量具量仪与测量技术.docx

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量具量仪与测量技术

测量技术基础

一、概述

在生产和科学试验中，经常遇到各种量的测量。

所谓“测量”就是将被测的量与作为单位或标准的量，在量值上进行比较，从而确定二者比值的实验过程。

若被测量为L，标准量为E，那么测量就是确定L是E的多少倍。

即确定比值q=L/E，最后获得被测量L的量值，即L=qE。

检验是与测量相似的概念，确定被测量是否在规定的验收极限范围内，以便做出零件是否合格的判断，而不一定要确定其量值。

一个完整的测量过程应包含四个要素：

测量对象（比如各种几何参数）、计量单位、测量方法（指在进行测量时所采用的计量器具与测量条件的综合）、测量精确度（或准确度）（指测量结果与真值的一致程度）以及测量条件。

在机械制造业中所说的技术测量，主要指几何参数的测量，包括长度、角度、表面粗糙度、形状和位置误差等的测量。

二、长度基准和长度值传递系统

1.单位和基准

国际单位制是我国的法定计量单位的基础，一切属于国际单位制的单位都是我国法定计量单位。

在几何量测量中，规定长度的基本单位是米（m），同时使用米的十进倍数和分数的单位，如毫米（mm）、微米（μm）等；平面角的角度单位为弧度（rad）及度（°）、分（′）、秒（″）。

2.长度量值传递系统

图1　长度尺寸量值传递系统

3.量块

量块它是无刻度的平面平行端面量具。

（1）量块的材料、形状和尺寸：

耐磨材料，常用的是长方体，上、下两面为测量面。

（2）量块的精度等级：

按制造精度分为00，0，1，2，3五个等级。

按检定精度分为1，2,3,4,5,6六个等级。

三、计量器具与测量方法

1.计量器具的分类

按用途分

（1）标准计量量具指以固定的形式复现量值的测量器具，包括单值量具（如量块、角度块等）和多值量具（如线纹尺等）两类。

（2）通用计量器具指通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸，并能获得具体读数值的计量器具，如千分尺、指示表等。

