(精品)测量技术基础2.ppt

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1、测量技术基础检测的意义“检测”就是确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。检测的方法可以分为两类：定性检验和定量测试。定性检验的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。因其检验效率高、检验成本低而在大批量生产中得到广泛应用。定量测试的方法是在对被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法。测量的基本要素“测量”是以确定量值为目的的全部操作。测量过程实际上就是一个比较过程，也就是将被测量与标准的单位量进行比较，确定其比值的过程。若被测量为L，计量单位为u，确定的比值为q，则测量可表示为L=qu一个完整的测量过程应包含被测量、计量单位、测量方法（含

2、测量器具）和测量精度等四个要素。测量的基本要素（续）测量的基本要素（续）被测量：在机械精度的检测中主要是有关几何精度方面的参数量，其基本对象是长度和角度。但是，长度量和角度量在各种机械零件上的表现形式却是多种多样的。因此，认真分析被测对象的特性，研究被测对象的含义是十分重要的。例如，表面粗糙度的各种评定参数，齿轮的各种误差项目，尺寸公差与形位公差之间的独立与相关关系等等。计量单位（简称单位）是以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”、“千克”、“秒”、“安

3、”等为基本单位。机械工程中常用的长度单位有“毫米”、“微米”和“纳米”，常用的角度单位是非国际单位制的单位“度”、“分”、“秒”和国际单位制的辅助单位“弧度”、“球面度”。测量的基本要素（续）测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。广义地说，测量方法可以理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。在实施测量过程中，应该根据被测对象的特点（如材料硬度、外形尺寸、生产批量、制造精度、测量目的等）和被测参数的定义来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量结果。测量精度:是测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到

4、的测量结果是没有任何意义的。测量的基本要素（续）测量的基本要素（续）真值的定义为：当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，说明其可信度。长度的量值传递量值传递是“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），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准确一致的方式”。我国长度量值传递系统如图1所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传

5、递系统应用最广。测量结果必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。所用计量器具要获得这一特性，就必须经过具有较高准确度的计量标准的检定，而该计量标准又需受到上一级计量标准的检定，逐级往上溯源，直至国家计量基准或国际计量基准，实现企业的量值在国际范围内的合理的统一。测量器具的分类测量器具:是一种具有固定形态、用以复现或提供一个或多个已知量值的器具。按用途的不同量具可分为以下几类：单值量具 只能体现一个单一量值的量具。可来校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行比较。如量块、角度量块等。多值量具 可体现一组同类量值的量具。同样能校对和调整其它测量器具或作为标准量与被测量直接进行

6、比较。如线纹尺、90角尺等测量器具的分类（续）专用量具 专门用来检验某种特定参数的量具。常见的有：检验光滑圆柱孔或轴的光滑极限量规，判断内螺纹或外螺纹合格性的螺纹量规，判断复杂形状的表面轮廓合格性的检验样板，用模拟装配通过性来检验装配精度的功能量规等等。通用量具 我国习惯上将结构比较简单的测量仪器称为通用量具。如游标卡尺、外径千分尺、百分表等。测量器具的技术性能指标量具的标称值 标注在量具上用以标明其特性或指导其使用的量值。如标在量块上的尺寸，标在刻线尺上的尺寸，标在角度量块上的角度等。刻线间距 测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为0.752.5mm的等

7、距离刻线。分度值 测量器具的标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差。如一外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01mm，则该测量器具的分度值为0.01mm。分度值是一种测量器具所能直接读出的最小单位量值，它反映了读数精度的高低，从一个侧面说明了该测量器具的测量精度高低。测量器具的技术性能指标（续）示值 由测量器具所指示的被测量值。示值范围 由测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。如机械式比较仪的示值范围为-0.1+0.1mm（或0.1mm），如图2所示。测量范围 在允许不确定度内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限值的范围。例如，外径千分尺的测量范围有025mm、2550

