测量基础知识概要 测量技术是一门具有自身专业体系、涵盖多种学科、理论性和实践性都非常强的前沿科学。 而熟知测量技术方面的基本知识，则是掌握测量技能，独立完成对机械产品几何参数测量的 基础。1.1 测量的定义 一件制造完成后的产品是否满足设计的几何精度要求，通常有以下几种判断方式。 测量：是以确定被测对象的量值为目的的全部操作。在这一操作过程中，将被测对象与复现 测量单位的标准量进行比较，并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。例如用 游标卡尺对一轴径的测量，就是将被对象（轴的直径）用特定测量方法（用游标卡尺测量） 与长度单位（毫米）相比较。若其比值为100,准确度为土0.1mm，则测量结果可表达为（ 100 0。 1） mm。任何测量过程都包含：测量对象、计量单位、测量方法和测量误差等四个要素。 测试：是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。检验：是判断被测物理量是否合格（在规定范围内）的过程，一般来说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，通常不一定要求测出具体值。因此检验也可 理解为不要求知道具体值的测量。计量：为实现测量单位的统一和量值准确可靠的测量。1.2 测量基准 测量基准是复现和保存计量单位并具有规定计量单位特性的计量器具。 在几何量计量领域内，测量基准可分为长度基准和角度基准两类。 长度基准：1983年第十七届国际计量大会根据国际计量委员会的报告，批准了米的新定义： 即“一米是光在真空中在 1299 792 458 秒时间间隔内的行程 图 11 长度计量检定系统 表（简化）长度”。根据米的定义建立的国家基准、副基准和工作基准，一般都不能在生产 中直接用于对零件进行测量。为了确保量值的合理和统一，必须按国家计量检定系统的 规定，将具有最高计量特性的国家基准逐级进行传递，直至用于对产品进行测量的各种测量 器具。角度基准：角度量与长度量不同。由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角等 于 360，而弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此无需建立角度的自然基准。1.3 量块 量块是一种平行平面端度量具，又称块规。它是保证长度量值统一的重要常用实物量具。除 了作为工作基准之外，量块还可以用来调整仪器、机床或直接测量零件。一般特性：量块是以其两端面之间的距离作为长度的实物基准，是一种单值量具，其材料与 热处理工艺应满足量块的尺寸稳定、硬度高、耐磨性好的要求。通常都用铬锰钢、铬钢和轴 承钢制成。结构：绝大多数量块制成直角平行六面体，也有制成炉20的圆柱体。每块量块都有两个表 面非常光洁、平面度精度很高的平行平面，称为量块的测量面（或称工作面）。量块长度（尺 寸）是指量块的一个测量面上的一点至与量块相研合的辅助体（材质与量块相同）表面（亦 称辅助表面）之间的距离。为了消除量块测量面的平面度误差和两测量面间的平行度误差对 量块长度的影响，将量块的工作尺寸定义为量块的中心长度，即两个测量面的中心点的长度。 精度：量块按其制造精度分为五个“级”：00、0、1、2和3级。 00级精度最高， 3级最低。 分级的依据是量块长度的极限偏差和长度变动量允许值。使用：单个量块使用很不方便，故一般都按序列将许多不同标称尺寸的量块成套配置，使用 时根据需要选择多个适当的量块研合起来使用。通常，组成所需尺寸的量块总数不应超过四 块。例如，为组成89.765mm的尺寸，可由成套的量块中选出1.005、1.26、7.5、80mm四块 组成，即89.765 所需尺寸一）1.005 第块88.76一）1.26 第二块87.5一）7.5 第三块80 第四块注意事项：量块在使用过程中应注意以下几点： 量块必须在使用有效期内，否应及时送专业部门检定。 所选量块应先放入航空汽油中清洗，并用洁净绸布将其擦干，待量块温度与环境湿度相同 后方可使用。 使用环境良好，防止各种腐蚀性物质对量块的损伤及因工作面上的灰尘而划伤工作面，影 响其研合性, 。 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手温对测量精确度的影响。 使用完毕应，先用航空汽油清洗量块，并擦干后涂上防锈脂放入专用盒内妥善保管。1.4 测量方法分类 根据获得测量结果的不同方式可分为： 直接测量和间接测量：从测量器具的读数装置上直接得到被测量的数值或对标准值的偏差称 直接测量。如用游标卡尺、外径千分尺测量轴径等。通过测量与被测量有一定函数关系的量， 根据已知的函数关系式求得被测量的测量称为间接测量。如通过测量一圆弧相应的弓高和弦 长而得到其圆弧半径的实际值。绝对测量和相对测量：测量器具的示值直接反映被测量量值的测量为绝对测量。用游标卡尺、 外径千分尺测量轴径就是绝对测量。将被测量与一个标准量值进行比较得到两者差值的测量 为相对测量。如用内径百分表测量孔径为相对测量。接触测量和非接触测量：测量器具的测头与被测件表面接触并有机械作用的测力存在的测量 为接触测量。如用光切法显微镜测量表面粗糙度即属于非接触测量。单项测量和综合测量：对个别的、彼此没有联系的某一单项参数的测量称为单项测量。同时 测量个零件的多个参数及其综合影响的测量。用测量器具分别测出螺纹的中径、半角及螺距 属单项测量；而用螺纹量规的通端检测螺纹则属综合测量。被动测量和主动测量：产品加工完成后的测量为被动测量；正在加工过程中的测量为主动测 量。被动测量只能发现和挑出不合格品。而主动测量可通过其测得值的反馈，控制设备的加 工过程，预防和杜绝不合格品的产生。1.5 测量误差由于测量过程的不完善而产生的测量误差，将导致测得值的分散入不确定。因此，在测量过 程中，正确分析测量误差的性质及其产生的原因，对测得值进行必要的数据处理，获得满足 一定要求的置信水平的测量结果，是十分重要的。测量误差定义：被测量的测得值x与其真值x 0之差，即：= x x 0 由于真值是不可能确切获得的，因而上述善于测量误差的定义也是理想要概念。