（3）专用计量器具是指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。

如量规、圆度仪等。

按结构和工作原理分

（1）机械式量仪　指通过机械结构实现对被测量的感受、传递和放大的计量器具，如百分表、千分表、杠杆比较仪和扭簧比较仪等。

（2）光学式量仪　指用光学方法实现对被测量的转换和放大的计量器具，如光学比较仪、自准直仪、投影仪、工具显微镜、干涉仪等。

（3）气动式量仪　指靠压缩空气通过气动系统时的状态（流量或压力）变化来实现对被测量的转换的计量器具，如水柱式和浮标式气动量仪等。

（4）电动式量仪　指将被测量通过传感器转变为电量，再经过变换而获得读数的计量器具，如电感测微仪、电动轮廓仪等。

（5）光电式量仪　指利用光学方法放大或瞄准，通过光电元件再转换为电量进行检测的计量器具，如光电显微镜、光电测长仪等。

2.测量方法的分类

（1）按获得测量结果的方法,分为直接测量和间接测量

（2）按示值是否为被测量的整个量值,分为绝对测量和相对测量

（3）按测量时被测表面与计量器具的测头是否接触，分为接触测量和非接触测量

（4）按工件上同时测量被测量的多少，分为单项测量和综合测量

（5）按测量在加工过程中所起作用，分为主动测量和被动测量

（6）按被测工件在测量时所处的状态，分为静态测量和动态测量

3.计量器具与测量方法的常用术语

（1）刻度间距：

计量器具标尺或刻度盘上相邻两刻线中心的距离（一般取0.75～2.5mm）。

（2）分度值：

计量器具标尺上两相邻刻线间的距离所代表的量值。

（3）测量力：

计量器具对被测件的测量表面施加的测量压力。

（4）示值范围：

指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围

（5）测量范围：

计量器具所能测出被测量的范围。

（6）示值误差：

指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。

（7）示值变动性：

指在测量条件不变的情况下，用计量器具对被测量测量多次（一般5～10次）所得示值中的最大差值。

（8）回程误差：

指在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，计量器具示值的最大变动量。

（9）不确定度：

指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。

不确定度用极限误差表示，它是一个综合指标，包括示值误差、回程误差等。

（10）测量程序：

根据给定的测量方法，具体的说明在实施测量中所涉及的一套理论运作和实际操作。

四、测量误差和数据处理

1.测量误差的基本概念及产生的原因

（1）测量误差的基本概念

任何测量过程，由于受到计量器具和测量条件的影响，不可避免地会产生测量误差。

所谓测量误差δ，是指测得值l与真值L之差，即

δ=l-L

该式表达的测量误差，反映了测得值偏离真值的程度，也称绝对误差。

由于x可能大于或小于Q，因此δ可能是正值或负值。

HH2a

（2）测量误差产生的原因

1）基准件误差：

任何基准件都不可避免的存在误差，基准件误差会带入到测量值中。

2）计量器具误差：

计量器具误差是指计量器具本身在设计、制造和使用过程中造成的各项误差。

3）方法误差：

测量方法误差是指测量方法不完善所引起的误差。

4）环境误差：

测量环境误差是指测量时的环境条件不符合标准条件所引起的误差。

5）人员误差：

人员误差是指测量人员的主观因素（如技术熟练程度、分辨能力、思想情绪等）引起的误差。

2.测量误差的种类

（1）系统误差：

系统误差是指在同一测量条件下，多次测量同一量时，误差的大小和符号均不变（如千分尺的零位不正确而引起的测量误差）；或在条件改变时，按某一确定的规律变化的误差。

（2）随机误差：

随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，其数值大小和符号以不可预定的方式变化的误差。

（3）粗大误差：

粗大误差是指由于主观疏忽大意或客观条件发生突然变化而产生的误差，在正常情况下，一般不会产生这类误差。

3.测量精度

精度是误差的相对概念，而误差即是不正确、不精确的意思，指测量结果偏离真值的程度。

（1）精密度　表示测量结果中的随机误差大小的程度。

可称为“精度”。

（2）正确度　表示测最结果中的系统误差大小的程度。

（3）准确度　是指测量的精密和正确程度的综合反映，说明测量结果与真值的一致程度。

课程1游标卡尺

一、游标卡尺

游标卡尺是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点，可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围很广。

二、游标卡尺的分类

游标卡尺

带表卡尺

电子数显卡尺

三、游标卡尺的结构

目前我国生产的游标卡尺的测量范围及其游标读数值见表。

表1―1游标卡尺的测量范围和游标卡尺读数值mm

测量范围

游标读数值

测量范围

游标读数值

0～150

0.02；0.05；0.10

300～800

0.05；0.10

0～200

0.02；0.05；0.10

400～1000

0.05；0.10

0～300

0.02；0.05；0.10

600～1500

0.05；0.10

0～500

0.05；0.10

800～2000

0.10

量具都有一定的示值误差，游标卡尺的示值误差见表2-2。

表2-2游标卡尺的示值误差mm

游标读数值

示值总误差

0.02

±0.02

0.05

±0.05

0.10

±0.10

四、游标卡尺的刻线原理

普通游标卡尺的游标读数值为0.1mm，0.05mm，0.02mm。

1.刻线原理（以0.1mm为例）

主尺刻线间距（每格）为1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，游标上的第10刻线正好指向等于主尺上的9mm，而游标上的其他刻线都不会与主尺上任何一条刻线对准。

