長(zhǎng)度計(jì)量培訓(xùn)教材

1、第一章 長(zhǎng)度計(jì)量概述第一節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的任務(wù)和內(nèi)容長(zhǎng)度計(jì)量 ( 又稱幾何量計(jì)量 )是一項(xiàng)歷史悠久、 基礎(chǔ)性很強(qiáng)的技術(shù)。 長(zhǎng)度計(jì)量與人們生活、 生產(chǎn)活動(dòng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門、科學(xué)技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域有著十分密切的聯(lián)系。在日常生活中， 做衣服要用尺子量體裁衣，蓋房要丈量土地； 在工業(yè)生產(chǎn)中，長(zhǎng)度計(jì)量是保證加工零件的 尺寸和形狀符合設(shè)計(jì)要求，保證裝配的零部件和整機(jī)達(dá)到質(zhì)量指標(biāo)的技術(shù)手段；科學(xué)的進(jìn) 步更離不開長(zhǎng)度計(jì)量，許多科學(xué)實(shí)驗(yàn)往往是通過(guò)長(zhǎng)度計(jì)量來(lái)獲得實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。如研究宏觀 世界，測(cè)量天體間距離；研究微觀世界，測(cè)量分子結(jié)構(gòu)等。長(zhǎng)度計(jì)量的重要任務(wù)是：研究和確定長(zhǎng)度單位；研究建立和保存長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)； 建立長(zhǎng)度

2、各項(xiàng)計(jì)量檢定系統(tǒng)，組織量值傳遞，開展計(jì)量檢定與修理， 以保證量值的準(zhǔn)確一 致； 研究新的長(zhǎng)度計(jì)量測(cè)量方法和手段，確定測(cè)量準(zhǔn)確度；應(yīng)用新的科學(xué)技術(shù)理論，開拓 長(zhǎng)度計(jì)量的新領(lǐng)域。長(zhǎng)度計(jì)量按其測(cè)量對(duì)象來(lái)分，可包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：(1) 長(zhǎng)度尺寸如端度、軸孔直徑、坐標(biāo)尺寸、線紋間尺寸、箱體結(jié)構(gòu)尺寸等；(2) 角度一如平面角 (斜率等 )、圓分度、空間位置角 (如兩軸交錯(cuò)的夾角 )、錐度等；(3) 表面形狀和位置平面度、直線度、圓度、垂直度、平行度等；(4) 表面粗糙度 (微觀不平度 )和波度；(5) 齒輪。螺紋、花鍵及各類加工刀具等的各種工程參量。第二節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的單位幾何量表征物體的大小、長(zhǎng)短、

3、形狀和位置，其基本參量是長(zhǎng)度和角度。 長(zhǎng)度的單位 是"米” (m)。角度量分為平面角和立體角，其單位分別為弧度(rad)和球面度(sr)?！懊住钡谋稊?shù)單位和分?jǐn)?shù)單位按 SI 規(guī)定，是在“米”前加十進(jìn)制詞頭構(gòu)成。如常用單位有毫米(mm)、微米(卩m)、千米(km)等。平面角在日常應(yīng)用中，保留使用以度(° )、角分()、角秒()為單位的60進(jìn)制。它們與弧度的換算關(guān)系為 1° =(n /180)rad, 1' =( n /10800)rad , L =( n /648000)rad?！懊住倍x為：“光在真空中于(1 /299792458)s時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)

4、度”。國(guó)際計(jì) 量委員會(huì)推薦了三種實(shí)現(xiàn)這個(gè)新定義的方法，即時(shí)間法、頻率法和輻射波長(zhǎng)法。它們都是 建立在真空中光速 c為確定值，(即c=299792458m的基礎(chǔ)上，而當(dāng)前主要實(shí)現(xiàn)途徑是以輻 射穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光為基準(zhǔn)。長(zhǎng)度計(jì)量 單位的特點(diǎn) ：(1) 基本性 長(zhǎng)度單位“米”在 SI 中被列為第一個(gè)基本單位，許多導(dǎo)出單位都含有長(zhǎng)度3單位因子，如：速度(m/s)、密度(kg/m )、磁場(chǎng)強(qiáng)度(A/m)等，因此 不少導(dǎo)出單位計(jì)量基 準(zhǔn)的準(zhǔn)確度在很大程度上取決于長(zhǎng)度單位量值的準(zhǔn)確度。(2) 多維性 物體的形狀和位置都可以用坐標(biāo)空間 (如三維空間 )中的若干點(diǎn)表示。 但用若干 點(diǎn)的坐標(biāo)值來(lái)表示某些物體的幾何特性

5、會(huì)十分煩瑣，所以，為了簡(jiǎn)化，在幾何量中除了使 用長(zhǎng)度和角度兩個(gè)基本參量外，還必須引入一些工程參量，如錐度、漸開線、螺旋線等。 這些參量都是 多維的復(fù)合參量， 又稱之為工程參量。(3) 廣泛性 幾何量是客觀世界中最廣泛的物質(zhì)形態(tài)，絕大部分物理量 ( 如力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)的一些量等 ) 都是以幾何量信息的形式進(jìn)行定量描述的。第三節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、量值傳遞及計(jì)量檢定系統(tǒng)表計(jì)量工作的基本任務(wù)之一，就是保證量值的準(zhǔn)確一致。為此，必須做好兩項(xiàng)工作：一 是建立國(guó)家基準(zhǔn) (包括國(guó)家 計(jì)量 基準(zhǔn)、副 計(jì)量基準(zhǔn)、工作 計(jì)量基準(zhǔn))和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，這是統(tǒng) 一量值的物質(zhì)基礎(chǔ)；二是為了使“標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度單位量值”能夠準(zhǔn)確地

6、傳遞到生產(chǎn)、科研工作 中去，必須在管理上和技術(shù)上建立全國(guó)統(tǒng)一的科學(xué)的量值傳遞體系。(1) 長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn) 長(zhǎng)度計(jì)量基準(zhǔn)是用以復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位米的量值，經(jīng)國(guó)家鑒定并批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全 國(guó)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具。在實(shí)際應(yīng)用中，從激光波長(zhǎng)基準(zhǔn)到長(zhǎng)度實(shí)物基準(zhǔn)的過(guò)渡，一般使用光波干涉儀。利用 光的干涉原理將距離和光波波長(zhǎng)之間建立函數(shù)關(guān)系，從而使作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)的波長(zhǎng)的量值， 通過(guò)干涉儀傳遞給實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器。(2) 長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) 長(zhǎng)度計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是按國(guó)家規(guī)定的準(zhǔn)確度等級(jí)，實(shí)際用于長(zhǎng)度檢定工作的計(jì)量器具。 如端度實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是量塊 。量塊按使用要求，其精度分為1，2，3，4， 5，6；等。線紋標(biāo)準(zhǔn)器 有標(biāo)準(zhǔn)線紋米尺、 20

7、0 mm 短標(biāo)尺等。角度實(shí)物標(biāo)準(zhǔn) 是端面角度標(biāo)準(zhǔn)正多面棱體，角度塊；線紋角度標(biāo)準(zhǔn) 如刻線度盤、圓光柵、編碼盤等；機(jī)械分度標(biāo)準(zhǔn) 如多齒分度盤、分度臺(tái)等；電子測(cè)角標(biāo)準(zhǔn) 主要是環(huán)行激光器。平面度 的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是平面平晶。粗糙度 的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)器是標(biāo)準(zhǔn)單刻線樣板、標(biāo)準(zhǔn)多刻線樣板和磨削樣板。 實(shí)際工作中，還采用了工程計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，如漸開線標(biāo)準(zhǔn)樣板、螺旋線樣板等等。 有了國(guó)家基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)這一統(tǒng)一量值的物質(zhì)基礎(chǔ)， 。我國(guó)建立了從長(zhǎng)度基準(zhǔn)到計(jì)量標(biāo) 準(zhǔn)，最后到生產(chǎn)、科研中使用的各種工作計(jì)量器具、工件尺寸、形狀的量值傳遞體系。量值傳遞被定義為 ：通過(guò)對(duì)計(jì)量器具的檢定或校準(zhǔn)，將國(guó)家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量 值通過(guò)各等級(jí)計(jì)量

