三、米定义的复现方法1.用于天文测量、大地测量的复现方法用于天文测量、大地测量的复现方法L=ct2.用于试验室计量工作的复现方法用于试验室计量工作的复现方法 由所测得频率与固定光速值来复现波长值由所测得频率与固定光速值来复现波长值3
6、.用于一般测量的复现方法用于一般测量的复现方法用米定义询问委员会举荐运用的五种激光辐射和两用米定义询问委员会举荐运用的五种激光辐射和两类同位素的随意一种来复现。类同位素的随意一种来复现。(1)甲烷吸取稳频的氦氖激光辐射甲烷吸取稳频的氦氖激光辐射(2)碘吸取稳频的染料激光或碘吸取稳频的染料激光或1.15微米的氦氖激光的微米的氦氖激光的倍频辐射倍频辐射(3)碘吸取稳频的氦氖激光辐射碘吸取稳频的氦氖激光辐射(4)碘吸取稳频的氩离子激光辐射碘吸取稳频的氩离子激光辐射(5)两类同位素光谱灯辐射两类同位素光谱灯辐射 对应于氪对应于氪-86原子在原子在2P10和和5d5能级之间跃迁所对能级之间跃迁所对应的辐
7、射应的辐射 汞汞-198和镉和镉-114原子的辐射原子的辐射长度单位的发展:长度单位的发展:17901790年,档案米尺年,档案米尺18801880年,国际米原器年,国际米原器铂铱合金的高精度米尺第6号尺(30多根)当时米的定义为:米的长度等于在冰点温度下,米原器两端刻线间的距离。19601960年,光波波长年,光波波长米定义为:米的长度等于86Kr原子的2p10和5d5能级之间跃迁所对应的辐射在真空中的波长的165 0763.73倍。19831983年,新定义年,新定义北极-赤道 地球子午线/1000万巴黎激光技术:单色性好、方向性好、光强大1、新定义的内容、新定义的内容米是光在真空中在米是
8、光在真空中在1/299 792 458 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。废除废除1960年年10月第月第11届国际计量大会批准建立在届国际计量大会批准建立在86K r原子的原子的2p10和和5d5能级能级间跃迁基础上的米定义。间跃迁基础上的米定义。(1)关于米定义的决议关于米定义的决议(2)规定米定义的规定米定义的3种复现方法种复现方法用于天文、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 依据依据 l=c t 关系式,由测出的时间关系式,由测出的时间t与给定的光速值与给定的光速值 c复现长度值复现长度值 l;用于试验室计量测试工作的复现方法用于试
9、验室计量测试工作的复现方法 依据入依据入cf 关系式,由测出的频率关系式,由测出的频率 f 与给定的光速值与给定的光速值 c复现长度值复现长度值 l;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 干脆运用米定义询问委员会举荐运用的干脆运用米定义询问委员会举荐运用的5种激光辐射和种激光辐射和2类同位素类同位素 光谱灯辐射的任一种来复现。(光谱灯辐射的任一种来复现。(He-Ne、Hg、Kr等)等)2新定义的特点新定义的特点(1)新定义建立在真空中光速值新定义建立在真空中光速值 c299 792 458 ms这一基本物理常数的基这一基本物理常数的基础之上。础之上。这一特点使得复现米的不确定度
10、不受某种基本物质性能的限制。这一特点使得复现米的不确定度不受某种基本物质性能的限制。(2)将米的定义与单位的复现方法这两者区分开来。这一特点使复现米的精将米的定义与单位的复现方法这两者区分开来。这一特点使复现米的精确度不受定义本身的限制。确度不受定义本身的限制。(3)新定义不仅废除了长度计量的自然基准,而且还废除了单一的长度计量基新定义不仅废除了长度计量的自然基准,而且还废除了单一的长度计量基准。这特点使得复现米的不确定度不受某一基准本身精确度的限制。准。这特点使得复现米的不确定度不受某一基准本身精确度的限制。(4)在目前(当时)条件下,米定义的变更不影响米作为基本单位的地位。这在目前(当时)
11、条件下,米定义的变更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作任何变更。一特点使得目前通用的国际单位制不必作任何变更。长度的量值传递长度的量值传递量值传递是量值传递是“将国家计量基准所复现的计量值,通过检将国家计量基准所复现的计量值,通过检定(或其它方法)传递给下一等级的计量标准(器),定(或其它方法)传递给下一等级的计量标准(器),并依次逐级传递到工作计量器具上,以保证被测对象的并依次逐级传递到工作计量器具上,以保证被测对象的量值精确一样的方式量值精确一样的方式”。我国长度量值传递系统如图所示,从最高基准谱线向下我国长度量值传递系统如图所示,从最高基准谱线向下传递,有