游标每格间距=9mm÷10=0.9mm

主尺每格间距与游标每格间距相差=1mm-0.9mm=0.1mm

0.1mm即为此游标卡尺上游标所读出的最小数值，再也不能读出比0.1mm小的数值。

2.刻线原理（以0.05mm为例）

主尺每小格1mm，当两爪合并时，游标上的20格刚好等于主尺的19mm，则

游标每格间距=19mm÷20=0.95mm

主尺1格间距与游标1格间距相差=1-0.95=0.05（mm）

0.05mm即为此种游标卡尺的最小读数值。

3.刻线原理（以0.02mm为例）

主尺每小格1mm，当两爪合并时，游标上的50格刚好

等于主尺上的49mm，则

游标每格间距=49mm÷50=0.98mm

主尺每格间距与游标每格间距相差=1-0.98=0.02（mm）

0.02mm即为此种游标卡尺的最小读数值。

游标卡尺读数分为三个步骤，下面以0.02mm游标卡尺为例进行说明

五、读数方法

1.在主尺上读出副尺零线以左的刻度，该值就是最后读数的整数部分。

图示33mm。

2.副尺上一定有一条与主尺的刻线对齐，在刻尺上读出该刻线距副尺的格数，将其与刻度间

距0.02mm相乘，得到最后读数的小数0.24mm。

3.将所得到的整数和小数部分相加，就得到总尺寸为33.24mm。

六、游标卡尺的使用方法

1、测量零件的外尺寸

（1）卡尺两测量面的联线应垂直于被测量表面，不能歪斜。

测量时，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，如图所示。

测量外尺寸时正确与错误的位置。

（2）先把卡尺的活动量爪张开，使量爪能自由地、卡进工件，把零件贴靠在固定量爪上。

（3）然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触零件。

如卡尺带有微动装置，此时可拧紧微动装置上的固定螺钉，再转动调节螺母，使量爪接触零件并读取尺寸。

（4）决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸，把卡尺强制的卡到零件上去。

这样做会使量爪变形，或使测量面过早磨损，使卡尺失去应有的精度。

2、测量沟槽

应当用量爪的平面测量刃进行测量，尽量避免用端部测量刃和刀口形量爪去测量外尺寸。

而对于圆形沟槽尺寸，则应当用刃口形量爪进行测量，不应当用平面形测量刃进行测量，如图所示。

测量沟槽时正确与错误的位置。

3、测量沟槽宽度

放正游标卡尺的位置，应使卡尺两测量刃的联线垂直于沟槽,不能歪斜.否则，量爪若在

图所示的错误的位置上，也将使测量结果不准确（可能大也可能小）。

测量沟糟宽度时正

与错误的位置。

4、测量零件的内尺寸

如图所示，要使量爪分开的距离小于所测内尺寸，进入零件内孔后，再慢慢张开并轻轻接触零件内表面，用固定螺钉固定尺框后，轻轻取出卡尺来读数。

取出量爪时，用力要均匀，并使卡尺沿着孔的中心线方向滑出，不可歪斜，免使量爪扭伤；变形和受到不必要的磨损，同时会使尺框走动，影响测量精度。

卡尺两测量刃应在孔的直径上，不能偏歪。

下图为带有刀口形量爪和带有圆柱面形量爪的游标卡尺，在测量内孔时正确的和错误的位置。

当量爪在错误位置时，其测量结果，将比实际孔径D要小。

测量内孔时正确与错误的位置

七、使用游标卡尺时的注意事项

1、测量前

（1）应把卡尺擦拭干净，移动游标时，活动要自如，不应有过松或过紧，更不能有晃动现象。

（2）检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。

2、测量中

（1）当测量零件的外尺寸时：

卡尺两测量面应平行于被测量表面，不能歪斜。

（2）用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。

（3）游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。

（4）使用时不要用来测量粗糙的物体，以免损坏量爪。

（5）避免与刃具放在一起，以免刃具划伤游标卡尺的表面。

（6）为了获得正确的测量结果，可以多测量几次。

3、测量后

（1）应定期校验游标卡尺的精准度和灵敏度。

（2）游标卡尺使用完毕，用棉纱擦拭干净。

长期不用时应将它擦上黄油或机油，两量爪合

拢并拧紧紧固螺钉，放入卡尺盒内盖好。

游标卡尺的读数练习

游标卡尺：

根据游标上的分度格数，常把游标卡尺分为10分度、20分度、50分度三种．

它们的精度（游标上的最小分度值——分别为0．1mm、0．05mm、0．02mm），课本上只介绍了10分度游标卡尺的读数原理，实际上20分度，50分度的卡尺与它的读数原理是相同的．譬如，50分度游标尺上50个分度只有49mm长，比主尺上的50个分度短1mm，则游标上的每个分度比主尺上的每个分度短1/50mm=0．02mn，即它的测量精度为0．02mm．

游标卡尺按下列规则读数：

（1）以游标零刻线位置为准，在主尺上读取整毫米数．

（2）看游标上哪条刻线与主尺上的某一刻线（不用管是第几条刻线）对齐，由游标上读出毫米以下的小数．

（3）总的读数为毫米整数加上毫米小数

.