8、標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證對(duì)被測(cè)對(duì)象所測(cè)得的量值的準(zhǔn)確和一 致。為什么要進(jìn)行量值傳遞呢 ?我們知道任何計(jì)量器具，由于加工、裝配等原因，都存在不 同程度的誤差。新制造的計(jì)量器具，由于設(shè)計(jì)、加工、裝配等各種原因引起的誤差是否在 允許范圍內(nèi)，必須用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)檢定，判斷其是否合格；使用過(guò)程中的計(jì)量標(biāo) 準(zhǔn)器和工作計(jì)量器具， -由于使用中的磨損、 環(huán)境影響或使用不當(dāng)?shù)仍颍?：也會(huì)引起其計(jì)量 參數(shù)的變化，也需要定期地采用一定等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢定，根據(jù)檢定結(jié)果作出繼 續(xù)使用、進(jìn)行修理或報(bào)廢的判斷；經(jīng)過(guò)修理的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器或工作計(jì)量器具是否達(dá)到計(jì)量參 數(shù)指標(biāo)的要求，也須用相應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢定

9、。否則，由于各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不標(biāo)準(zhǔn)：(不合格 )、工作計(jì)量器具合格與否便無(wú)從談起， 就不能保證對(duì)被測(cè)對(duì)象所測(cè)得的量值的準(zhǔn)確和。 致，就必然造成量值傳遞的混亂。由此可見，建立量值傳遞體系是統(tǒng)一計(jì)量器具量值的重 要手段，是保證計(jì)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠的基礎(chǔ)，是保證全國(guó)量值的準(zhǔn)確可靠而采取的具體措施 和技術(shù)保證。國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表 （簡(jiǎn)稱檢定系統(tǒng) ）被定義為 ：國(guó)家對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)到各等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)直 至工作計(jì)量器具的檢定程序所作的技術(shù)規(guī)定。檢定系統(tǒng)由文字和框圖構(gòu)成，內(nèi)容包括：基 準(zhǔn)各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、工作計(jì)量器具的名稱、測(cè)量范圍、準(zhǔn)確度（或不確定度或允許誤差 ）和撿定的方法等。 制定檢定系統(tǒng)的根本目韻，是為了保證工作

10、計(jì)量器具具備應(yīng)有的準(zhǔn)確度。 在此基礎(chǔ)上，考慮量值傳遞的合理性。即制定檢定系統(tǒng)時(shí)，各等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度要求， 必須從工作計(jì)量器具的準(zhǔn)確度要求開始，由下向上地逐級(jí)確定。檢定系統(tǒng)基本上是按各類 計(jì)量器具 （如：量塊。線紋尺、表面粗糙度參數(shù)值樣板等）分別制定的。在我國(guó)，每項(xiàng)國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)對(duì)應(yīng)一種檢定系統(tǒng)。檢定系統(tǒng)表例詳見以后有關(guān)章節(jié)。第四節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量器具的維護(hù)保養(yǎng)長(zhǎng)度計(jì)量用的量具和儀器，大多都是精度要求高、使用條件要求嚴(yán)格、且價(jià)格昂貴。為了保證量值傳遞和計(jì)量檢定、檢測(cè)的準(zhǔn)確度，除按計(jì)量檢定規(guī)程定期檢定外，還必須十 分注意對(duì)量具和儀器的維護(hù)、保養(yǎng)。由于長(zhǎng)度計(jì)量器具大部分是由金屬零件和光學(xué)零件組 成，所以

11、主要應(yīng)做好以下幾項(xiàng)工作。1防止銹蝕工作室（計(jì)量室）除溫度要求外，要保持相應(yīng)濕度。一般以50%60%為宜。（2）檢定操作過(guò)程中，不得用手直接觸摸標(biāo)準(zhǔn)器及計(jì)量器具的各工作面，應(yīng)戴上細(xì)紗手 套進(jìn)行操作。（3）標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量器具使用后，應(yīng)及時(shí)清洗。清洗后用潔凈綢布擦拭干凈。標(biāo)準(zhǔn)器、儀 器測(cè)量附件 （如量塊、測(cè)量刀、三針等 ）如不涂油，應(yīng)收入有干燥劑的密封容器里保存。短時(shí) 間（一、兩日 ）不使用的計(jì)量?jī)x器各工作面可涂上無(wú)水變壓器油；標(biāo)準(zhǔn)器、量?jī)x如較長(zhǎng)時(shí)間不 用，應(yīng)涂上純凈無(wú)水的凡士林油，油層不宜太厚。（4）防銹油的酸堿度應(yīng)符合規(guī)定要求。一般宜采用中性油脂。2清洗 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)量器具必須持時(shí)地薩纖擦洗、保養(yǎng)

12、，它是防止銹蝕、劃傷、霉斑的重要 措施。清洗金屬表面可使用 航空汽油 （1 級(jí)），純度 99.5的 無(wú)水酒精或乙醚 。 （清洗一般通用量具亦可使用工業(yè)汽油 ）。擦洗材料應(yīng)使用脫脂棉、白細(xì)布、綢布或高級(jí)衛(wèi)生紙。清洗光學(xué)玻璃零件可使用航空汽油 （1 級(jí)）、無(wú)水酒精或乙醚、無(wú)水酒精與乙醚的混合溶 劑，擦洗材料應(yīng)使用脫脂長(zhǎng)絲棉 （為防止在光學(xué)零件上沾上絨毛 ）和脫脂紗布。3防止劃痕由于計(jì)量室、 實(shí)驗(yàn)室空氣中不可避免地含有灰塵， 被測(cè)件被測(cè)表面缺陷 （毛刺、 劃痕、 碰傷 ）等，被測(cè)件、標(biāo)準(zhǔn)器、量?jī)x在使用中不小心發(fā)生碰撞等原因，都可能導(dǎo)致在測(cè)量中因 相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生劃痕。為此，在檢測(cè)前對(duì)要使用的標(biāo)準(zhǔn)器、計(jì)

13、量器具、被測(cè)零件進(jìn)行目測(cè) 檢查，在零件被測(cè)面、標(biāo)準(zhǔn)器工作面、計(jì)量器具工作面（臺(tái)），不得有目視可見的缺陷，并應(yīng)將測(cè)量面、被測(cè)面擦拭干凈。檢測(cè)過(guò)程中要細(xì)心操作，避免碰撞和跌落。4潤(rùn)滑對(duì)計(jì)量器具中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面，應(yīng)定期加注儀表油，以使各部分相對(duì)運(yùn)動(dòng)自如，不致產(chǎn)生阻滯現(xiàn)象。5預(yù)防變形對(duì)一些大尺寸標(biāo)準(zhǔn)器 （標(biāo)準(zhǔn)線紋尺、大量塊、大干分尺校對(duì)桿等）、大尺寸量具 （大卡尺等） 、大尺寸待檢零件 （絲杠、細(xì)長(zhǎng)件等 ）等，要注意由于其自重且支承點(diǎn)位置不正確所引起 的變形。為此，計(jì)量檢定前要正確確定其支承點(diǎn)，在不使用時(shí)應(yīng)放置在專用盒里或懸吊起 來(lái)。6其他 計(jì)量?jī)x器要有相對(duì)固定位置，不要經(jīng)常搬動(dòng)，尤其是光學(xué)計(jì)量?jī)x器或

