第一章 計(jì)量基本概念和術(shù)語(yǔ)
1.計(jì)量:實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一,量值準(zhǔn)確可靠的活動(dòng)。
1.1計(jì)量的內(nèi)容:
①計(jì)量單位與單位制;
②計(jì)量器具(或測(cè)量?jī)x器),包括實(shí)現(xiàn)或復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)與工作計(jì)量器具;
③量值傳遞與溯源,包括檢定、校準(zhǔn)、測(cè)試、檢驗(yàn)與檢測(cè);
④物理常量、材料與物質(zhì)特性的測(cè)定;
⑤不確定度、數(shù)據(jù)處理與測(cè)量理論及其方法;
⑥計(jì)量管理,包括計(jì)量保證與計(jì)量監(jiān)督等。
1.2 計(jì)量的特點(diǎn)
①準(zhǔn)確性:指測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度。由于實(shí)際上不存在完全準(zhǔn)確無(wú)誤的測(cè)量,因此在給出量值的同時(shí),必須給出適應(yīng)于應(yīng)用目的或?qū)嶋H需要的不確定度或誤差范圍,否則量值不具備充分的實(shí)用價(jià)值。所謂量值的準(zhǔn)確性,即是在一定的不確定度、誤差極限或允許誤差范圍內(nèi)的準(zhǔn)確性。
②一致性:指在統(tǒng)一計(jì)量單位的基礎(chǔ)上,無(wú)論在何時(shí)何地、使用何種計(jì)量器具,以及由何人測(cè)量,只要符合有關(guān)要求,其測(cè)量結(jié)果就應(yīng)在給定的區(qū)間內(nèi)有其一致性。也就是說(shuō),測(cè)量結(jié)果是可重復(fù)、可再現(xiàn)(復(fù)現(xiàn))、可比較的。計(jì)量的一致性不僅限于國(guó)內(nèi),也適用于國(guó)際。
③溯源性:指任何一個(gè)測(cè)量結(jié)果或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的值,都能通過(guò)一條具有規(guī)則不確定度的連續(xù)比較鏈,與計(jì)量基準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)。
量值溯源:是指自下而上通過(guò)不間斷的校準(zhǔn)而構(gòu)成的溯源體系。量值傳遞:是指自上而下通過(guò)逐級(jí)檢定而構(gòu)成的檢定系統(tǒng)。
④法制性:來(lái)自計(jì)量的社會(huì)性,因?yàn)榱恐档臏?zhǔn)確可靠不僅依賴于科學(xué)技術(shù)手段,還要有相應(yīng)的法律、法規(guī)和行政管理。
1.3《計(jì)量法》
《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》于1985年9月6日經(jīng)全國(guó)人大常委會(huì)審議通過(guò),于1986年7月1日施行。
立法宗旨是:加強(qiáng)計(jì)量監(jiān)督管理,保障國(guó)家計(jì)量單位制的統(tǒng)一和量值的準(zhǔn)確可靠,有利于生產(chǎn)、貿(mào)易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,適應(yīng)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要,維護(hù)國(guó)家、人民的利益。
1.4 量:現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的屬性。
定性區(qū)別是指量在特性上的區(qū)別,如幾何量、電學(xué)量、熱學(xué)量等。
定量確定上指確定具體的量,又稱特定量。如零件的長(zhǎng)度,電阻的大小等。
可相互比較并按大小排序的量稱為同種量。若干個(gè)同種量合在一起稱為同類量。如功、熱、能;厚度、周長(zhǎng)、波長(zhǎng)。
計(jì)量學(xué)研究的都是可測(cè)量的量,包括物理量和非物理量(硬度、波度等)。
1.5 單位:為定量表示同種量的大小而約定地定義和采用的特定量。計(jì)量單位具有約定地賦予的名稱和符號(hào),如米:m;千克(公斤):kg。
1.6 國(guó)際單位制(SI):由國(guó)際計(jì)量大會(huì)(CGPM)采納和推薦的一種一貫單位制。
SI基本單位
SI單位 SI導(dǎo)出單位 ①包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門(mén)名稱的SI導(dǎo)出單位
②組合形成的SI導(dǎo)出單位
SI單位的倍數(shù)單位
①SI基本單位(7個(gè))
長(zhǎng)度(米,m)、質(zhì)量(千克、公斤,kg)、時(shí)間(秒,s)、電流(安[培],A)、熱力學(xué)溫度(開(kāi)[爾文],K)、物質(zhì)的量(摩[爾],mol)、發(fā)光強(qiáng)度(坎[德拉],cd)。
②包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門(mén)名稱的SI導(dǎo)出單位(21個(gè))
③SI單位的倍數(shù)單位
1.7 法定計(jì)量單位:由國(guó)家法律承認(rèn),具有法定地位的計(jì)量單位。
我國(guó)《計(jì)量法》規(guī)定:國(guó)際單位制計(jì)量單位和我國(guó)選定的其他計(jì)量單位,為國(guó)家法定計(jì)量單位。《計(jì)量法》內(nèi)容包括:
①國(guó)際單位制基本單位
②包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門(mén)名稱的SI導(dǎo)出單位
③我國(guó)選定的可與國(guó)際單位制并用的非國(guó)際單位制單位(11個(gè))
時(shí)間:分,min;小時(shí),h;天,d。