注意事项：

1.从工件取下卡尺读数时，应轻轻拔出，不能斜扭，否则读数不准确；

2.读数时，视线尽可能地和游标卡尺上刻线面垂直。

实验一游标卡尺的识读

一、实验目的

1、明确游标卡尺的测量原理

2、会对游标卡尺测量进行读数

3、使用游标卡尺应注意事项

重点：

游标卡尺的读数

难点：

游标卡尺的测量原理

二、实验器材：

游标卡尺、套筒零件

三、实验原理

1、游标卡尺是以一小量加以放大，然后进行读数。

2、常用的游标卡尺可以精确到0.1mm，有时可以精确到0.05mm和0.02mm.

四、读数方法

读数时可分三步：

A、先读整数——看游标零线的左边，尺身上最靠近的一条刻线的数值，读出被测尺寸的整数部分；

B、再读小数——看游标零线的右边，数出游标第几条刻线与尺身的数值刻线对齐，读出被测尺寸的小数部分（即游标读数值乘其对齐刻线的顺序数）；

C、得出被测尺寸——把上面两次读数的整数部分和小数部分相加，就是卡尺的所测尺寸。

即：

实际测量尺寸读数=主尺整数+游标上对齐格数X游标上的测量精度；

五、学生练习

a）

六、游标卡尺使用注意事项

、不允许把卡尺的两个测量爪当做螺钉扳手用，或把测量爪的尖端用作划线工具、圆规等。

2、不准把卡尺代替卡钳、卡板等，在被测件上来回推拉。

3、移动卡尺的尺框和微动装置时，不要忘记松开紧固螺钉;但也不要松得过量，以免螺钉脱落丢失。

4、测量结束要把卡尺平放，尤其是大尺寸的卡尺更应注意，否则尺身会弯曲变形。

5、用完后，要把测量爪合拢，尤其是带深度尺的游标卡尺，否则较细的深度尺露在外边，容易变形甚至折断。

6、卡尺使用完毕，要擦净上油，放到卡尺盒内，注意不要锈蚀或弄脏。

七、实物零件测量

八、误差分析

课题2外径千分尺

外径千分尺常简称为千分尺，它比游标卡尺更精密的长度

测量仪器，常见种类如图所示，它的量程有0~25mm、25~50mm、50~75mm、75~100mm，分度值是0.01mm。

外径千分尺的精度

外径千分尺是一种应用很广的精密量具，按它的制造精度，可分0级和1级的两种，0级精度较高，1级次之。

外径千分尺的制造精度，主要由它的示值误差和测砧面的平面平行度公差的大小来决定，小尺寸外径千分尺的精度要求，见表3-1。

表2-1外径千分尺的精度要求mm

测量上限

示值误差

两测量面平行度

0级

1级

0级

1级

15~25

±0.002

±0.004

0.001

0.002

25~50

±0.002

±0.004

0.0012

0.0025

75~100

±0.002

±0.004

0.0015

0.003

一、外径百分尺的结构

二、外径千分尺的工作原理

1、工作原理

外径千分尺的工作原理就是利用螺旋传动机构，将角位移转换成直线位移来测量长度的。

1）外径千分尺测微螺杆的螺距为0.5mm。

2）微分筒的圆周上刻有50个等分线，当微分筒转一周时，测微螺杆就推进或后退0.5mm。

3）微分筒转过它本身圆周刻度的一小格时，两测砧面之间转动的距离为：

0.5÷50=0.01（mm）。

由此可知：

外径千分尺上的分度值为0.01mm。

2、外径千分尺的读数

（1）从固定套管中线以上先读整数-----从活动套管的边缘向左看固定套筒上距活动套筒最近的一条刻线的数值,即为被测尺寸的整数部分;

（2）再读小数-----从中线以下读出0.5mm的读数,再从活动套筒找到与固定套筒中线对齐的刻线,将此刻线乘以0.01,就是小于0.5mm的小数部分；

（3）求和:

整数和小数相加即是被测尺寸。

对于存在零误差的千分尺，测量结果应等于读数减去零误差，即物体长度＝固定刻度读数＋可动刻度读数－零误差。

L＝整数部分＋小数部分－零误差

外径千分尺读尺例题1

1）先读出微分筒的边缘的左边位于固定套管的整毫米或半毫米数。

10mm

2）再看微分筒上的哪一格刻线和固定套管上的基准线对齐，读出0.5mm以下的小数尺寸。

11格X0.01mm=0.11mm

3）将以上两个数值加在一起就是被测部位的尺寸。

10+0.11=10.11mm

外径千分尺读尺例题2

1）先读出微分筒的边缘的左边位于固定套管的整毫米或半毫米数。

35.5mm

2）再看微分筒上的哪一格刻线和固定套管上的基准线对齐，读出0.5mm以下的小数尺寸。

9格X0.01mm=0.09mm

3）将以上两个数值加在一起就是被测部位的尺寸。

35.5+0.09=35.59mm

三、外径千分尺的使用

1、测量前，要擦干净千分尺的测量面和工件的被测表面，避免产生误差；

2、测量时，当两个测量面将要接触被测表面，就不要旋转微分筒，只旋转测力装置的转帽，等棘轮发出“卡、卡”响声后，再进行读数。

3、调节距离较大时，应该旋转微分筒，而不应旋转测力装置的转帽；只有当测量面快接触被测表面时才用测力装置。

这样，既节约调节时间，又防止棘轮过早磨损。

4、不允许猛力转动测力装置，否则测量面靠惯性冲向被测件，测力要急剧增大，测量结果不会准确，而且测微螺杆也容易被咬住损伤。

5、必须正确，准确的把被测零部件的测量处，夹在测量面内，如图所示：

外径千分尺的方法

单手使用和双手使用

6、用百分尺测量零件时，最好在零件上进行读数，放松后取出百分尺，这样可减少测砧面的磨损。

如果必须取下读数时，应用制动器锁紧测微螺杆后，再轻轻滑出零件。

7、读数时视线应与尺身刻线垂直。

在读取百分尺上的测量数值时，要特别留心不要读错0.5mm。

8、退尺时，应旋转微分筒，不要旋转测力装置，以防拧松测力装置，影响零位。

四、使用外径千分尺时的注意事项

1、使用前，应把千分尺的两个测砧面擦干净，转动测力装置，使两测砧面接触，接触面上

应没有间隙和漏光现象，同时微分筒和固定套简要对准零位。

2、转动测力装置时，微分筒应能自由灵活地沿着固定套筒活动，没有任何轧卡和不灵活的现象。

如有活动不灵活的现象，应送计量站及时检修。

3、要在静态下测量，不能在工件转动或加工中测量。

4、双手测量时严禁拧动活动套筒，以防用力过度致测量不准确。

5、严禁随意摇转活动套筒。

6、不得预先调好尺寸，并锁紧螺杆后用力卡过工件。

7、外径千分尺不能放置在机床主轴箱上。

8、外径千分尺放置在机床导轨上。

9、外径千分尺不能放置强磁场附近。

10、外径千分尺不能与其他工具、量具等混放。

11、测量后，千分尺擦净放置在专用盒内，长时间不使用时，应涂油保存，以防止生锈。

实验二外径千分尺的使用

一、实验目的

4、明确外径千分尺的测量原理

5、会对外径千分尺测量进行读数

6、使用外径千分尺应注意事项

重点：

外径千分尺的读数

难点：

外径千分尺的使用

二、实验器材：

外径千分尺、套筒零件

三、实验原理

1、外径千分尺是利用螺旋传动原理，将角位移转变成直线位移来进行长度测量。

2、外径千分尺的分度值为0.01mm。

四、读数方法

读数时可分三步：

（1）从固定套管中线以上先读整数-----从活动套管的边缘向左看固定套筒上距活动套筒最近的一条刻线的数值,即为被测尺寸的整数部分;

（2）再读小数-----从中线以下读出0.5mm的读数,再从活动套筒找到与固定套筒中线对齐的刻线,将此刻线乘以0.01,就是小于0.5mm的小数部分；

（3）求和:

整数和小数相加即是被测尺寸。

五、学生练习

六、游标卡尺使用注意事项

1、使用前，应把千分尺的两个测砧面擦干净，转动测力装置，使两测砧面接触，接触面上

应没有间隙和漏光现象，同时微分筒和固定套简要对准零位。

2、转动测力装置时，微分筒应能自由灵活地沿着固定套筒活动，没有任何轧卡和不灵活的现象。

如有活动不灵活的现象，应送计量站及时检修。

3、要在静态下测量，不能在工件转动或加工中测量。

4、双手测量时严禁拧动活动套筒，以防用力过度致测量不准确。

5、严禁随意摇转活动套筒。

6、不得预先调好尺寸，并锁紧螺杆后用力卡过工件。

七、实物零件测量

八、误差分析