14、大型儀器設(shè)備； 若必須搬運(yùn)時(shí)，要產(chǎn)防震動(dòng)；要遠(yuǎn)離磁場(chǎng)、震動(dòng)源、熱源等；要有嚴(yán)格的管理制度和定期 檢查制度。第五節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)的發(fā)展當(dāng)前，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)總的發(fā)展趨勢(shì)是 由中小量程向大量程 ，由一般分辨率向 高分辨率 ， 由靜態(tài) 向動(dòng)態(tài) ，由目測(cè)、手動(dòng)、筆算 向自動(dòng)檢測(cè)、記錄、數(shù)據(jù)處理等 方向發(fā)展，計(jì)算機(jī)技 術(shù)的應(yīng)用又使長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)朝著 實(shí)時(shí)控制和人工智能化方向發(fā)展 。從工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展歷史可以看出 ，機(jī)械加工精度的每一步提高總是與長(zhǎng)度測(cè)量技術(shù)的 發(fā)展水平緊密相關(guān)、相輔相成的。 一種新的更高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具，總是伴隨著工業(yè)發(fā)展 的需求而產(chǎn)生，而一種新的更高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具的產(chǎn)生，也促進(jìn)加工精度的進(jìn)一

15、步提高。從游標(biāo)卡尺產(chǎn)生的時(shí)代，即加工精度為 0.1 mm 量級(jí)的時(shí)代，經(jīng)過(guò)了加工精度為 0.01 mm 量級(jí) （千分尺類量具產(chǎn)生 ） 的時(shí)代、加工精度為 0.001mm 量級(jí) （測(cè)微比較儀類產(chǎn)生 ）的時(shí)代， 加工精度為0.0001 mm （0.1卩m）（圓度儀等產(chǎn)生）的時(shí)代”到目前加工精度為0.001卩m高精度表面粗糙度測(cè)量?jī)x產(chǎn)生 ）的時(shí)代，長(zhǎng)度計(jì)量伴隨著工業(yè)的發(fā)展在不斷提高其相對(duì)測(cè)量 的準(zhǔn)確度。從整個(gè)長(zhǎng)度計(jì)量領(lǐng)域來(lái)看，無(wú)論是對(duì)宇宙空間的星球間距離計(jì)量還是微觀世界極小尺 寸的計(jì)量，都在不斷探求提高其相對(duì)測(cè)量的準(zhǔn)確度。如：目前測(cè)量地球到月球表面之間的距離，其不確定度僅為幾厘米；微觀計(jì)量方面，高度

16、細(xì)分的光干涉和電容式測(cè)微儀已可達(dá) 到10 pm（0.00001 m）量級(jí)的分辨率，比原子直徑還小一個(gè)量級(jí)。目前，我國(guó)長(zhǎng)度計(jì)量為提高測(cè)量準(zhǔn)確度、檢測(cè)速度，減少誤判率，實(shí)現(xiàn)大量程高分辨 率、動(dòng)態(tài)、自動(dòng)化測(cè)量，改變以往的陳舊的測(cè)量方式，廣泛采用激光、光柵、光電、傳感以及計(jì)算機(jī)控制、處理等技術(shù)改造傳統(tǒng)儀器設(shè)備、研制新的測(cè)量?jī)x器。我國(guó)長(zhǎng)度計(jì)量在建立基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)方面，在儀器研制和某些高精度零部件的測(cè)試方面， 有些項(xiàng)目已達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平。尤其在近年來(lái)，長(zhǎng)度計(jì)量技術(shù)在許多方面有較快的發(fā)展。（1）不斷應(yīng)用新技術(shù)，如光電、光柵、激光、激光干涉、全息電視圖像分析等新技術(shù)。（2）采用電子技術(shù) L 不斷改進(jìn)測(cè)量?jī)x器

17、的瞄準(zhǔn)、 讀數(shù)及定位系統(tǒng)的精度。 在通用量具和 儀器上廣泛應(yīng)用了數(shù)字顯示技術(shù)。（3）采用計(jì)算機(jī)技術(shù)除采集和處理測(cè)量數(shù)據(jù)外，正在向?qū)崟r(shí)控制和人工智能方向發(fā)展。 如：帶計(jì)算機(jī)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，既可模擬手動(dòng)操作進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，又可根據(jù)被測(cè)零件的狀 況選擇布置測(cè)量點(diǎn)的方案。（4）實(shí)施在線測(cè)量。 將加工與測(cè)量組成一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)， 對(duì)加工過(guò)程中工藝參數(shù)的變化 進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控測(cè)量，使之保持在預(yù)定的最佳范圍內(nèi)。第二章長(zhǎng)度測(cè)量基礎(chǔ)第一節(jié) 測(cè)量的基本概念一、有關(guān)測(cè)量的名詞 在實(shí)際工作中，人們經(jīng)常會(huì)用到有關(guān)測(cè)量的名詞，如測(cè)量、計(jì)量、測(cè)試、檢定、檢驗(yàn)、 比對(duì)、校準(zhǔn)等。它們有相近的含義，但又有所區(qū)別，分別適用于不同的場(chǎng)合，但

18、都是計(jì)量 學(xué)所表現(xiàn)的具體方式。測(cè)量以確定量值為目的的一組操作。（ 測(cè)量有時(shí)也稱計(jì)量 ）計(jì)量實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)。 測(cè)試是指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量?？衫斫鉃樵囼?yàn)和測(cè)量的全過(guò)程。 檢驗(yàn)是判斷被測(cè)物理量是否合格（在規(guī)定范圍內(nèi) ） 的過(guò)程， 通常不一定要求測(cè)出具體值。 （ 檢驗(yàn)的主要對(duì)象是工件 ）檢定查明和確認(rèn)計(jì)量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標(biāo)記和（ 或）出具檢定證書。校準(zhǔn)在規(guī)定條件下，為確定測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)所指示的量值，或?qū)嵨锪烤呋騾?考物質(zhì)所代表的量值，與對(duì)應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作。注： （1）校準(zhǔn)結(jié)果既可給出被測(cè)量的示值，又可確定示值的修正值； （2）校準(zhǔn)

19、也可確定其他計(jì)量特性，如影響量的作用；（3）校準(zhǔn)結(jié)果可以記錄在校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報(bào)告中。比對(duì)在規(guī)定條件下，對(duì)相同準(zhǔn)確度等級(jí)的同種計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具之 間的量值進(jìn)行的比較。二、測(cè)量過(guò)程測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（操作 ）過(guò)程。更具體地講，就是將被測(cè)量與一個(gè)作為測(cè)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，以求其比較值的過(guò)程。測(cè)量過(guò)程可以用式（2-1） 表示，即L=K2 E（ 2-1）式中：L 被測(cè)量；E長(zhǎng)度單位（標(biāo)準(zhǔn)量）；K 比值。式（2-1）稱為測(cè)量的基本方程式，它說(shuō)明被測(cè)量L等于所采用的長(zhǎng)度單位 E與測(cè)量的比值 K 的乘積。例如 E 為 mm， K 為 150，則被測(cè)長(zhǎng)度為 150 mm。這里

