武漢理工大學(xué)互換性與測量技術(shù)課程B課件第2章_技術(shù)測量基礎(chǔ)

1、 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.1 2.1 技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識2.2 2.2 測量誤差及數(shù)據(jù)處理測量誤差及數(shù)據(jù)處理2.3 2.3 用普通計量器具檢測用普通計量器具檢測第第2章章 技術(shù)測量基礎(chǔ)技術(shù)測量基礎(chǔ) 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) （1）了解測量的基本概念及其四要素。 （2）了解尺寸傳遞的概念，掌握尺寸傳遞中的重要媒介之一量塊的基本知識。 （3）理解計量器具的分類及常用的度量指標(biāo)。 （4）了解測量方法的分類及其特點。 （5）了解尺寸誤檢、驗收極限與安全裕度的基本概念。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互

2、換性與測量技術(shù)2.1 2.1 技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識技術(shù)測量的基礎(chǔ)知識2.1.1 2.1.1 技術(shù)測量的基本概念技術(shù)測量的基本概念 為了認識自然，改造自然，往往要求對一些現(xiàn)象或物體進行定量的描述，并以量值來表示。電子平板測圖三坐標(biāo)測量儀 所謂量值是指用一個數(shù)和一個合適的測量單位表示的量，如1m，5kg。 所謂測量是指為確定被測對象的量值而進行的實驗過程，即將被測量與測量單位或標(biāo)準量在數(shù)值上進行比較，從而確定兩者比值的過程。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) 為了獲得可靠的測量結(jié)果，必須有統(tǒng)一、可靠的計量單位；必須根據(jù)被測對象的特征和要求，選擇合適的測量方法與計量器具；必須

3、保證測量的精度。一個完整的一個完整的測量應(yīng)包含測量應(yīng)包含的四要素的四要素測量測量精度精度測量測量方法方法被測被測對象對象計量計量單位單位對測量結(jié)果、誤差進行處理 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.1.2 2.1.2 長度單位和量值傳遞系統(tǒng)長度單位和量值傳遞系統(tǒng) 長度量的基本單位是米（m）。米的定義為：1m是光在真空中，在1/299 792 458 s時間間隔內(nèi)的行程長度。機械工程中常用的單位有毫米（mm）和微米（m）。 為保證全國長度量值的準確和統(tǒng)一，建立了從長度基準到各級計量標(biāo)準的量值傳遞系統(tǒng)，分別通過線紋尺和量塊兩大系統(tǒng)逐級傳遞。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換

4、性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.1.3 2.1.3 量塊量塊 量塊又稱塊規(guī)，是一種無刻度的標(biāo)準端面量具，是一對相互平行測量面間具有精確尺寸，且其截面為矩形的長度測量工具。 量塊的制造材料多為特殊合金鋼（CrMn鋼或軸承鋼），形狀為長方六面體。 量塊的數(shù)值為量塊長度的標(biāo)稱值，稱為標(biāo)稱長度。尺寸6mm的量塊，長度標(biāo)記刻在測量面上；尺寸6mm的量塊，長度標(biāo)記刻在非測量面上，且該表面的左右側(cè)面為測量面。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) 量塊按一定的尺寸系列成套生產(chǎn)，國家量塊標(biāo)準規(guī)定了17種成套的量塊系列，一套的總塊數(shù)有91，83，46，38，10，8，6，5等。 武漢理工大

5、學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) 量塊是定尺寸量具，為了滿足一定范圍內(nèi)的不同尺寸要求，可以組合使用。組合時，應(yīng)盡量減少量塊的數(shù)目（一般不超過45塊），以減少量塊組合的累計誤差。 選用量塊時應(yīng)從消去需要數(shù)字的最末尾數(shù)開始，逐一選取。 例如，若需從83塊一套的量塊中選取量塊測量一尺寸89.765，可采用以下一些量塊。89.7651.00588.761.2687.57.580第一塊量具第二塊量具第三塊量具第四塊量具1.005801.267.589.765 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)1. 1. 量塊必須在使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時送專業(yè)部門檢定。量塊必須在