8、mm等，机械式比较仪的测量范围为0180mm，如图所示。测量力 在接触式测量过程中，测量器具测头与被测量面间的接触压力。测量力太大会引起弹性变形，测量力太小会影响接触的稳定性。测量器具的技术性能指标（续）灵敏度 计量器具反映被测几何量微小变化的能力。如果被测参数的变化量为L，引起测量器具示值变化量为x，则灵敏度S=x/L。当分子分母为同一类量时，灵敏度又称放大比K。也等于器具的刻度线间距与分度值之比。如百分表的刻度线间距为1.5mm，分度值为0.1mm，它的放大比为1.5/0.1=150，放大比越大该器具灵敏度越高。灵敏阈（限）引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量

9、值微小变动的不敏感程度。重复性 在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。测量器具的技术性能指标（续）示值误差 测量仪器的示值与被测量的真值之差。示值误差是测量仪器本身各种误差的综合反映。因此，仪器示值范围内的不同工作点，示值误差是不相同的。一般示值误差为分度值的0.5倍或更大,对较好的器具示值误差为分度值1/21/4。可用适当精度的量块或其它计量标准器，来检定测量器具的示值误差。回程误差 在相同条件下，被测量值不变，测量器具行程正反方向不同时，两示值之差的绝对值。它是由测量器具中测量系统的间隙、变形和磨擦等原因引起的。测量误差 由测

10、量器具示值误差、测量方法、外界条件以及操作人员的素质所造成的综合误差。测量器具的技术性能指标（续）不确定度不确定度：对测量结果不能肯定的程度，是与测量结果相联的参数，表征合理地赋予被测量值的分散性。不确定度由1和2组成：=1+2 1：A类，用统计方法评定而来（随机+系统不确定度）。2：B类，基于实验或实践评定而来。不确定度来源：仪器，人为，方法，环境，标准。绝对误差绝对误差：测量结果与真值之差。=X-XO：绝对误差 X：测量结果 XO=真值相对误差相对误差：测量的绝对误差与被测真值之比的绝对值 =X-XO/XO.测量器具的技术性能指标（续）系统误差系统误差：在相同条件下，多次测量同一量值时误差

11、的绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，按某一确定规律变化的误差。系统误差影响测量结果的准确性，所以应对其进行修正或系统误差影响测量结果的准确性，所以应对其进行修正或以消除。如外径千分尺校对棒的误差。以消除。如外径千分尺校对棒的误差。随机误差随机误差：在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的绝对值与符号均不定，即可大可小，可正可负。它影响测量结果的精密度。如百分表测杠与轴套配合的间隙所产生的误差。测量方法分类1、按所测得的量（参数）是否为欲测之量分类 直接测量 从测量器具的读数装置上得到欲测之量的数值或对标准值的偏差。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。间接测量 先

12、测出与欲测之量有一定函数关系的相关量，然后按相应的函数关系式，求得欲测之量的测量结果。2、按测量结果的读数值不同分类 绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。测量方法分类（续）相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。3、按被测件表面与测量器具测头是否有机械接触分类 接触测量 测量器具的测头与零件被测表面接触后有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但

13、它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。测量方法分类（续）非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。4、按测量在工艺过程中所起作用分类 主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称消极测量。测量

14、方法分类（续）5、按零件上同时被测参数的多少分类 单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。综合测量 检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。测量方法分类（续）6、按被测工件在测量时所处状态分类 静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。动态测量

15、测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。7、按测量中测量因素是否变化分类 等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。测量方法分类（续）不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦

16、，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。测量中应遵循的重要原则(1)阿贝原则 是要求在测量过程中被测长度与基准长度应安置在同一直线上的原则 (3)最短测量链原则 是由测量信号从输入到输出量值通道的各个环节所构成的测量链，其环节越多测量误差越大。(2)基准统一原则 是要求测量基准要与加工基准和使用基准统一，即工序测量应以工艺基准作为测量基准，终结测量应以设计基准作为测量基准。(5)封闭原则 是在闭合的圆周分度中，全部角度分量的偏差的总和为零。在检测封闭圆周中各分量的角度（或弧长）时，根据封闭原则可不需高精度标准，用相对法进行检测。(4)最小变形原则 是测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准