20、所指的長(zhǎng)度是廣義的，它包括長(zhǎng)度值（線值）、角度，表面粗糙度及表面形狀、位置等各種形式的幾何量。任何一個(gè)測(cè)量過(guò)程必須有被測(cè)對(duì)象和所采用的計(jì)量單位。此外還有二者是如何進(jìn)行比 較和比較后它的準(zhǔn)確程度如何的問(wèn)題，即測(cè)量的方法和測(cè)量的準(zhǔn)確度問(wèn)題。為此，一個(gè)完 整的測(cè)量過(guò)程應(yīng)由下述四部分組成，即 測(cè)量過(guò)程四要素 。1測(cè)量對(duì)象和被測(cè)量 幾何量測(cè)量的對(duì)象是多種多樣的，不同的測(cè)量對(duì)象有不同的被測(cè)量。如量塊被測(cè)量中 心長(zhǎng)度和平面度、平面平行性；螺紋零件的被測(cè)量有螺距、中徑、牙型半角等；孔和軸自 要被測(cè)量是直徑；箱體零件的被測(cè)量有長(zhǎng)、寬、高以及孔間距等；復(fù)雜的零件還有復(fù)合自 測(cè)量，如絲杠和滾刀的螺旋線誤差等。因此對(duì)

21、于被測(cè)對(duì)象的特性，被測(cè)參數(shù)的定義等都必 須加以研究和熟悉，以便進(jìn)行測(cè)量。2測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量幾何量測(cè)量常用的長(zhǎng)度單位有米 （m）、毫米（mm）、微米（卩m）,平面角度單位為度、角 分、 角秒。在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量單位是以物質(zhì)形式來(lái)體現(xiàn)的。能體現(xiàn)測(cè)量單位和標(biāo)準(zhǔn)量的物質(zhì)形 式有：光波波長(zhǎng)、量塊、線紋尺、多面棱體、圓分度盤等。3測(cè)量方法測(cè)量方法是指完成測(cè)量工作所采用的方法、 計(jì)量器具以及測(cè)量條件的總和。 在 JJF1001- 1998通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定必中測(cè)量方法被定義為： “進(jìn)行測(cè)量時(shí)所用的，按類別敘述的一 組操作邏輯次序。 ”擬定測(cè)量方法時(shí)，需要根據(jù)被測(cè)對(duì)象和被測(cè)量的特點(diǎn)（形狀、大小、準(zhǔn)確度要求等 ）

22、定標(biāo)準(zhǔn)量、選擇量具或儀器；確定測(cè)量條件 （如溫度和其他環(huán)境要求等 ）；擬定測(cè)量方案，工件定 位，讀數(shù)和瞄準(zhǔn)方式等?；镜臏y(cè)量方法有：直接測(cè)量和間接測(cè)量，絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量，接觸測(cè)量和非接劇 量，單項(xiàng)測(cè)量和綜合測(cè)量，手動(dòng)測(cè)量和自動(dòng)測(cè)量，工序測(cè)量和終結(jié)測(cè)量，主動(dòng)測(cè)量（在線測(cè)量）和被動(dòng)測(cè)量等。4測(cè)量準(zhǔn)確度 測(cè)量準(zhǔn)確度是指測(cè)量結(jié)果與真值的一致程度。由于在測(cè)量過(guò)程中不可避免地總會(huì)存在 量誤差，使測(cè)量結(jié)果的可靠程序受到一定的影響，測(cè)量誤差大，則測(cè)量結(jié)果的可靠性低； 量誤差小，則測(cè)量結(jié)果的可靠性高。第二節(jié) 計(jì)量器具的基本計(jì)量特性計(jì)量器具 （測(cè)量?jī)x器 ）定義為：?jiǎn)为?dú)地或連同輔助設(shè)備一起用以進(jìn)行測(cè)量的器具。計(jì)量

23、器具能否適合測(cè)量目的的需要，依靠什么來(lái)評(píng)價(jià)?主要依據(jù)的是計(jì)量器具的計(jì)量性（也有稱度量學(xué)指標(biāo) ）。1標(biāo)稱值出計(jì)量器具 （測(cè)量?jī)x器 ）上表明其特性或指導(dǎo)其使用的量值，該值為圓整值或近似值。 例：a）標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)電阻上的量值：500 Q ;b）標(biāo)在單刻度量杯上的量值：1 L。2標(biāo)稱范圍計(jì)量器具 ( 測(cè)量?jī)x器 ) 的操縱器件調(diào)到特定位置時(shí)可得到的示值范圍。注：(1)標(biāo)稱范圍通常用它的上限和下限表明，例如100200C。若下限為零，標(biāo)稱范圍一般只用其上限表明，例如：0100v的標(biāo)稱范圍可表示為 100v。(2)在有些知識(shí)領(lǐng)域中，最大值與最小值的差稱為范圍。3測(cè)量范圍 (工作范圍 )計(jì)量器具 (測(cè)量?jī)x器 )的

24、誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值。 注：按約定真值確定“誤差” 。4示值由計(jì)量器具所指示的被測(cè)量值。注： (1) 示值用被測(cè)量的單位表示，而與標(biāo)在標(biāo)尺上的單位無(wú)關(guān)。有時(shí)標(biāo)尺上的值(有時(shí)稱為直接示值，直接讀數(shù)或標(biāo)尺值)需乘以儀器常數(shù)以得到示值。(2) 量具的示值就是它的標(biāo)稱值。(3) 示值也適用于相鄰標(biāo)尺標(biāo)記間的內(nèi)插估計(jì)值。(4) 示值的含意有時(shí)又可以延伸到記錄和測(cè)量信號(hào)。5示值誤差計(jì)量器具示值與被測(cè)量 (約定)真值之差。注： ( 1 )由于真值不能確定，實(shí)際上用L 的是約定真值。(2) 此概念主要應(yīng)用于與參考標(biāo)準(zhǔn)相比較的儀器。(3) 就實(shí)物量具而言，示值就是賦予它的值。6.顯示裝置的 )分辨

25、力顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。注： (1)對(duì)于數(shù)字式顯示裝置，這就是當(dāng)變化一個(gè)末位有效數(shù)字時(shí)其示值的變化。 (2)此概念亦適用于記錄式裝置。7穩(wěn)定性計(jì)量器具保持其計(jì)量特性隨時(shí)間恒定的能力。8準(zhǔn)確度等級(jí) 符合一定的計(jì)量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的計(jì)量器具的等別、級(jí)別。 例：一等量塊、二級(jí)鋼卷尺。9重復(fù)性 在相同測(cè)量條件下，重復(fù)測(cè)量同一被測(cè)量，計(jì)量器具提供相近示值的能力。 注：相同測(cè)量條件是指：相同的測(cè)量程序，相同的觀測(cè)者，相同條件下使用相同測(cè) 量設(shè)備，相同的地點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)。第三節(jié) 長(zhǎng)度計(jì)量的幾項(xiàng)基本原則、最小變形原則長(zhǎng)度計(jì)量中引起被測(cè)件和測(cè)量器具的變形， 主要是由于 熱變形和彈性

26、變形 (接觸變形和 自重 引起的變形 )。這些變形使被測(cè)件、測(cè)量器具尺寸發(fā)生變化，而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可 靠。為此，在測(cè)量過(guò)程中，應(yīng)盡量做到使各種原因引起的變形為最小，這就是測(cè)量的最小變形原 則。(一)熱變形 1概述 熱脹冷縮，這是自然現(xiàn)象，正是這一特性，往往導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的嚴(yán)重失準(zhǔn)。 線性熱變形可用公式表示為： L=L2 a 2A t(2-2)式中：L物體尺寸，mm ;a線性熱膨脹系數(shù)，10-6/C； t溫度變化，C。例：三等標(biāo)準(zhǔn)金屬線紋尺的線性熱膨脹系數(shù)a =18.5 3 10-6/C,若溫度變化 t=LC時(shí),則1m長(zhǎng)的尺寸將變化：-6 L=L2 a 2 t=10003 18.53 10 /