[平面]角:度;分;秒。
體積:升,L。 質(zhì)量:噸,t。 旋轉(zhuǎn)速度:轉(zhuǎn)每分,r/min。
長(zhǎng)度:海里,n mile。(1n mile=1852m) 級(jí)差:分貝,dB。
④組合形式的單位:米每秒(m/s)、千克每立方米(kg/m3)
2.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。
2.1 長(zhǎng)度測(cè)量方法的分類(按獲得測(cè)量結(jié)果的不同方式劃分)
直接測(cè)量和間接測(cè)量(千分尺、弓高弦測(cè)圓弧的半徑);
絕對(duì)測(cè)量和相對(duì)測(cè)量(卡尺測(cè)量軸徑、專用儀器和標(biāo)準(zhǔn)件測(cè)內(nèi)外徑);
接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量;
被動(dòng)測(cè)量和主動(dòng)測(cè)量(磨床主動(dòng)測(cè)量?jī)x);
靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量(自動(dòng)平衡記錄儀測(cè)溫);
3.計(jì)量器具(測(cè)量?jī)x器):?jiǎn)为?dú)或連同輔助設(shè)備一起用以計(jì)量的器具。(JJF 1001-1998 通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義)
用以直接或間接測(cè)出被測(cè)對(duì)象量值的裝置、儀器儀表、量具和用于統(tǒng)一量值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),包括計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具。(《中華人民共和國(guó)計(jì)量法實(shí)施細(xì)則》的定義)
3.1 分類
按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分:實(shí)物量具(被動(dòng)式)、計(jì)量?jī)x器(主動(dòng)式)、計(jì)量物質(zhì)(如標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))
按技術(shù)性能和用途分:計(jì)量基準(zhǔn)器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和工作計(jì)量器具。
3.2 長(zhǎng)度計(jì)量器具的分類
①按用途特點(diǎn)分:
標(biāo)準(zhǔn)量具(量塊);
通用量具(萬(wàn)能量具)和量?jī)x(游標(biāo)卡尺、千分尺、平板屬于通用量具,百分表、千分表、扭簧表屬于通用量?jī)x。量具量?jī)x的區(qū)別在于量具沒(méi)有傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)。);
極限量具(過(guò)止量規(guī)、卡板等);
專用量?jī)x(端度量具(測(cè)長(zhǎng)機(jī)、測(cè)長(zhǎng)儀)
線紋量?jī)x:阿貝線紋比長(zhǎng)儀;
角度量?jī)x:測(cè)角儀;
平直量?jī)x:平直儀、自準(zhǔn)直儀等。
②按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分:
游標(biāo)量具、螺旋副量具、機(jī)械量?jī)x、光學(xué)量?jī)x、氣動(dòng)量?jī)x、電動(dòng)量?jī)x。
3.3 計(jì)量器具的特性
3.3.1工作范圍的特性
①標(biāo)稱范圍:測(cè)量?jī)x器的操縱器件調(diào)到特定位置時(shí)可得到示值范圍。
注:標(biāo)稱范圍通常用它的上限和下限表明,例如100℃~200℃。若下限為零,標(biāo)稱范圍一般只用其上限表明,例如0V~100V的標(biāo)稱范圍可表示為100V。
②量程:標(biāo)稱范圍兩極限之差的模。
注:在有些知識(shí)領(lǐng)域中,最大值與最小值之差稱為范圍。
③標(biāo)稱值: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。
④測(cè)量范圍(工作范圍):測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(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”。
3.3.2 工作條件的特性
①額定操作條件:測(cè)量?jī)x器的規(guī)定計(jì)量特性處于給定極限內(nèi)的使用條件。
注:額定操作條件一般規(guī)定被測(cè)量和影響量的范圍或額定值。
②極限條件:測(cè)量?jī)x器的規(guī)定計(jì)量特性不受損也不降低,其后仍可在額定操作條件下運(yùn)行而能承受的極端條件。
注:1.貯存、運(yùn)輸和運(yùn)行的極限條件可以各不相同。
2.極限條件可包括被測(cè)量和影響量的極限值。
③參考條件:為測(cè)量?jī)x器的性能試驗(yàn)或?yàn)闇y(cè)量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件。
注:參考條件一般包括作用于測(cè)量?jī)x器的影響量的參考值或參考范圍。
3.3.3響應(yīng)方面的特性
①響應(yīng)特性:在確定條件下,激勵(lì)與對(duì)應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系。
注:1.這種關(guān)系可以用數(shù)學(xué)等式、數(shù)值表或圖表示。
2.當(dāng)激勵(lì)按時(shí)間函數(shù)變化時(shí),傳遞函數(shù)(響應(yīng)的拉普拉斯變換除以激勵(lì)的拉普拉斯變換)是響應(yīng)特性的一種形式。