17、温度和受力（重力和测量力）而发生变形，形成测量误差。精密度精密度：表示随机误差的影响,重复测量同一量值时，所得的测量结果一致程度。测量精度可分三种测量精度可分三种:准确度准确度：表示系统误差的影响,重复测量同一量值时，其平均值与真值的偏离程度。精确度精确度：测量结果与其真值的一致程度。精密度高，正确度低精密度高，正确度低精密度高，正确度高精密度高，正确度高精密度低，正确度高精密度低，正确度高正确选择计量器具原则 1、根据零件公差选用量具 通常有两种情况：一种以工件的最大、最小极限尺寸作为验收极限，由于测量误差的存在，当验收的零件处于极限附近时，容易出现误收和误废的现象，第二种是从工件最大、最小

18、极限尺寸分别向公差带内移动一个安全裕度A作为验收极限，即上验收极限=最大实体尺寸-A、下验收极限=最小实体尺寸-A，通常A=10%20%零件的公差值。2、按计量器具不确定度允许值来确定选用量具 按照测量误差的来源，测量的不确定度由计量器具的不确定度1和测量不确定度2组成，在国家标准GB/T3177-1997光滑工件尺寸的检验中已明确规定用普通计量器具如游标卡尺、千分尺、指示表应按计量器具的不确定度允许值选择计量器具，使用所选用的计量器具不确定度等于或小于GB/T3177-1997表5-1、5-2规定的1 值。正确选择计量器具原则（续）实践表明：当使用形状与工件相同的标准器比较测量时，千分尺的不

19、确定度可以减少约65%，当使用形状与工件不同的标准器时，千分尺的不确定度可以减少约35%，如果所选择的计量器具的不确定度1大于工件要求的计量器具的不确定度允许值，则应该扩大安全裕度，但不能超过工件公差的15%，因为扩大安全裕度就减少了制造公差，也就是增加生产难度，用提高制造费用的代价来弥补计量器具精度的降低（检测费用降低）。因此在实际生产中应权衡得失来选择量器具。按计量器具不确定度允许值来确定选用量具3根据被测零件的表面质量选用量具 在实际使用计量器具过程中，有些人认为用精度高的计量器具检测零件，可以保证和提高测量结果精度，在这种是思想的指导下，无论被测零件精度高低，表面粗糙度如何，均用高精度

20、量具测量。由于频繁使用，结果使千分尺的微分丝杆和测量面磨损，示值误差超差，正确选择计量器具原则（续）4.按被测工件的特性选择 工件的特性是指工件的外形、大小、重量、材料、刚性和表面粗糙度等，选择计量器具必须考虑工件的这些特性。例例1 1 测量23-0.020-0.053-0.020-0.053的轴,请选择量具.解:选择量具的步骤如下:第一步第一步 算出被测件的尺寸公差.23-0.020-0.053-0.020-0.053的公差为:T=-0.020-(-0.053)=0.033(mm)第二步第二步 查A和u.5.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

21、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。例例1 1（续）根据已算出的T=0.033mm=33m 查表1知,该工件为8级精度,其A=3.3m,u有三个值:u=0.033m,u=5.0m,u=7.4m。第三步第三步 选择计量器具 从表2查找符合u u1的u值。为此，先查表2尺寸范围为0mm50mm的，查得0mm50mm分度值为0.01的外径千分尺的测量不确定度实际值u=0.004mm=4m。将u 与 u1比较知：u=4m u=5.0m,符合u u1的原则,故可以用0 mm25 mm的外径千分尺测量23-0.020-0.053-