27、C =18.5對(duì)精密測(cè)量來(lái)講，這個(gè)數(shù)字已十分可觀了。結(jié)論：對(duì)高精度零件、大尺寸零件檢測(cè)時(shí)，溫度的影響是一項(xiàng)不可忽視的因素。凡是精密測(cè)試都要規(guī)定溫度條件，尤其長(zhǎng)度計(jì)量幾乎所有的檢定規(guī)程中都標(biāo)明了溫度 要求。即在規(guī)定溫度下測(cè)量可不做溫度修正，否則要進(jìn)行修正。對(duì)高精度、大尺寸的被測(cè) 件的測(cè)量還做出等溫的要求。2.熱變形引起的測(cè)量誤差 計(jì)算公式如式(2-3) L = L a 1 (t1-20) - a 2 (t2-20) ( 2-3)式中： L 一由于溫度變化引起的測(cè)量誤差，mm ;L工件尺寸， mm ;a 1 工件線性熱膨脹系數(shù)，10-6/C;a 2 量具材料線性熱膨脹系數(shù)，10“/。C ；t1 工

28、件的溫度，c；t2 量具(儀)的溫度，c。該式(2-3)應(yīng)用時(shí)的幾個(gè)注意問(wèn)題：t2?應(yīng)取t.t1末t1始2(1) t1, t2因測(cè)量開始和測(cè)量結(jié)束時(shí)溫度是不會(huì)一致的，那么取何值作為計(jì)算用的t1,t2末 +上2始t22(2) 般不涉及a和t自身測(cè)量精度問(wèn)題，但更高精度測(cè)量時(shí)就要考慮a和t自身測(cè)量精度問(wèn)題了。當(dāng)被測(cè)件與量具(儀)材料相同時(shí)，即a 1= a 2= a時(shí)，式(2-3)可寫成： L=L2 a a 1 (t1-20) - a 2 (t2-20 )式(2-4)說(shuō)明此時(shí)熱變形產(chǎn)生的測(cè)量誤差主要是由于被測(cè)件與量具(儀)之間的溫度差造成。如果在測(cè)量前把被測(cè)件與量具(儀)放置在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行等溫(等溫

29、的時(shí)間長(zhǎng)短與溫差大小、物體質(zhì)量、散熱面積、周圍介質(zhì)等因素有關(guān)，有的檢定規(guī)程中已給定經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)確定的 等溫時(shí)間)。那么，假設(shè)經(jīng)過(guò)等溫厶t=0 ,此時(shí)， L = L2 a 2 t=0。當(dāng)然這是一種理想狀態(tài)，但盡管進(jìn)行等溫，大型零件表面和內(nèi)部溫度也不一定相等， 即使在恒溫室中，溫度場(chǎng)分布也不會(huì)均勻，對(duì)溫度測(cè)量也有一定誤差，測(cè)量環(huán)境溫度由于 人體、照明熱源等也會(huì)有波動(dòng)。因此，可以說(shuō)，等溫后，熱變形引起的測(cè)量誤差會(huì)變得很 小，在一定精度的測(cè)量時(shí)，可以忽略不計(jì)。我們?cè)跍y(cè)量工作中，往往只注意恒溫條件，如要求（20 ± 3） C,而不注意人體的體溫傳導(dǎo)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。如：長(zhǎng)度。2. 804000 “

30、m的內(nèi)卡規(guī)，在手掌中握上 25商n,長(zhǎng)度應(yīng)增加2050卩m ;用食指與姆指（不帶手套 淳20mm的量塊30 s,量塊尺寸會(huì)增大 0.5 m（顯然是不允許的）。為此，對(duì)高精度測(cè)量?jī)x器，如接觸式干涉儀、平晶等厚干涉儀等，都要有防止和減少 熱輻射的隔離裝置。（二）彈性變形1.概述測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量力、接觸形式、被測(cè)件的自重等原因?qū)⑹箿y(cè)量器具或被測(cè)件產(chǎn) 生彈性變形，造成測(cè)量誤差。具體講，彈性變形主要有儀器支架變形、被測(cè)件（如量塊、線紋尺等）的支承變形；測(cè)頭、工作臺(tái)與被測(cè)件的 接觸變形等。為什么接觸式測(cè)量器具都規(guī)定有測(cè)量力；為什么要規(guī)定接觸形式；為什么在測(cè)量細(xì)長(zhǎng)的被測(cè)件時(shí)要恰當(dāng)?shù)剡x擇支承等，都是力圖減

31、少?gòu)椥宰冃危?以減少由彈性變形引起的測(cè)量誤差。2.彈性變形引起的測(cè)量誤差（1）支承變形當(dāng)被測(cè)件水平放置時(shí)，其彎曲變形量的大小和變形狀態(tài)與支承方式和支點(diǎn)的位置有密 切關(guān)系，對(duì)細(xì)長(zhǎng)被測(cè)件而言，自重的影響更為顯著。如一長(zhǎng)度為L(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)的且截面均勻的被測(cè)件，采取如圖2-1的兩點(diǎn)支承方式，其變形最?。ǜ鶕?jù)不同的變形狀態(tài)）的支點(diǎn)位置有表2-1的幾種類型，可根據(jù)不同用途進(jìn)行選擇。圏2-1陰點(diǎn)交承表2-1兩點(diǎn)支承變形最小的支點(diǎn)位置a名稱變形狀態(tài)用途0.2113L 沁 4/19L:艾利點(diǎn)兩端面平行度變化最小大量塊檢疋0.2203L 2/9L貝塞爾點(diǎn)中性層（中心軸）上長(zhǎng)度變化量最小量棒、線紋檢定0.2232L 2/

32、9L中間與兩端變形量（撓度）相等直線度、平面度檢定0.2386L 6/25L支承點(diǎn)之間變形量最小，中央為0中間部分為工作區(qū)（2）接觸變形不正確地選擇測(cè)量力的大小、接觸體的材科及接觸方式將會(huì)引起較大的表面接觸變形。測(cè)量力引起的接觸變形接觸測(cè)量時(shí)，測(cè)量?jī)x器必須有足夠的測(cè)量力，以保證測(cè)頭與被測(cè)件可靠的接觸。但測(cè)量力的存在，將在接觸位置產(chǎn)生壓陷變形而造成測(cè)量誤差。一般按被測(cè)件公差來(lái)確定測(cè)量力的大小，當(dāng)被測(cè)件公差小于2 m時(shí)，測(cè)量力不應(yīng)高于2.5 N ;被測(cè)件公差210m時(shí)，測(cè)量力應(yīng)為2.54N ;被測(cè)件公差大于 10 m時(shí)，測(cè) 量力應(yīng)大于4N，小于10N。與接觸方式接觸變形有關(guān)常見的接觸方式分為點(diǎn)接觸

33、、線接觸和面接觸。從變形與接觸面的關(guān)系講，接觸面積 越小、壓強(qiáng)越大，變形也越大。顯然在相同的測(cè)量力情況下點(diǎn)接觸變形最大，面接觸變形 最小。圖2-2接觸方式在一定測(cè)量力下幾種接觸方式所產(chǎn)生的接觸變形量由下列公式計(jì)算:a. 球面與平面接觸(2-5)式中：S 接觸變形量，卩m;Ki 材料系數(shù)； P測(cè)量力，N ;d球面直徑， mm。b. 球面與球面、球面與圓柱面或直徑差較大的交叉圓柱的接觸6 = Ki；|p2（丄 + 丄）（2-6）V d D式中：S接觸變形量，卩m;Ki材料系數(shù)；P 測(cè)量力，N ;d球形測(cè)頭直徑，mm ;D 圓柱直徑，mm。c. 圓柱面與平面接觸6 = K2（2-7）L b D式中：