②靈敏度:測(cè)量?jī)x器響應(yīng)的變化除以對(duì)應(yīng)的激勵(lì)變化。
注:靈敏度可能與激勵(lì)值有關(guān)。
③鑒別力〔閾〕:使測(cè)量?jī)x器產(chǎn)生未察覺(jué)的響應(yīng)變化的最大激勵(lì)變化,這種激勵(lì)變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進(jìn)行。
注:鑒別力閾可能與例如噪聲(內(nèi)部的或外部的)或摩擦有關(guān),也可能與激勵(lì)值有關(guān)。
④〔顯示裝置的〕分辨力: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。
⑤死區(qū):不致引起測(cè)量?jī)x器響應(yīng)發(fā)生變化的激勵(lì)雙向變動(dòng)的最大區(qū)間。
注:1.死區(qū)可能與變化的速率有關(guān)。
2.死區(qū)有時(shí)故意地做大些,以防止激勵(lì)的微小變化引起響應(yīng)變化。
⑥響應(yīng)時(shí)間:激勵(lì)受到規(guī)定突變的瞬間,與響應(yīng)達(dá)到并保持其最終穩(wěn)定值在規(guī)定極限內(nèi)的瞬間,這兩者之間的時(shí)間間隔。
3.3.4 準(zhǔn)確度方面的特性
①測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度:測(cè)量?jī)x器給出接近于真值的響應(yīng)的能力。
注:準(zhǔn)確度是定性的概念。
②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)的測(cè)量?jī)x器的等別、級(jí)別。
注:準(zhǔn)確度等級(jí)通常按約定注以數(shù)字或符號(hào),并稱為等級(jí)指標(biāo)。
③測(cè)量?jī)x器示值誤差:測(cè)量?jī)x器示值與對(duì)應(yīng)輸入量的真值之差。
注:1.由于真值不能確定,實(shí)用上用的是約定真值。
2.此概念主要應(yīng)用于參考標(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。
④〔測(cè)量?jī)x器的〕最大允許誤差:對(duì)給定的測(cè)量?jī)x器、規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。
注:有時(shí)也稱測(cè)量?jī)x器的允許誤差限。
⑤〔測(cè)量?jī)x器的〕基值誤差:為核查儀器而選用在規(guī)定的示值或規(guī)定的被測(cè)量值處的測(cè)量?jī)x器誤差。
⑥〔測(cè)量?jī)x器的〕零值誤差:被測(cè)量為零值的基值誤差。
⑦〔測(cè)量?jī)x器的〕固有誤差:在參考條件下確定的測(cè)量?jī)x器的誤差。
⑧〔測(cè)量?jī)x器的〕偏移:測(cè)量?jī)x器示值的系統(tǒng)誤差。
注:測(cè)量?jī)x器的偏移通常用適當(dāng)次數(shù)重復(fù)測(cè)量的示值誤差的平均來(lái)估計(jì)。
⑨〔測(cè)量?jī)x器的〕抗偏移性:測(cè)量?jī)x器給出不含系統(tǒng)誤差的示值的能力。
⑩〔測(cè)量?jī)x器的〕引用誤差: 測(cè)量?jī)x器的誤差除以儀器的特定值。
3.3.5 有關(guān)性能方面的特性
①穩(wěn)定性:測(cè)量?jī)x器保持其計(jì)量特性隨時(shí)間恒定的能力。
注:1.若穩(wěn)定性不是對(duì)時(shí)間而是對(duì)其他量而言,則應(yīng)該明確說(shuō)明。
2.穩(wěn)定性可以用幾種方式定量表示:例如: 用計(jì)量特性變化某個(gè)規(guī)定的量所經(jīng)過(guò)的時(shí)間;用計(jì)量特性經(jīng)規(guī)定的時(shí)間所發(fā)生的變化。
②〔測(cè)量?jī)x器的〕重復(fù)性:在相同測(cè)量條件下,重復(fù)測(cè)量同一個(gè)被測(cè)量,測(cè)量?jī)x器提供相近示值的能力。
注:1.這些條件包括:相同的測(cè)量程序;相同的觀測(cè)者;在相同條件下使用相同的測(cè)量設(shè)備;在相同地點(diǎn);在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)。
2.重復(fù)性可用示值的分散性定量地表示。
③超然性(保真性): 測(cè)量?jī)x器不改變被測(cè)量的能力。
④漂移:測(cè)量?jī)x器計(jì)量特性的慢變化。
4.測(cè)量設(shè)備:為實(shí)現(xiàn)測(cè)量過(guò)程所必需的測(cè)量?jī)x器、軟件、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或輔助設(shè)備或它們的組合。(ISO 10012)
5.(計(jì)量器具的)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(shū)。
5.1 按法制管理的程度分為:強(qiáng)制檢定和非強(qiáng)制檢定。
社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、部門(mén)和企事業(yè)單位的最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具,用于貿(mào)易結(jié)算、安全生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)方面列入國(guó)家強(qiáng)制檢定目錄的計(jì)量器具。
5.2 按檢定的目的和性質(zhì)分:
①首次檢定:對(duì)未曾檢定過(guò)的新的計(jì)量器具進(jìn)行的一種檢定。
②后續(xù)檢定:計(jì)量器具首次檢定后的任何一種檢定。包括⑴強(qiáng)制性周期檢定;⑵修理后檢定;⑶周期檢定有效期內(nèi)的檢定,不論它是由用戶提出請(qǐng)求或由于某種原因使有效期內(nèi)的封印失效而進(jìn)行的檢定。