6、使用有效期內(nèi)，否則應(yīng)及時送專業(yè)部門檢定。2. 2. 使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對測量面的損使用環(huán)境良好，防止各種腐蝕性物質(zhì)及灰塵對測量面的損傷，影響其粘合性。傷，影響其粘合性。3. 3. 分清量塊的分清量塊的“級級”與與“等等”，注意使用規(guī)則。，注意使用規(guī)則。4. 4. 所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度所選量塊應(yīng)用航空汽油清洗、潔凈軟布擦干，待量塊溫度與環(huán)境溫度相同后方可使用。與環(huán)境溫度相同后方可使用。5. 5. 輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。輕拿、輕放量塊，杜絕磕碰、跌落等情況的發(fā)生。6. 6. 不得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對量塊的腐蝕及手不

7、得用手直接接觸量塊，以免造成汗液對量塊的腐蝕及手溫對測量精確度的影響。溫對測量精確度的影響。7. 7. 使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防使用完畢，應(yīng)用航空汽油清洗所用量塊，并擦干后涂上防銹脂存于干燥處。銹脂存于干燥處。 量塊使用的注意事情項量塊使用的注意事情項 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) 量塊的精度雖然很高，但其測量面亦非理想平面，兩測量面也非絕對平行。為了滿足不同應(yīng)用場合對量塊精度的要求，常采用以下兩種使用方法： 按“級”使用將量塊按制造精度從高到低分為00，0，1，2，3和K共6個級別，其中00級為最高精度等級，3級為最低精度等級，K級為校

8、準級。 量塊按“級”使用時，所依據(jù)的是刻在量塊上的標(biāo)稱尺寸，而忽略量塊尺寸的制造誤差。 按“等”使用將量塊按檢定精度從高到低分為1，2，3，4，5，6共6等。量塊的分“等”主要是根據(jù)量塊的中心長度的測量極限誤差、平面平行允許偏差和研合性等指標(biāo)劃分的。 量塊按“等”使用時，所依據(jù)的則是記載在量塊檢定書中的實際尺寸，忽略的只是檢定量塊實際尺寸時的測量誤差。 按“等”選用量塊比按“級”選用量塊，在測量計算上要麻煩一些，但由于免除了量塊尺寸制造誤差的影響，故可用制造精度較低的量塊進行較精密的測量。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.1.4 2.1.4 計量器具及其參數(shù)和特性

9、計量器具及其參數(shù)和特性1、計量器具的分類 測量儀器和測量工具統(tǒng)稱為計量器具，按其原理、結(jié)構(gòu)特點及用途可分為： 1）基準量具 用來校對或調(diào)整計量器具，或作為標(biāo)準尺寸進行相對測量的量具稱為基準量具，如量塊等。 2）通用計量器具 能將被測量轉(zhuǎn)換成可直接觀測的指示值或等效信息的測量工具。按其原理可分類如下： 游標(biāo)類量具，如游標(biāo)卡尺、游標(biāo)高度尺等。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) 螺旋類量具，如千分尺、公法線千分尺等。 機械式量儀，如百分表、千分表、齒輪桿桿比較儀等。 光學(xué)量儀、電動量儀、氣動量儀、微機化量儀等。百分表機械式測微比較儀 3）極限量規(guī)類 一種沒有刻度的專用檢驗工

10、具，如塞規(guī)、卡規(guī)、螺紋量規(guī)等塞 規(guī) 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2、計量器具的參數(shù)和特性 （1）分度值 相鄰兩刻線所代表的量值之差。 （2）計量器具的示值 由計量器具指示的被測量值。 （3）示值范圍 由計量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍。 （4）測量范圍 在允許誤差限內(nèi)計量器具能測量的被測量值的范圍。 （5）量程 測量范圍上限值和下限值之差。 （6）靈敏度 計量器具對被測量變化的反應(yīng)能力。 （7）靈敏閥（靈敏限） 引起計量儀器示值可覺察變化的被測量的最小變化值。 （8）穩(wěn)定度 在規(guī)定工作條件內(nèi)，計量器具某些性能隨時間保持不變的能力。靈敏度S用被觀測變量增量