34、s接觸變形量，卩m;K2 一材料系數(shù)；P 測(cè)量力，N ;L 一接觸長(zhǎng)度（平面測(cè)頭直徑），mm ;D圓柱直徑，mm。式(2-5)式(2-7)中K , K2見表2-2。表2-2材料系數(shù)系數(shù)材料鋼對(duì)鋼硬質(zhì)合金對(duì)鋼鋼對(duì)青銅硬質(zhì)合金對(duì)青銅鋼對(duì)黃銅Ki1.91.42.32.02.4K20.410.4-接觸方式的選用在檢定規(guī)程中大都已確定了。如量塊測(cè)量是用球測(cè)頭對(duì)平面；外徑千分尺測(cè)直徑是平面測(cè)頭對(duì)圓柱面；內(nèi)徑千分表測(cè)內(nèi)徑是球測(cè)頭對(duì)圓柱面等等。在檢定規(guī)程未作規(guī)定或尚無(wú)檢定規(guī)程的檢定、檢測(cè)中也一定要遵守上述原則。阿貝原則又稱布線原則、串聯(lián)原則 定義：量中心線的延長(zhǎng)線上。二、阿貝原則，是長(zhǎng)度計(jì)量中一個(gè)基本的重要的

35、原則?！叭绻箿y(cè)量?jī)x器得出正確的測(cè)量結(jié)果，則必須將儀器的標(biāo)尺安裝在被測(cè)件測(cè)凡違反阿貝原則所產(chǎn)生的誤差叫阿貝誤差。符合阿貝原則的測(cè)量示意如圖2-3符合阿貞原則的側(cè)雖圖2" 不符合阿貝廊則的測(cè)盤2-3,不符合阿貝原則的測(cè)量示意如圖2-4。由圖(2-3)知，.:L = L - L cos : =L(1 -cos :-)24aot卄T COS =1 -(COS :級(jí)數(shù)展開 ) 2!4!2CL-1 - 2!1 2 八丄：、一L(二階誤差 ，：很小時(shí)可忽略不計(jì))2由圖(2-4)知， L = S tg _：i由于較小，故tg - L :、s :(一次誤差,不可忽略)符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是二次

36、誤差，當(dāng)a很小時(shí)，此誤差可忽略不計(jì)。不符合阿貝原則所產(chǎn)生的誤差是一次誤差，標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)件距離s越大，誤差越大，它是不可忽視的一種誤差。按阿貝原則設(shè)計(jì)的最典型的儀器是阿貝比長(zhǎng)儀、立式光學(xué)計(jì)、測(cè)長(zhǎng)儀等。這樣，由于 導(dǎo)軌的不直度誤差所造成的傾斜角a的影響只能產(chǎn)生二次誤差，因此對(duì)儀器導(dǎo)軌直線度的要求可以降低，這就降低了儀器制造成本。但缺點(diǎn)是串聯(lián)布置，加大儀器長(zhǎng)度尺寸，溫度 對(duì)變形影響也大。因此，在某些情況下不得不違反阿貝原則，采用并聯(lián)布置的方式。如： 游標(biāo)卡尺測(cè)工件、萬(wàn)能工具顯微鏡縱向測(cè)量等。為減少所產(chǎn)生的測(cè)量誤差（一次誤差），一方面要提高導(dǎo)軌的加工精度，另一方面在測(cè)量時(shí)盡量縮短標(biāo)準(zhǔn)尺與被測(cè)件的距離；

37、三、封閉原則封閉原則又稱閉合原則，它是角度計(jì)量的最基本原則。圓周被分割成若干等分，每等分實(shí)際上都不會(huì)是理想的等分值，都存在誤差，但圓周 分度首尾相接的間距誤差的總和為0。（即0°和360°總是重合的）。因此，在測(cè)量中，如能滿足封閉條件，則其誤差的總和必然為零，在沒有更高精度的 圓分度標(biāo)準(zhǔn)器的情況下，采用“自檢法”可以實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的目的。如在圓周分度器件： 圓刻度盤、圓柱齒輪的測(cè)量；方形類器件：方箱、方形角尺的測(cè)量都可以利用封閉原則進(jìn) 行“自檢”。下面就介紹采用自檢法檢定方形角尺的垂直度。將被檢定的方形角尺垂直地放置在0級(jí)平板上，以角a i的一個(gè)面作為定位面，用自準(zhǔn)直儀對(duì)準(zhǔn)

38、角a i的另一面如圖2-5（a）。調(diào)整自準(zhǔn)直儀，使其讀數(shù)為零，即角a i的讀數(shù)e = 0 , 然后以角a i為定角（用表示）和其他各角進(jìn)行比較，測(cè)得相應(yīng)的62, e3, Qi。（e值是由自準(zhǔn)直儀的讀數(shù)鼓輪讀出），自準(zhǔn)直儀目鏡視場(chǎng)如圖 2-5（b）所示。2-5自臉覽檢定方形角尺的垂直度示意圖各被測(cè)角的實(shí)際值為3 = ' e,由于二和中都含有90°值，將其減去便可得一組算式：S _ 丄- - Q2 =丄'''e23 =二'''e3"4 =丄'''e4各式等號(hào)兩邊求和，得：44v .1:-, = 4

39、v eii 土i ±由封閉原則可知:.I、=0i A.所以，(2-8).1 4e4 i 2 因而每個(gè)角的實(shí)際偏差就可求得，即i _ ei由此可見，封閉原則和阿貝原則等一樣，是長(zhǎng)度計(jì)量中的基本的重要的原則之一。 能形成圓周封閉條件的場(chǎng)合均可應(yīng)用。例如：測(cè)量一方箱四個(gè)角，讀數(shù)值分別為：e1 =0, e2 = 10 Jm, e - -15m,e4 = 13.Lm求方箱各角誤差。解軍：:- i = .1 '' - ei由式(2-8)可得：- - -1 /4(0 - 10 -15 - 13)=-2所以1 r - -20 - -2(.!_m)2 = -210 =8(丄m)3 -

40、-2 -15 - -17(心)4 = -2 13 二 11 (m)4驗(yàn)證:、' .: ? i - -28 -17 71=0i =4第三章 長(zhǎng)度計(jì)量常用計(jì)量器具第一節(jié) 計(jì)量器具分類方法目前計(jì)量器具分類方法很多，有的按計(jì)量器具設(shè)計(jì)原理分類，有的按計(jì)量器具用途、 特點(diǎn)分類，還有的按被測(cè)量的性質(zhì)，如角度、表面粗糙度、螺紋、線紋、齒輪等進(jìn)行分類。 按設(shè)計(jì)原理結(jié)合用途進(jìn)行分類， 可將目前使用的計(jì)量器具分為標(biāo)準(zhǔn)器具、 極限量規(guī) j 通用量 具、計(jì)量?jī)x器四大類。標(biāo)準(zhǔn)器具 這種量具通常被用來(lái)校準(zhǔn)、調(diào)整其他計(jì)量器具或作為標(biāo)準(zhǔn)與被測(cè)工件進(jìn) 行比較測(cè)量。如 量塊、角度塊、多面棱體、線紋尺等 。極限量規(guī) 是一種

41、專用檢驗(yàn)量具，使用這種量具不能給出被檢工件的具體尺寸，只 能確定被檢驗(yàn)工件是否合格。 如光滑極限量規(guī)、螺紋極限量規(guī)等 。通用量具 在機(jī)械制造業(yè)和計(jì)量領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。這種量具是能直接表示出長(zhǎng)度的 單位、量值的非標(biāo)準(zhǔn)量具 。如游標(biāo)卡尺、千分尺等。百分表、千 分表類雖具有機(jī)械放大功 能，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛，也被列入通用量具類。計(jì)量?jī)x器 利用機(jī)械、光學(xué)、氣動(dòng)、電動(dòng)或其他原理將長(zhǎng)度單位放大或細(xì)分的計(jì)量 器具 （結(jié)構(gòu)也較通用量具復(fù)雜 ）。如工具顯微鏡、測(cè)長(zhǎng)儀、光電自準(zhǔn)直儀、立（臥）式光學(xué)計(jì)、接觸式干涉儀、浮標(biāo)式氣動(dòng)量?jī)x、電感式測(cè)微儀等等。各大類計(jì)量器具中的通用量具、計(jì)量?jī)x器又可按原理、構(gòu)造上的特點(diǎn)進(jìn)行細(xì)