③(計(jì)量器具的)檢驗(yàn):為查明計(jì)量器具的檢定標(biāo)記或檢定證書(shū)是否有效、保護(hù)標(biāo)記是否損壞、檢定后的計(jì)量器具是否遭到明顯改動(dòng),以及其誤差是否超過(guò)使用中最大允許誤差所進(jìn)行的一種檢查。
④周期檢定:按時(shí)間間隔和規(guī)定程序,對(duì)計(jì)量器具定期進(jìn)行的一種后續(xù)檢定。
⑤仲裁檢定:指用計(jì)量基準(zhǔn)或社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所進(jìn)行的以裁決為目的的計(jì)量檢定、測(cè)試活動(dòng)。
6.計(jì)量檢定規(guī)程:為評(píng)定計(jì)量器具的計(jì)量特性,由國(guó)務(wù)院計(jì)量行政部門(mén)組織,制定并批準(zhǔn)頒布,在全國(guó)范圍內(nèi)施行,作為確定計(jì)量器具法定地位的技術(shù)文件。其內(nèi)容包括計(jì)量要求、技術(shù)要求和管理要求,即:適用范圍、計(jì)量器具的計(jì)量特性、檢定項(xiàng)目、檢定條件、檢定方法、檢定周期以及檢定結(jié)果的處理和附錄等。《計(jì)量法》規(guī)定,計(jì)量檢定必須執(zhí)行計(jì)量檢定規(guī)程。
7.檢定周期應(yīng)考慮的因素:
①計(jì)量器具的性能,特別是長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性的水平;
②使用環(huán)境條件的影響程度;
③使用的頻繁程度;
④使用單位的維護(hù)保養(yǎng)能力;
⑤配備位置的重要性;
⑥影響計(jì)量器具的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期穩(wěn)定度等因素,依據(jù)計(jì)量器具歷次周檢的合格情況,考慮是否縮短或延長(zhǎng)檢定周期。
8.檢定證書(shū):查明計(jì)量器具已經(jīng)過(guò)檢定,并獲得滿意結(jié)果的文件。
9.不合格通知書(shū):查明計(jì)量器具不符合法定要求的文件。
10.(計(jì)量器具的)檢查:為確定計(jì)量器具是否符合該器具有關(guān)法定要求所進(jìn)行的操作。
11.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⒖嘉镔|(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)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(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告中。
11.1 含義:
①在規(guī)定的條件下,用一個(gè)可參考的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)包括參考物質(zhì)在內(nèi)的測(cè)量器具的特性賦值,并確定其示值誤差。
②將測(cè)量器具所指示或代表的量值,按照校準(zhǔn)鏈,將其溯源到標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值。
11.2 校準(zhǔn)的目的
①確定示值誤差,并可確定是否在預(yù)期的允差范圍之內(nèi)。
②得出標(biāo)稱值偏差報(bào)告值,可調(diào)整測(cè)量器具或?qū)κ局导右孕拚?br />
③給任何標(biāo)尺標(biāo)記賦值或確定其他特性值,給參考物質(zhì)特性賦值。
④實(shí)現(xiàn)溯源性。
12.計(jì)量確認(rèn):為確保測(cè)量設(shè)備處于滿足預(yù)期使用要求的狀態(tài)所需要的一組操作。
計(jì)量確認(rèn)一般包括校準(zhǔn)、必要的調(diào)整和修理,隨后的再校準(zhǔn),以及所要求的封印和標(biāo)記。(ISO 10012-2003把檢定也納入到計(jì)量確認(rèn)中)
檢定、校準(zhǔn)和計(jì)量確認(rèn)的比較
檢定 校準(zhǔn) 計(jì)量確認(rèn)
對(duì)象 依法管理的計(jì)量器具 測(cè)量設(shè)備 測(cè)量設(shè)備
目的 評(píng)定是否符合法定要求 確定與對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)量值之間的關(guān)系 評(píng)定是否滿足預(yù)期使用要求
性質(zhì) 具有法制性,屬于法制計(jì)量管理的執(zhí)法行為 不具有法制性,是企事業(yè)單位自愿溯源的行為 不具有法制性,是企事業(yè)單位計(jì)量管理的自愿行為
依據(jù) 計(jì)量檢定規(guī)程 校準(zhǔn)規(guī)范或校準(zhǔn)方法 校準(zhǔn)規(guī)范或校準(zhǔn)方法以及預(yù)期使用要求
活動(dòng) 檢查計(jì)量要求、技術(shù)要求和管理要求;加標(biāo)記和(或)出證書(shū) 用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被校準(zhǔn)的測(cè)量設(shè)備的計(jì)量特性賦值,并確定其示值誤差。
校準(zhǔn)、必要的調(diào)整和修理,隨后的再校準(zhǔn),以及所要求的封印和標(biāo)記。
結(jié)果 合格的發(fā)檢定證書(shū);不合格的發(fā)不合格通知書(shū) 校準(zhǔn)證書(shū)或校準(zhǔn)報(bào)告 計(jì)量確認(rèn)證明文件和響應(yīng)的封印和標(biāo)記
13.〔測(cè)量〕誤差:測(cè)量結(jié)果減去被測(cè)量的真值。
注:1.由于真值不能確定,實(shí)際上用的是約定真值。