11、L與其相應(yīng)的被測量的增量X之商來表示：SL/X式中L被觀測變量的增量；X被測量的增量 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.1.5 2.1.5 測量方法的分類測量方法的分類1、按測量結(jié)果獲得方法不同可分為： （1）直接測量 無需對被測的量與其他實測的量進行函數(shù)關(guān)系的輔助計算，而直接得到被測量的測值。如用千分尺測軸徑。 （2）間接測量 直接測量的量與被測的量之間有已知函數(shù)關(guān)系從而得到被測量值的測量。 如，圓直徑D的測量，可通過測量圓周長L，然后通過公示DL/p算得D 2、按示值方式不同可分為： （1）絕對測量 在計量器具的讀數(shù)裝置上可表示出被測量的全值。 （2）相對測量

12、在計量器具的讀數(shù)裝置上只表示被測量相對已知標(biāo)準量的偏差值。 如，用千分尺或測長儀測量零件直徑或長度，其實際尺寸由刻度尺直接讀出 如，用量塊（或標(biāo)準件）調(diào)整比較儀的零位，然后再換上被測件，則比較儀所指示的是被測件相對于標(biāo)準件的偏差值。 阿貝原則，是長度測量中常用的一個原則。當(dāng)被測的測量軸線與標(biāo)準量的軸線重合或在其延長線上，才能得到精確的測量結(jié)果。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.2 2.2 測量誤差及數(shù)據(jù)處理測量誤差及數(shù)據(jù)處理2.2.1 2.2.1 測量誤差及其產(chǎn)生的原因測量誤差及其產(chǎn)生的原因1、測量誤差是測量結(jié)果與被測量真值之差。若以x表示測量結(jié)果，Q表示真值，則

13、有xQ 一般來說，被測量的真值是不知道的。在實際測量時，常用相對真值或不存在系統(tǒng)誤差情況下的多次測量的算術(shù)平均值來代替真值使用。 也稱為絕對誤差。愈小，x愈接近Q，測量的準確度愈高。 相對誤差為測量的絕對誤差與被測量真值之比。%100%100 xQ2、測量誤差產(chǎn)生的原因測量器具誤差基準件誤差測量方法誤差測量條件引起的誤差人為誤差 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.2.2 2.2.2 測量誤差的分類與處理測量誤差的分類與處理測量誤差按其性質(zhì)可分為隨機誤差、系統(tǒng)誤差和粗大誤差三類。1、隨機誤差及其評定 隨機誤差是指在實際測量條件下，多次測量同一量時，誤差的絕對值和符號以

14、不可預(yù)知方式變化著的誤差。 隨機誤差的產(chǎn)生是由于測量過程中各種隨機因素而引起的。 （1）隨機誤差的分布規(guī)律和特性 大量測量實踐的統(tǒng)計分析表明，隨機誤差的分布曲線多呈正態(tài)分布。單峰性 絕對值小的誤差比絕對值大的誤差出現(xiàn)的概率大對稱性 絕對值相等的正、負誤差出現(xiàn)的概率相等有界性 在一定的測量條件下，隨機誤差的絕對值不會超過一定界限抵償性 隨著測量次數(shù)的增加，隨機誤差的算術(shù)平均值趨于零 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù) （2）隨機誤差的評定 正態(tài)分布曲線的數(shù)學(xué)表達式為：22221eyy概率密度隨機誤差標(biāo)準偏差標(biāo)準偏差表征了測量精度的高低 標(biāo)準偏差和算術(shù)平均值 也可通過有限次