42、分。如通 用量具可分為游標(biāo)類量具、測(cè)微類量具、指示類量具等；計(jì)量?jī)x器可分為常用光學(xué)計(jì)量?jī)x 器、氣動(dòng)量?jī)x、電動(dòng)量?jī)x等。本章盡量包容目前經(jīng)常使用的計(jì)量器具，如未包容，請(qǐng)參見以后章節(jié)。因以后有關(guān)章 節(jié)將詳細(xì)介紹。些計(jì)量器具的正作原理和具體檢定（使用口方法，為此，本章原則上只介紹大類或細(xì)分類別的 （如游標(biāo)類、測(cè)微類、表類、自準(zhǔn)直類、顯微類、投影類等） 原理。亦由于篇幅限制，不再逐臺(tái) （件 ） 的介紹計(jì)量器具的工作原理。按四大類分類方法中的標(biāo)準(zhǔn)器具、極 限量具亦因后面有關(guān)章節(jié)將涉及到，本章不再介紹。第二節(jié)通用量具按通用量具的原理和用途的不同，可分為游標(biāo)類量具、測(cè)微類量具、指示式（表類 ）量具和其他量具。

43、（一）游標(biāo)類量具游標(biāo)類量具是機(jī)披制造業(yè)中使用最廣泛的量具，用刪量?jī)?nèi)外尺寸、高度、深度及齒厚 等。按用途及結(jié)構(gòu)區(qū)分有游標(biāo)卡尺、高度游標(biāo)卡尺、灤度游標(biāo)卡尺、齒厚游標(biāo)卡尺等。1. 游標(biāo)類量具的讀數(shù)原理所有游標(biāo)類量具的讀數(shù)原理都是一樣的。它們均由主尺和沿主尺滑動(dòng)的游標(biāo)尺組成（如圖3-1)。主尺刻度間距為 a (一般測(cè)量長(zhǎng)度的游標(biāo)類量具a為1mm)，游標(biāo)尺的刻度間距為 b,若主尺的n-l格的寬度等于游標(biāo)尺 n格的寬度，則游標(biāo)尺每一格的寬度為：(3-1)(3-2)(3-3)n _1b =an主尺一格的寬度與游標(biāo)尺一格的寬度之差，稱為游標(biāo)尺刻度值，即i = a -b = a / n以L表示游標(biāo)尺刻線部分的總

44、長(zhǎng)。則得：L = nb = (n 1)02i 3i A 6i A 斗主尺芒時(shí)心站B1 91 1D團(tuán)3-1游標(biāo)類量具讀數(shù)原理在圖3-1中，a=1mm，n=10，所以b=0.9mm。當(dāng)游標(biāo)尺和主尺的零刻線對(duì)齊時(shí)，游標(biāo)尺和主尺的"1”刻線，“ 2”刻線”分別依次相距 0.1mm，0.2mm ”，而游標(biāo)尺的n刻線與主尺的n-1刻線重合。如果游標(biāo)尺相對(duì)主尺移動(dòng)0.1mm，0.2mm ”，則游標(biāo)尺和主尺的“1 ”刻線，“2”刻線”將依次重合，顯然利用這個(gè)原理可以讀出1/ n個(gè)主尺的刻度值。由式(3-2)可以看出：游標(biāo)刻度值i和n成反比，因此取較太的n值，就可得到更小的游 標(biāo)刻度，如：a=1mm，

45、取n =20,則可得i=0.05mm ;取n=50,貝U i =0.02mm。由于人眼分辨 能力的限制，游標(biāo)尺的刻度值 i不能小于0.02 mm。為了更易于辨別刻線是否重合，以提高讀數(shù)精度，有時(shí)采用一種所謂“擴(kuò)展”的游標(biāo) 讀數(shù)，這時(shí)游標(biāo)尺刻度間距b和主尺刻度間距a的關(guān)系為nb = (in 1)a則式(3-1)就變?yōu)閎 = ('. n 1 / n) a = a i(3-4)式中，'.是游標(biāo)模數(shù)，女口=1，則式(3-4)與式(3-1)一樣。當(dāng)a仍為1mm ,取=2, n=10, 由式(3-4)可得b=1.9mm , i=0.1mm , L=nb=19mm。如圖3-2所示，顯然這種游

46、標(biāo)讀數(shù)較易于 辨別刻線的重合，但這種游標(biāo)讀數(shù)由于刻線總長(zhǎng)L較大，故需要做成較長(zhǎng)的游標(biāo)尺。4Z 3 4 5 6 7 B 9 1D 11 1213： 14 imiME 1弟Q 211 1 1 II E 1 L 1 1 II D 1 1 1 I f 1ll111rr aJ S'百T10圖2輪長(zhǎng)的辭様尺2游標(biāo)類量具的讀數(shù)方法游標(biāo)類量具是以游標(biāo)的零刻線為基線進(jìn)行讀數(shù)的，讀數(shù)方法如圖3-3;(1) 先讀出游標(biāo)零刻線所指示的尺身上左側(cè)刻線的毫米整數(shù)。（2）再看游標(biāo)上零刻線右側(cè)第幾條刻線與尺身上某一條刻線對(duì)準(zhǔn)，將游標(biāo)上讀得的刻 線條數(shù)乘以游標(biāo)刻度值，即為小數(shù)值；（3）最后把毫米整數(shù)與小數(shù)值相加，就得到

47、被測(cè)件的尺寸。1 °510.it n 1 I J ill1111 J()11 1 1 H 1 i 1 12 3 4 5 6 7 S 9 JOb4圖3-3游標(biāo)類鈕具的讀數(shù)方法（二）測(cè)微量具測(cè)微類量具用于測(cè)量?jī)?nèi)（外）尺寸、螺紋中徑、齒輪公法線長(zhǎng)度等。按用途及結(jié)構(gòu)區(qū)分有外徑千分尺、杠桿千分尺、杠桿卡規(guī)、螺紋平分尺、公法線千分 尺、內(nèi)徑千分尺、內(nèi)測(cè)千分尺、三溝（五溝）千分尺、三爪內(nèi)徑千分尺和測(cè)深千分尺等。圖祐測(cè)微雖具的讀數(shù)原理1測(cè)微量具的讀數(shù)原理測(cè)微量具是應(yīng)用螺旋副轉(zhuǎn)動(dòng)原理、借助測(cè)微螺桿與螺紋軸套作為一對(duì)精密螺旋偶件，將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)后，讀取長(zhǎng)度尺寸的，如圖3-16所示。螺旋副的螺母不

48、動(dòng)，若精密螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)a角，則與精密螺桿為一體的，活動(dòng)測(cè)砧將移動(dòng)一定距離，其表達(dá)式為：L - ： p / 2 二（3-5）式中：L測(cè)微螺桿移動(dòng)距離，mm ;ot 測(cè)微甥圩莓轉(zhuǎn)角度，rad;P測(cè)微螺桿螺距，mm。測(cè)微量具的讀數(shù)機(jī)構(gòu)由固定套管和微分筒組成。測(cè)量前首先對(duì)好“0”位，即當(dāng)測(cè)微量具（如外徑千分尺）兩側(cè)量面接觸時(shí)（或兩測(cè)量面與相當(dāng)予千分尺起始刻度尺寸的量塊、調(diào)整 量具接觸時(shí)）,微分筒棱邊對(duì)準(zhǔn)固定套管零刻線，固定套管上的縱刻線對(duì)準(zhǔn)微分筒上零刻線。常用千分尺測(cè)微桿的螺距為0.5mm，微分筒圓周斜面上刻有50個(gè)等分刻度，因此，當(dāng)微分筒旋轉(zhuǎn)一個(gè)分度時(shí)（即2n/50rad），測(cè)微螺桿移動(dòng)0.01mm。2