2.當(dāng)有必要與相對(duì)誤差相區(qū)別時(shí),此術(shù)語(yǔ)有時(shí)稱為測(cè)量的絕對(duì)誤差。
注意不要與誤差的絕對(duì)值相混淆,后者為誤差的模。
13.1 測(cè)量結(jié)果:由測(cè)量所得到的賦予被測(cè)量的值。
注:1.在給出測(cè)量結(jié)果時(shí),應(yīng)說(shuō)明它是示值、未修正測(cè)量結(jié)果或已修正測(cè)量結(jié)果,還應(yīng)表明它是否為幾個(gè)值的平均。
2.在測(cè)量結(jié)果的完整表述中應(yīng)包括測(cè)量不確定度,必要時(shí)還應(yīng)說(shuō)明有關(guān)影響量的取值范圍。
13.2 〔量的〕真值:與給定的特定量的定義一致的值。
注:1.量的真值只有通過(guò)完善的測(cè)量才有可能獲得。
2.真值按其本性是不確定的。
3.與給定的特定量定義一致的值不一定只有一個(gè)。
①理論真值:理論真值往往在定義或公式表達(dá)式中給出。如平面三角形的內(nèi)角和為180°。
②〔量的〕約定真值: 對(duì)于給定目的具有適當(dāng)不確定度的、賦予特定量的值,有時(shí)該值是約定采用的。
注:1.約定真值有時(shí)稱為指定值、最佳估計(jì)值、約定值或參考值。
2.常常用某量的多次測(cè)量結(jié)果來(lái)確定約定真值。
在實(shí)際測(cè)量中,通常利用被測(cè)量的實(shí)際值、已修正過(guò)的算術(shù)平均值、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)現(xiàn)的量值以及計(jì)量學(xué)約定值作為約定真值。
⑴被測(cè)量的實(shí)際值:某砝碼名義上標(biāo)注為1kg,測(cè)量時(shí)實(shí)際值為1.002kg,可把1.002kg當(dāng)作約定真值。
⑵已修正過(guò)的算術(shù)平均值:對(duì)某量重復(fù)測(cè)量5次,用5次測(cè)量值的平均值作為約定真值。
⑶計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所復(fù)現(xiàn)的量值:高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器具允許誤差為低一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器或普通計(jì)量?jī)x器(被測(cè)對(duì)象)允許誤差的1/3~1/10,高一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器具所復(fù)現(xiàn)的量值就作為約定真值。
⑷計(jì)量學(xué)約定值:長(zhǎng)度單位,米是光在真空中在1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)行程的長(zhǎng)度;標(biāo)準(zhǔn)重力加速度g=9.90665m/s2
13.3 誤差的特點(diǎn)
①絕對(duì)誤差有單位,其單位與測(cè)量結(jié)果相同。
②絕對(duì)誤差有大小(值)和符號(hào)(±),表示測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度。
③絕對(duì)誤差不是對(duì)某一被測(cè)量而言,而是對(duì)該量的某一給出值來(lái)講。
如砝碼的誤差為+0.002g,10g砝碼的誤差為+0.002g。
13.4 修正值: 用代數(shù)方法與未修正測(cè)量結(jié)果相加,以補(bǔ)償其系統(tǒng)誤差的值。
注:1.修正值等于負(fù)的系統(tǒng)誤差。
2.由于系統(tǒng)誤差不能完全獲知,因此這種補(bǔ)償并不完全。
13.5 偏差:一個(gè)值(計(jì)量器具的測(cè)得值、實(shí)際值等)減去其標(biāo)稱值。即某值與其參考值之差。
偏差=實(shí)際值—標(biāo)稱值
13.6 相對(duì)誤差:測(cè)量誤差除以被測(cè)量的真值。
評(píng)價(jià)同種量準(zhǔn)確度的高低。
如兩個(gè)砝碼標(biāo)稱值分別為100g、200g,示值誤差都為+0.001g,相對(duì)誤差分別為+0.001%、+0.0005%,顯然后者的準(zhǔn)確度高。
14. 測(cè)量誤差的來(lái)源
測(cè)量誤差包括:
①計(jì)量器具誤差:計(jì)量器具本身所具有的誤差。
②環(huán)境誤差:基本誤差(在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差)和附加誤差(超出或偏離標(biāo)準(zhǔn)條件所增加的誤差)
③人員誤差:人員的主觀因素和操作技術(shù)等。
④方法誤差:測(cè)量方法不完善所引起的誤差。
15. 測(cè)量誤差的分類
①系統(tǒng)誤差:在重復(fù)性條件下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差。
②隨機(jī)誤差:測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)性條件下,對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值之差。
注:1.隨機(jī)誤差等于誤差減去系統(tǒng)誤差。
2.因?yàn)闇y(cè)量只能進(jìn)行有限次數(shù),故可能確定的只是隨機(jī)誤差的估計(jì)值。
第二章 長(zhǎng)度測(cè)量基本原則和方法
一、長(zhǎng)度測(cè)量的基本原則
1.阿貝原則:使被測(cè)之量的測(cè)量軸線與標(biāo)準(zhǔn)量的基準(zhǔn)軸線相重合或在其延長(zhǎng)線上。如外徑千分尺、立式測(cè)長(zhǎng)儀。
2.最小變形原則
測(cè)量力變形、自重變形、熱變形
①當(dāng)a=0.22031L時(shí),長(zhǎng)度變形最小,稱為白塞爾點(diǎn)。檢定線紋尺。