15、的等精度測量實驗求出： x112nxxniiniixnx11 xi某次測量值； n次測量的算術(shù)平均值；n測量次數(shù)，一般n取1020次 x 在僅存在符合正態(tài)分布規(guī)律的隨機誤差的前提下，如果用某儀器對被測工件只測量一次，或從多次測量中任取其中一次作為測量結(jié)果，可認為該單次測量結(jié)果 與被測量真值Q之差不會超過3的概率為99.73，而超出此范圍的概率只有0.27。ix 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)因此，通常把相應(yīng)于置信概率99.73的3作為測量極限誤差，即lim3nx 若以多次測量的算術(shù)平均值 表示測量結(jié)果，則 與真值Q之差不會超過3 ，即 xxxxxlim 3 為了減小

16、隨機誤差的影響，可以采用多次測量并取其算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。 表示算術(shù)平均值的標(biāo)準偏差，其數(shù)值與測量次數(shù)n有關(guān)，即：x 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2、系統(tǒng)誤差及其消除 系統(tǒng)誤差 在相同測量條件下，多次重復(fù)測量同一量值，測量誤差的大小和符號保持不變或按一定規(guī)律變化的誤差。 在實際測量中，應(yīng)設(shè)法避免產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。如果難以避免，則應(yīng)設(shè)法加以消除或減小系統(tǒng)誤差。3、粗大誤差及其剔除 粗大誤差（也稱過失誤差） 指超出在規(guī)定條件下預(yù)期的誤差，是由于粗心大意（如錯誤讀取示值）、使用有缺陷的計量器具、計量器具使用不正確而引起的。 由于粗大誤差一般數(shù)值較大，它會顯著地歪曲測量結(jié)

17、果，因此是不允許存在。若發(fā)現(xiàn)有粗大誤差，則應(yīng)按一定準則加以剔除。 發(fā)現(xiàn)和剔除粗大誤差的方法，通常是用重復(fù)測量或者改用另一測量方法加以核對。 對于等精度多次測量值，判斷和剔除粗大誤差的方法是按3準則。所謂3準則，即在測量列中，凡是測量值與算術(shù)平均值之差的絕對值大于標(biāo)準偏差的3倍，即認為該測量值具有粗大誤差，應(yīng)從測量列表中將其剔除。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)2.3 2.3 用普通計量器具檢測用普通計量器具檢測 完工零件是否合格，必須通過檢驗和測量才能判斷。檢驗是將被檢對象與規(guī)定的極限尺寸相比較，以確定被檢對象的尺寸是否超出尺寸極限的判斷過程。 用普通計量器具測量工

18、件應(yīng)參照國家標(biāo)準GB/T 31771997進行。該標(biāo)準適用于計量器據(jù)（游標(biāo)卡尺、千分尺和分度值不小于0.5m的指示表和比較儀等），主要用于檢測基本尺寸至500mm，公差等級為IT6IT18的光滑工件尺寸，也適用于對一般公差尺寸的檢測。1、尺寸誤檢的基本概念 若按零件的最大、最小極限尺寸驗收，則有可能出現(xiàn)“誤廢”和“誤收”兩種尺寸誤檢的形式。誤廢 將本來處于零件公差帶內(nèi)的合格品判為不合格誤收 將本來處于零件公差帶外的廢品誤判為合格品2、驗收極限與安全裕度（A） 國標(biāo)規(guī)定的驗收原則是：所用驗收方法只接收位于規(guī)定的極限尺寸之內(nèi)的工件。為了保證這個驗收原則的實現(xiàn)，保證零件達到互換性要求，規(guī)定了驗收極限。 武漢理工大學(xué)武漢理工大學(xué) 互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)驗收極限是指檢測工件尺寸時判斷合格與否的尺寸界限。國家標(biāo)準規(guī)定了內(nèi)縮與不內(nèi)縮兩種驗收方式。 （1）內(nèi)縮方式 驗收極限是從圖樣上標(biāo)定的最大極限尺寸和最小極限尺寸分別向工件公差帶內(nèi)移動一個安全裕度A來確定。上驗收極限尺寸最大極限尺寸A下驗收極限尺寸最小極限尺寸A 安全裕度A由工件公差T確定，A的數(shù)值一般取工件公差的1/10，其數(shù)值可查表得到。 由于驗收極限向工件的公差帶之內(nèi)移動，為了保證驗收時