49、 測(cè)微量具的讀數(shù)方法測(cè)量時(shí)利用測(cè)力裝置使兩側(cè)量面與工件接觸，以固定套管上露出的刻線讀出被測(cè)工件 的毫米整數(shù)和半毫米數(shù)，再?gòu)奈⒎滞采嫌晒潭ㄌ坠芸v刻線所對(duì)準(zhǔn)的刻線讀出被測(cè)工件的小數(shù)部分(百分之幾毫米)，不足一格的，估讀其數(shù)值。將整數(shù)與小數(shù)相加即為被測(cè)尺寸。如圖3-17，讀數(shù)為 5.10mm。1£I3-17干分尺讀數(shù)原理示例3 常用測(cè)微量具(1) 外徑千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-18。分度值為0.01mm ,(也有制成0.001 mm的)，測(cè)量范圍通常為：010mm , 0 25 mm , 25 50m, 50 75 mm , 75 100, 100 125 mm , 125 150mm , 150

50、175mm , 175200mm , 200 225 mm , 225250mm , 250275 mm , 275300 mm, 300 400 mm , 400 500mm , 500 600mm, 600 700mm , 700 800mm, 800 900mm , 900 1000mm , 1000 1200mm , 12001400mm , 14001600mm , 1600 1800mm , 18002000mm 等。圖3-1書 外徑千分尺5-teljeWf 6-»M： 7-調(diào)節(jié)爆母；接右9-勢(shì)外皿=茁力裝就；11 一鎖霽義吐；12-隔熱裝址(2) 數(shù)字顯示式外徑千分尺

51、結(jié)構(gòu)如圖3-19。實(shí)測(cè)數(shù)字直接由數(shù)碼管顯示出來(lái)。111 3-19數(shù)宇顯示式外徑千分尺(3) 翻字式讀數(shù)外徑千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-20。在微分筒上開有小窗口，顯示0.1 mm讀數(shù)。圖3-20翻宇式讀數(shù)奸徑千分尺(4) 游標(biāo)讀數(shù)外徑千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-21。其采用無(wú)視差游標(biāo)讀數(shù)裝置。 按游標(biāo)原理，可讀出0.002mm或0.001 mm 。圖32】游標(biāo)讀數(shù)外栓千少尺(5) 小頭外徑千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-22。該千分尺適用于測(cè)量鐘表零件。配用多種測(cè)量頭，適合各種特別形狀 的測(cè)量。圖3-22小頭艸脛千井尺圖3-23尖頭外軽于分尺(6) 尖頭外徑千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-23。用于測(cè)量小溝槽如鉆頭、偶數(shù)槽絲錐的溝槽直徑及鐘

52、表齒輪齒根圓直 徑尺寸等。(7) 壁厚千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-24。適用于測(cè)量管形工件壁厚尺寸。33-24壁厚千分尺(8) 大平面測(cè)頭千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-25。適用于測(cè)量彈性材料或軟金屬制件，如金屬箔片、橡膠和紙張等的厚 度尺寸。(9) 板厚千分尺結(jié)構(gòu)如圖3-26。適用于測(cè)量板形工件或工件上的板狀凸緣的尺寸。H33-25尢平面?zhèn)阮^千畀尺圖m-弼 橇哼干分底(10) 內(nèi)徑千分尺內(nèi)徑千分尺的外形與結(jié)構(gòu)如圖3-27(a)。內(nèi)徑千分尺的讀數(shù)方法與外徑千分尺相同，但無(wú)測(cè)力裝置，因此測(cè)量誤差較外徑千分尺大。為擴(kuò)大量程，內(nèi)徑千分尺配有各種尺寸的接長(zhǎng)桿如圖3-27(b)，并附有測(cè)量面為兩平行平面的調(diào)整量具；用于校對(duì)微

53、分頭的零位，如圖3-28。圖328內(nèi)徑千分尺接長(zhǎng)圖3-27內(nèi)徑千分尺 (>)微分頭：(h)接悝桿I-測(cè)機(jī)螺桿空-微分簡(jiǎn)* 3 7固定套管;4-鎖緊裝理；5-固定測(cè)頭； 測(cè)徴螺桿圓柱頭?-固嗑螺帕桿應(yīng)用實(shí)例圖3-朗內(nèi)測(cè)千分尺I 測(cè)力裝蜃;微分陸3-固定套管；4-活功址爪* $-固定攝爪* 鎖緊螺絲生卅1剛|川內(nèi)徑千分尺主要用于測(cè)量?jī)?nèi)徑，也可用于測(cè)量?jī)蓚€(gè)內(nèi)端面之間距離和槽寬。內(nèi)徑千分尺有單桿型(管狀)、管接式和換桿型等。單桿型是不可拆的，讀數(shù)值0.01mm , 測(cè)量范圍50300mm。管接式可拆接，讀數(shù)值為 0.01 mm，測(cè)量范圍501500 mm ;換管 型也可拆接，測(cè)量范圍為 1005

54、000mm。(11) 內(nèi)測(cè)千分尺內(nèi)測(cè)千分尺外形如圖3-29。由于內(nèi)測(cè)千分尺的測(cè)量軸線與測(cè)微螺桿移動(dòng)方向不在同一直線的延長(zhǎng)線上，不符合阿貝原則，因此其示值誤差要比外徑千分尺大。常用的內(nèi)測(cè)千 分尺分度值為 0.01 mm，測(cè)量范圍分為 530mm和2550mm兩種。(12) 深度千分尺深度千分尺外形如圖3-30。其結(jié)構(gòu)與外徑千分尺不同之外為以底板代替尺架和測(cè)砧，成套的深度千分尺附有圓筒式校對(duì)量具，供校對(duì)零位用。分度值為0.01mm，測(cè)量范圍為150mm(深度)?？捎糜跍y(cè)量工件的孔、盲孔或階梯孔的深度、鍵槽深度或臺(tái)階高度等。®3-3O棵度千分尺1-測(cè)力礙 2-離分簡(jiǎn)；3-固定豈管:4-錐鷺

55、裝5K； 底鞭：百-側(cè)鈕桿；7-校對(duì)撫具(13) 杠桿千分尺杠桿千分尺是一種帶有精密杠桿齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的指示式測(cè)微量具，由外徑干分尺的微分頭部分及杠桿測(cè)微機(jī)構(gòu)組成。結(jié)構(gòu)見圖3-31。表盤分度值有0.001 mm和0.002 mm兩種。測(cè)量范圍為 025mm , 2550mm, 5075mm , 75100mm。其用途與外徑千分尺基本相 同，但測(cè)量精度較高。訊 1716 1514133-31杠桿千分尺1-螺施彈蘇2亠測(cè)砧* 3-杠杓4-球羽瑞面銷子耳宜-限制塊；6-按動(dòng)桿；7-制動(dòng)器匚$調(diào)節(jié)螺見9-測(cè)微總桿* 1哄薇井筒； 訂-固定套管辛垃-撥叉* 口-尺架*】4-表牌*拒-擁針；幣-養(yǎng)板; 刻度盤總-彈費(fèi)；W杜桿加-蓋帽；