②當(dāng)a=0.2113L≈4/19L時(shí),兩端面平行度變化最小,稱為艾利點(diǎn)。檢定大尺寸量塊。
③當(dāng)a=0.2386L≈6/25L時(shí),桿的之間彎曲量為零。
④當(dāng)a=0.2232L≈2/9L時(shí),桿中間和兩端變形(下降)量相等。檢定大平尺的直線度和平面度。
3.最短測(cè)量鏈原則
4.封閉原則:角度塊的檢定,360°,總的累計(jì)誤差為零。
二、測(cè)量方法的正確選擇
1.選擇的基本原則
①精度原則:被測(cè)工件的精度要求就是為限制工件誤差而在設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定了的公差,包括工件的加工誤差和測(cè)量誤差兩部分。
誤差分配時(shí),若測(cè)量誤差占的比重大,留給工件的加工公差就小,增加加工成本,對(duì)生產(chǎn)不利;若測(cè)量誤差所占比重小,則留給工件的加工誤差就大,需使用高精度的計(jì)量器具,測(cè)量的經(jīng)濟(jì)性能差。
GB 3177-82 《光滑工件尺寸的檢驗(yàn)》,從規(guī)定的最大實(shí)體尺寸和最小實(shí)體尺寸分別向工件公差帶內(nèi)移動(dòng)一個(gè)安全裕度(A)。安全裕度由工件公差確定。對(duì)國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)光滑工件尺寸的測(cè)量檢驗(yàn),應(yīng)使測(cè)量不確定度u小于或等于安全裕度A。對(duì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工件的測(cè)量,測(cè)量方法的允許誤差一般取工件公差的1/3~1/10。
②測(cè)量的經(jīng)濟(jì)原則:除滿足測(cè)量對(duì)象的精度要求外,還必須是低成本、容易實(shí)現(xiàn)的。測(cè)量的效率高;計(jì)量器具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、容易維護(hù);測(cè)量和輔助工作的時(shí)間應(yīng)短;測(cè)量人員的技術(shù)水平和熟練程度要低一些。
2.計(jì)量器具的選擇
①按計(jì)量器具不確定度允許值選擇
對(duì)國(guó)標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)光滑工件尺寸的測(cè)量檢驗(yàn),應(yīng)使測(cè)量不確定度u小于或等于安全裕度A。對(duì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工件的測(cè)量,測(cè)量方法的允許誤差一般取工件公差的1/3~1/10。
②按被測(cè)工件的特性選擇
工件的特性是指工件的外形、大小、重量、剛性、材料和表面粗糙度等。
如所選用的計(jì)量器具應(yīng)使其測(cè)量范圍大于工件的被測(cè)尺寸;當(dāng)工件較軟切剛性較差時(shí),宜選用測(cè)量力較小的儀器或選用非接觸式儀器;當(dāng)工件太重時(shí),應(yīng)考慮工件的承載能力。
③按被測(cè)工件批量大小選擇
通用計(jì)量器具的測(cè)量效率低,專用計(jì)量器具的測(cè)量效率高。
3.測(cè)量力和接觸形式的選擇
①測(cè)量力
進(jìn)行接觸式測(cè)量,首先必須要有足夠的測(cè)量力作用于被測(cè)工件表面,以克服工件表面油膜和灰塵的影響,保證示值穩(wěn)定;另一方面測(cè)量力的大小又不應(yīng)引起塑性變形和劃傷工件表面;同時(shí)在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中還應(yīng)保證測(cè)量力穩(wěn)定,其波動(dòng)范圍不應(yīng)超過(guò)允許值。
測(cè)量力的大小可根據(jù)被測(cè)工件公差確定。當(dāng)被測(cè)工件公差大于10μm時(shí),測(cè)量力應(yīng)不大于10N;當(dāng)被測(cè)工件公差在2~10μm時(shí),測(cè)量力應(yīng)不大于4N;當(dāng)被測(cè)工件公差小于2μm時(shí),測(cè)量力應(yīng)不大于2.5N;
②接觸形式
點(diǎn)接觸:如以球形測(cè)頭和平面工件相接觸;
線接觸:如以平面測(cè)頭和圓柱體工件相接觸;
面接觸:如以平面測(cè)頭和平面工件相接觸。
接觸形式對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響主要反映在兩方面:一是不同的接觸形式具有不同的接觸變形誤差;二是測(cè)頭接觸面存在形位誤差,使對(duì)零和測(cè)量時(shí)的接觸位置發(fā)生變化而引起的誤差。由接觸位置改變所引起的誤差,對(duì)點(diǎn)接觸來(lái)說(shuō)是二次誤差,影響較小,而線接觸和面接觸主要是一次誤差,對(duì)測(cè)量的影響較大。
正確選擇接觸形式的原則是應(yīng)優(yōu)先考慮采用點(diǎn)接觸。
4.標(biāo)準(zhǔn)件的正確選擇
①標(biāo)準(zhǔn)件的形狀和大小,原則上應(yīng)與被測(cè)工件一致。
②標(biāo)準(zhǔn)件的精度一般應(yīng)比被測(cè)工件的精度高二級(jí)左右,同時(shí)還應(yīng)有較高的尺寸穩(wěn)定性。
③在被測(cè)工件批量小,規(guī)格多的情況下,應(yīng)盡可能采用比較典型的通用標(biāo)準(zhǔn)件,但應(yīng)考慮由于形狀或材料不同所引起的測(cè)力變形誤差。
④標(biāo)準(zhǔn)件的代用,從已加工的工件中挑選質(zhì)量較好的工件,經(jīng)檢定后作為標(biāo)準(zhǔn)件使用。
5.測(cè)量基面和定位方法的選擇
①測(cè)量基面及其正確選擇