12、两个同等的系统,即端面量具(量块)和刻线传递,有两个同等的系统,即端面量具(量块)和刻线量具(线纹尺)系统。其中尤以量块传递系统应用最广。量具(线纹尺)系统。其中尤以量块传递系统应用最广。角度的量值传递角度的量值传递角度基准与长度基准有本质的区分。角度的自然基准是客角度基准与长度基准有本质的区分。角度的自然基准是客观存在的,不须要建立,因为一个整圆所对应的圆心角是观存在的,不须要建立,因为一个整圆所对应的圆心角是定值(定值(2rad2rad或或360360)。因此,将整圆随意等分得到的角)。因此,将整圆随意等分得到的角度的实际大小,可以通过各角度相互比较,利用圆周角的度的实际大小,可以通过各角
13、度相互比较,利用圆周角的封闭性求出,实现对角度基准的复现。封闭性求出,实现对角度基准的复现。为了检定和测量须要,仍旧要建立角度度量的基准为了检定和测量须要,仍旧要建立角度度量的基准 。一、阿贝原则一、阿贝原则二、圆周封闭原则二、圆周封闭原则三、变形最小原则三、变形最小原则四、最短测量连原则四、最短测量连原则3 长度计量的基本原则长度计量的基本原则五、基准统一原则五、基准统一原则一、阿贝原则一、阿贝原则被测量的测量轴线与标准量的测量轴线相重合或在其延被测量的测量轴线与标准量的测量轴线相重合或在其延长线上,称为阿贝原则。长线上,称为阿贝原则。阿贝原则是长度计量的基本原则,其意义在于它避开了阿贝原则
14、是长度计量的基本原则,其意义在于它避开了测量时因直线度误差或测量轴线倾斜等因素引起的一次测量时因直线度误差或测量轴线倾斜等因素引起的一次测量误差而只存在二次微小误差。测量误差而只存在二次微小误差。在检定和测试中遵守阿贝原则可以提高测量的精确度,在检定和测试中遵守阿贝原则可以提高测量的精确度,违反阿贝原则会产生的一次测量误差,这种因违反阿贝违反阿贝原则会产生的一次测量误差,这种因违反阿贝原而产生的一次测量误差叫做阿贝误差。原而产生的一次测量误差叫做阿贝误差。如图所示,干分尺的测微螺杆和被测物处在一条直线上,符合阿贝原则,因测量轴线倾斜所产生的误差L为:因为很小,L属二阶误差,可以忽视小计。阿贝原
15、则:举例说明阿贝原则:举例说明游标卡尺的标准尺游标卡尺的标准尺(刻线面刻线面)与被测物不在一条直与被测物不在一条直线上,而处于偏离位置,故不符合阿贝原则。线上,而处于偏离位置,故不符合阿贝原则。L属一阶误差,属一阶误差,L越大,产生误差也越大越大,产生误差也越大比较结论比较结论 在允许相同的测量误差的状况下,串联方案对仪器导轨在允许相同的测量误差的状况下,串联方案对仪器导轨的要求相对可以有所降低,因而降低仪器的制造成本。的要求相对可以有所降低,因而降低仪器的制造成本。缺点:仪器导轨较长,一般为被测长度的缺点:仪器导轨较长,一般为被测长度的1.5倍,倍,这样对大尺寸的测量是很不利的。这样对大尺寸
16、的测量是很不利的。因此,在某些状况下,有时也不得不违反阿贝原则而因此,在某些状况下,有时也不得不违反阿贝原则而接受并联布置方案,但必需设法实行措施,以补偿或抵消接受并联布置方案,但必需设法实行措施,以补偿或抵消一次方误差造成的影响,一次方误差造成的影响,二、圆周封闭原则二、圆周封闭原则 利用在同一圆周上全部分度夹角之和等于利用在同一圆周上全部分度夹角之和等于360。,亦即全。,亦即全部夹角误差之和等于零的这一自然封闭特性,在没有更高精度部夹角误差之和等于零的这一自然封闭特性,在没有更高精度的圆周分度基准器件的状况下,接受的圆周分度基准器件的状况下,接受“自检法自检法”也能达到高精也能达到高精度
17、测量的目的。度测量的目的。定义定义一个圆的原则一个圆的原则适用场合适用场合 在圆周分度器件的测量中,如刻度盘、圆柱齿轮等,在圆周分度器件的测量中,如刻度盘、圆柱齿轮等,凡能形成凡能形成圆周封闭圆周封闭条件的场合。条件的场合。两个比较实例两个比较实例(1)、用高精度直角尺进行比较测量、用高精度直角尺进行比较测量在测量时先将两指示器在测量时先将两指示器A和和B用直角尺用直角尺C调至零位,这样调至零位,这样A、B两两点的连线与平板定位基准面间就建立了一个直角基准。点的连线与平板定位基准面间就建立了一个直角基准。图图(b)所示:为依次与方形角尺所示:为依次与方形角尺D的各角相比较,就可得到各角的各角相
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