22、0.020-0.053的轴的尺寸。第四步第四步 确定验收极限上验收极限=最大实体尺寸-A=(23-0.020)-0.0033=22.977(mm)下验收极限=最小实体尺寸+A=(23-0.053)+0.0033=22.950(mm)例例1 1（续）绘验收极限图(见图)测量时,只接受尺寸在22.977mm22.950mm之间的工件,超过上述尺寸范围的工件拒受。确定验收极限确定验收极限有两种:一种以工件的最大、最小极限尺寸作为验收极限，即安全裕度A=0。第二种是从工件最大、最小极限尺寸分别向公差带内移动一个安全裕度A作为验收极限，A值等于工件公差T的1/10。光滑孔和光滑轴的验收极限计算如下:孔尺

23、寸的验收极限:上验收极限=最小实体极限(LML)-安全裕度(A)=LML-A 下验收极限=最大实体极限(MML)+安全裕度(A)=MML+A轴尺寸的验收极限:上验收极限=最大实体极限(MML)-安全裕度(A)=MML-A 下验收极限=最小实体极限(LML)+安全裕度(A)=LML+A确定验收极限（续）根据什么选择验收极限:(1)对遵循包容要求的尺寸、公差等级高的尺寸，其验收极限取A0。（2）当工艺能力指数C1时，其验收极限可取A=0来确定；但是，对遵循包容要求的尺寸，其最大实体极限一边仍按A0来确定。（3）对于偏态分布的尺寸，其验收极限可以仅对偏向的一边按按A0来确定。（4）对非配合和一般公差

24、的尺寸，其验收极限按A=0来确定。在检验中为什么不对测量误差和测量不确定度进行分析？答:根据u u1原则选择计量器具,而且计量器具是经过检定合格,同时正确操作计量器具进行测量,在这种情况下,对检验过程的检验误差和测量不确定度不进行分析.这是因为按u u选择计量器具,而且检验验收已设置验收极限,着两方面都已考虑了检验误差和测量不确定度值。有效数字的确定及运算法则有效数字的确定及运算法则（续）一、有效数字1.在分析工作中实际能测量到的数字就称为有效数字。如在外径千分尺上测一个零件，有人可读为21.456，有人可读为21.457，而21.45为准确的。有效数字包括最末一位的可疑数字。如3.14和0.

25、33分别为三位和两位有效数字，它们最末位数为4和3是可疑的。2.在记录有效数字时，规定只允许数的末位欠准，而且只能上下差1。二、有效数字修约规则 用“四舍六入五成双”规则舍去过多的数字。即当尾数4时，则舍；尾数6时，则入；尾数等于5时，若5前面为偶数则舍，为奇数时则入。当5后面还有不是零的任何数时，无论5前面是偶或奇皆入。有效数字的确定及运算法则有效数字的确定及运算法则（续）例如：将下面左边的数字修约为三位有效数字2.3242.32 2.3252.32 2.3262.33 2.3352.34 2.325012.33三、有效数字运算法则 1.在加减法运算中，每数及它们的和或差的有效数字的保留，以

26、小数点后面有效数字位数最少的为标准。在加减法中，因是各数值绝对误差的传递，所以结果的绝对误差必须与各数中绝对误差最大的那个相当。例如：2.03750.074539.54=？有效数字的确定及运算法则有效数字的确定及运算法则（续）39.54是小数点后位数最少的，在这三个数据中，它的绝对误差最大，为0.01，所以应以39.54为准，其它两个数字亦要保留小数点后第二位，因此三数计算应为：2.040.0739.54=41.652.在乘除法运算中，每数及它们的积或商的有效数字的保留，以每数中有效数字位数最少的为标准。在乘除法中，因是各数值相对误差的传递，所以结果的相对误差必须与各数中相对误差最大的那个相当。例如：13.920.01121.9723=？有效数字的确定及运算法则有效数字的确定及运算法则（续）0.0112是三位有效数字，位数最少，它的相对误差最大，所以应以0.0112的位数为准，即：13.90.01121.97=0.3073.分析结果小数点后的位数，应与分析方法精密度小数点后的位数一致。如1.25和1.250的精度是不一样的，1.25的绝对误差不大于0.01/2=0.005，而1.250的绝对误差不大于0.001/2=0.0005。1.25可能在1.2551.245之间，而1.250可能在1.25051.25495之间