測(cè)量時(shí)用作被測(cè)量值的其始和依據(jù)的面、線、點(diǎn)稱為測(cè)量基準(zhǔn)面、測(cè)量基準(zhǔn)線、測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn),統(tǒng)稱為測(cè)量基面。
測(cè)量基面應(yīng)和設(shè)計(jì)基面、工藝基面、裝配基面相一致。
②定位方法及其正確選擇
確定被測(cè)工件的測(cè)量軸線與計(jì)量器具標(biāo)準(zhǔn)軸線的相對(duì)位置,并在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中保持不變。(6個(gè)自由度)
定位方法:面定位,分為平面定位、外圓柱面定位(V形體法,約束了四個(gè)自由度)、內(nèi)圓柱面定位(錐體心軸)。
線定位,頂尖定位。
6.測(cè)量環(huán)境的選擇
①測(cè)量環(huán)境應(yīng)考慮下列因素:
溫度:測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)溫度是+20℃。
濕度:過(guò)高的濕度會(huì)使儀器生銹、發(fā)霉,甚至影響被測(cè)工件的定位,但濕度過(guò)低,會(huì)使測(cè)量者感到干燥和不適,濕度一般控制在50~75%。
振動(dòng):直接影響測(cè)量精度,如破壞已調(diào)整好的工件和儀器的相對(duì)位置,影響儀器精度和使用壽命。
灰塵:影響測(cè)量的穩(wěn)定性,使測(cè)量誤差增加。
腐蝕性氣體:遠(yuǎn)離腐蝕性氣體,防止計(jì)量器具受腐蝕性氣體的餓侵蝕而降低精度。
②溫度的影響
a.確定對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溫度的允許偏差
高精度測(cè)量時(shí),取20±(0.1~0.5)℃, 中精度測(cè)量時(shí),取20±(1~2)℃, 低精度測(cè)量時(shí),取20±5℃。
b.環(huán)境溫度的穩(wěn)定性
在較高精度和大尺寸測(cè)量時(shí),溫度變化不超過(guò)0.2℃/h。
c.被測(cè)工件與標(biāo)準(zhǔn)件溫度的一致性
可以直接在空氣中或在與測(cè)量室溫度相一致的大鑄鐵平板上。
長(zhǎng)度在1m以下,需1.5h;大于1m而小于3m,需3h;大于3m,需4h;
第三章 形狀和位置誤差的測(cè)量
形狀和位置誤差包括:
形位誤差:直線度(—)、平面度、圓度(○)、圓柱度、線輪廓度、面輪廓度。
位置誤差:定向誤差(平行度∥、垂直度、傾斜度)、定位誤差(同軸度◎、對(duì)稱度、位置度)和跳動(dòng)(圓跳動(dòng)、全跳動(dòng))
一.直線度誤差
1、定義:是指被測(cè)實(shí)際線對(duì)理想直線的變動(dòng)量。可分為給定平面內(nèi)的直線度誤差、給定方向的直線度誤差和任意方向的直線度誤差。
2、評(píng)定方法:最小區(qū)域法、兩端點(diǎn)連線法和最小二乘中線法。
最小區(qū)域法:給定平面的直線度誤差是包容實(shí)際線且距離為最小的兩平行直線之間的距離。
兩端點(diǎn)連線法:以被測(cè)要素兩端點(diǎn)的連線作為理想直線,被測(cè)要素對(duì)該理想直線的最大變動(dòng)量就是直線度誤差值。
一般地,以兩端點(diǎn)連線獲得的誤差值往往大于按最小區(qū)域法獲得的誤差值。
3、測(cè)量方法
a.用刀刃作模擬基準(zhǔn)
采用刀口尺、三棱尺、四棱尺測(cè)量直線度誤差,都是利用刀刃作模擬基準(zhǔn)與被測(cè)表面進(jìn)行比較,并以兩者之間的光隙大小確定直線度誤差值。被測(cè)長(zhǎng)度一般小于300mm,因?yàn)榇笥?00mm的刀刃制造比較困難。
測(cè)量時(shí),刀刃在被測(cè)表面輪廓的不同位置上與被測(cè)表面緊密接觸,調(diào)整刀刃的位置,并觀察光隙的變化情況,在最大光隙呈現(xiàn)最小狀態(tài)時(shí),估度讀出光隙的大小,這是模擬基準(zhǔn)處于符合最小條件的位置,故讀得的最大光隙值即為被測(cè)要素的直線度誤差。
光隙的大小可與標(biāo)準(zhǔn)光隙相比較而確定。標(biāo)準(zhǔn)光隙由量塊、二級(jí)平晶組成,量塊的級(jí)別根據(jù)直線度誤差的允許值確定。
b.用研磨平尺作模擬基準(zhǔn)
檢定刀口尺工作棱邊直線度的誤差。
c.用平晶作模擬基準(zhǔn)
以平晶的工作面與被測(cè)實(shí)際要素相比較,利用技術(shù)光波干涉原理獲得有關(guān)參數(shù)。
d.用水平面作模擬基準(zhǔn)
利用水平儀測(cè)量直線度誤差,常用于較長(zhǎng)表面,用分度值為0.02mm/m的框式水平儀和分度值為0.01mm/m的合像水平儀。利用節(jié)距法,把被測(cè)要素分成幾等分,然后測(cè)出各等分對(duì)測(cè)量基準(zhǔn)的傾斜高度差(或角值差),通過(guò)數(shù)據(jù)處理得到直線度誤差。
e.用平行光束作模擬基準(zhǔn)
用自準(zhǔn)直儀進(jìn)行測(cè)量,與應(yīng)用水平儀進(jìn)行測(cè)量的方法類似,主要用于較長(zhǎng)表面直線度誤差的測(cè)量,但精度比水平儀高。
針對(duì)儀器而言,直線度誤差分為儀器導(dǎo)軌或基面本身的直線度和運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)直線度兩類。運(yùn)動(dòng)部件移動(dòng)直線度誤差是儀器導(dǎo)軌本身的直線度誤差、各導(dǎo)向面間的相互平行度誤差、徑向間隙等因素綜合影響的結(jié)果。其表現(xiàn)形式為角值誤差、線值誤差、雙軌跡和單點(diǎn)突跳。
用四棱平尺、測(cè)微表在水平面和垂直面內(nèi)測(cè)量。四棱平尺安裝在儀器工作臺(tái)上,并使平尺工作面與導(dǎo)軌移動(dòng)方向大致平行,測(cè)微表測(cè)量軸線與平尺工作面垂直。調(diào)整工作臺(tái),使測(cè)微表在平尺兩端的示值相等,然后正向和反向移動(dòng)導(dǎo)軌,觀察測(cè)微表示值變化,其最大變化量即為導(dǎo)軌移動(dòng)中在各平面內(nèi)直線度誤差。