在实际工作 中往往将比被测量值的可信度（精度）更高的值，作为其当前测量值的“真值”。 误差来源：测量误差主要由测量器具、测量方法、测量环境和测量人员等方面因素产生。 测量器具：测量器具设计中存在的原理误差，如杠杆机构、阿贝误差等。制造和装配过程 中的误差也会引起其示值误差的产生。例如刻线尺的制造误差、量块制造与检定误差、表盘 的刻制与装配偏心、光学系统的放大倍数误差、齿轮分度误差等。其中最重要的是基准件的 误差，如刻线尺和量块的误差，它是测量器具误差的主要来源。 测量方法：间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后 的误差累积。 测量环境：测量环境主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。在一般测量过 程中，温度是最重要的因素。测量温度对标准温度（+20C）的偏离、测量过程中温度的变 化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差。 测量人员：测量人员引起的误差主要有视差、估读误差、调整误差等引起，它的大小取决 于测量人员的操作技术和其它主观因素。误差分类：测量误差按其产生的原因、出现的规律、及其对测量结果的影响，可以分为系统 误差、随机误差和粗大误差。 系统误差：在规定条件下，绝对值和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差，称为系 统误差。其中绝对值和符号不变的系统误差为定值系统误差，按一定规律变化的系统误差为 变值系统误差。如量块的误差、刻线尺的误差、度盘偏心的误差。系统误差大部分能通过修 正值或找出其变化规律后加以消除。 随机误差：在规定条件下，绝对值和符号以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差。 就某一次测量而言，随机误差的出现无规律可循，因而无法消除。但若进行多次等精度重复 测量，则与其它随机事件一样具有统计规律的基本特性，可以通过分析，估算出随机误差值 的范围。随机误差主要由温度波动、测量力变化、测量器具传动机构不稳、视差等各种随机 因素造成，虽然无法消除，但只要认真、仔细地分析产生的原因，还是能减少其对测量结果 的影响。 粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差，称为粗大误差。粗大误差是由某种非正常的 原因造成的。如读数错误、温度的突然大幅度变动、记录错误等。该误差可根据误差理论， 按一定规则予以剔除。1.7 基本测量原则 在实际测量中，对于同一被测量往往可以采用多种测量方法。为减小测量不确定度，应尽可 能遵守以下基本测量原则：阿贝原则：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。若被测长度 与基准长度并排放置，在测量比较过程中由于制造误差的存在，移动方向的偏移，两长度之 间出现夹角而产生较大的误差。误差的大小除与两长度之间夹角大小有关外，还与其之间距 离大小有关，距离越大，误差也越大。基准统一原则：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，终检测量应以设计基准作为测量基准。最短链原则：在间接测量中，与被测量具有函数关系的其它量与被测量形成测量链。形成测 量链的环节越多，被测量的不确定度越大。因此，应尽可能减少测量链的环节数，以保证测 量精度，称之为最短链原则。当然，按此原则最好不采用间接测量，而采用直接测量。所以，只有在不可能采用直接测量， 或直接测量的精度不能保证时,才采用间接测量。应该以最少数目的量块组成所需尺寸的量块组，就是最短链原则的一种实际应用。 最小变形原则：测量器具与被测零件都会因实际温度偏离标准温度和受力（重力和测量力） 而产生变形，形成测量误差。在测量过程中，控制测量温度及其变动、保证测量器具与被测零件有足够的等温时间、选用 与被测零件线胀系数相近的测量器具、选用适当的测量力并保持其稳定、选择适当的支承点 等，都是实现最小变形原则的有效措施。1.8 测量器具的主要技术性能指标 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等。刻度：在测量器具上指示出不同量值的刻线标记的组合称为刻度。 刻度间距：沿着刻线尺（标尺）长度方向所测得的两个相邻刻线标记中心之间的距离称为刻 度间距，也称标尺间距。分度值：两相邻刻线所代表的量值之差称为仪器的分度值。它是一台仪器所能读出的最小单 位量值。一般地说，分度值越小，测量器具的精度越高。数字式量仪没有标尺或度盘，而与其相对应的为分辨率。分辨率是仪器显示的最末位数字间 隔所代表的被测量值。示值范围：测量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围称为示值范围。 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。 测量范围与示值范围的区别在于：测量范围既包括 图 13 比较测量示意图示值范围又包括仪器某些部件的调整范围。如外径百分尺的测量范围有025mm、2550mm、5075mm等，其示值范围则均为25mm。比较仪的测量范围为180mm，其示值范围则为土0.1 mm（如图1 3所示）。示值范围与标尺有关，测量范围取决于结构。量程：测量范围的上限值和下限值之差称为量程。量程大的仪器使用起来比较方便，但仪器 的线性误差将随之变大使仪器的准确度下降。灵敏度：测量器具对被测量值变化的反应能力称为灵敏度。对于一般长度测量器具，灵敏度 等于标尺间距a与分度值I之比，又称放大比或放大位数K,即K= a / I测量力：采用接触法测量时，测量器具的传感器与被测零件表面之间的接触力。测量力及其 变动会影响测量结果的精度。因此，绝大多数采用接触测量法的测量器具，都具有测量力稳 定机构。示值误差：测量器具的示值与被测量的真值之差。例如用百分尺测量轴的直径得读数值为 31.675mm，而其真值为31.678mm，则百分尺的示值误差等于