二.平面度誤差
1、定義:是指被測(cè)實(shí)際表面對(duì)理想表面的變動(dòng)量。
2、評(píng)定方法:最小區(qū)域法、對(duì)角線法和三點(diǎn)法。
最小區(qū)域法:包容實(shí)際表面且距離為最小的兩平行平面之間的距離。
3、測(cè)量方法
a.用樣板直尺以光隙法測(cè)量
應(yīng)在被測(cè)面的幾個(gè)方位上進(jìn)行,對(duì)方形測(cè)量面,一般在對(duì)角線和中部的縱橫方向上測(cè)量;對(duì)圓形測(cè)量面,可在相互垂直的兩個(gè)直徑方向上測(cè)量,每個(gè)位置上的光隙量都不應(yīng)超過(guò)規(guī)定的平面度誤差極限。
b.用精密平臺(tái)作模擬基準(zhǔn)
被測(cè)零件用三個(gè)可調(diào)支承置于精密平臺(tái)上,調(diào)平后按均勻分布記下各測(cè)點(diǎn)的指示計(jì)讀數(shù)值。
c.用平晶作模擬基準(zhǔn)
當(dāng)被測(cè)表面較小且精度較高時(shí),常用標(biāo)準(zhǔn)平晶作為模擬基準(zhǔn)與被測(cè)表面進(jìn)行比較。如外徑千分尺測(cè)量面平面度誤差的檢定。
將平晶表面以一定的楔角與被測(cè)表面比較,f=b/a×λ/2,其中b為干涉條紋的最大彎曲量,a為相鄰兩干涉條紋之間的間距,λ為所用光源的波長(zhǎng),對(duì)于白光,λ=0.6μm。
三.垂直度誤差
1、定義:是指被測(cè)實(shí)際要素對(duì)其理想要素的變動(dòng)量,要求被測(cè)要素的理想要素與基準(zhǔn)垂直。
2、測(cè)量方法
以平面工作臺(tái)與測(cè)量軸線的垂直度以及平面測(cè)帽工作面與測(cè)量軸線的垂直度為例,用量塊和Φ8mm的平面測(cè)帽進(jìn)行檢定。
將平面測(cè)帽裝在測(cè)桿上,使放在儀器工作臺(tái)上的10mm四等量塊接觸測(cè)帽的一半,依次將量塊的同一部位相對(duì)測(cè)帽平面轉(zhuǎn)換四個(gè)方位,分別得讀數(shù)a1、b1、c1、d1;然后將測(cè)帽轉(zhuǎn)動(dòng)180°,又在相應(yīng)四個(gè)方位得讀數(shù)a2、b2、c2、d2。
(a) (b) (c) (d)
Δab=[(a1-b1)+(a2-b2)]/2 Δcd=[(c1-d1)+(c2-d2)]/2
四.通用量具介紹
1、 刀口形直尺
刀口形直尺是以光隙法檢測(cè)直線度和平直度的量具,結(jié)構(gòu)形式為刀口尺、三棱尺、四棱尺。工作棱邊長(zhǎng)度為75、125、175、200、225、300、400、500mm。按照工作棱邊的直線度,其準(zhǔn)確度等級(jí)為0級(jí)、1級(jí),工作棱邊的直線度應(yīng)不超過(guò)下表的規(guī)定。
工作棱邊長(zhǎng)度(m) 直線度 (μm)
0級(jí) 1級(jí)
75、125、175 0.5 1.0
200、225 1.0 2.0
300、400 1.5 3.0
500 2.0 4.0
工作棱邊的直線度的檢定:研磨面平尺、量塊、0級(jí)刀口尺、2級(jí)平晶。
2、 研磨面平尺
研磨面平尺是一種精密的平面標(biāo)準(zhǔn)量具,主要用于檢定0級(jí)、1級(jí)準(zhǔn)確度的樣板直尺工作棱邊的直線度。
研磨面平尺工作面的平面度應(yīng)不超過(guò)下表的規(guī)定。
研磨面平尺長(zhǎng)度(mm) ≥200 ≥330 ≥540
研磨面平尺工作面有效長(zhǎng)度(mm) 180 300 510
工作面平面度
(μm) 縱向 全長(zhǎng) 0.15 0.4 0.5
局部 - 0.25/240mm 0.4/400mm
橫向 0.15
研磨面平尺工作面的平面度在平面等傾干涉儀上檢定。
3、 平晶
平晶是以光波干涉法測(cè)量平面的平面度、直線度、研禾性以及平行度的計(jì)量器具。分為單、雙工作面平晶。按用途又可分為標(biāo)準(zhǔn)平晶和工作平晶兩大類。工作平晶分為1、2級(jí),標(biāo)準(zhǔn)平晶分為1、2等。
4、 量塊
量塊是由兩個(gè)相互平行的測(cè)量面之間的距離來(lái)確定其工作長(zhǎng)度的高精度量具,其長(zhǎng)度為計(jì)量器具的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。
量塊分為1、2、3、4、5、6等和00、0、K、1、2、3級(jí)。各級(jí)量塊對(duì)其標(biāo)稱長(zhǎng)度的偏差應(yīng)不超過(guò)規(guī)定的允許值,各等量塊長(zhǎng)度測(cè)量不確定度應(yīng)不超過(guò)規(guī)定的允許值。
各級(jí)量塊長(zhǎng)度對(duì)其標(biāo)稱長(zhǎng)度的偏差允許值的計(jì)算公式如下表:
級(jí)別 對(duì)標(biāo)稱長(zhǎng)度偏差允許值的計(jì)算公式(μm)
00 0.05+1×l
0 0.10+2×l
1、K 0.20+4×l
2 0.40+8×l
3 0.80+16×l
各等量塊長(zhǎng)度測(cè)量的不確定度允許值的計(jì)算公式如下表:
等別 長(zhǎng)度測(cè)量不確定度允許值的計(jì)算公式(μm)
1 0.02+0.2×l
2 0.05+0.5×l
3 0.10+1×l
4 0.20+2×l
5 0.50+5×l
6 2.00+12×l
5、 塞尺
塞尺是一種檢驗(yàn)間隙用的薄式量具。厚度一般為0.02~1.00mm,長(zhǎng)度為75~300mm,成組塞尺由不同厚度的尺片組成,分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí),在于塞尺尺片厚度允許偏差和尺片的彎曲度不同。
[ 本帖最后由 duomeiti 于 2007-9-13 11:29 編輯 ] |
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