長度計量的量值傳遞

把長度計量基準所復(fù)現(xiàn)的“米”的準確長度﹐按照國家規(guī)定的檢定系統(tǒng)通過檢定﹐逐級或直接傳遞給工作用的﹑不同精度等級的長度測量工具﹐以保證所測得的量值準確和一致的過程。它是長度計量技術(shù)的主要內(nèi)容之一。中國的長度計量的量值傳遞系統(tǒng)由國家基準﹑副基準﹑工作基準和計量標準等組成。國家基準是指復(fù)現(xiàn)“米”的整套裝備﹐包括端面長度國家基準和線紋長度國家基準。副基準是通過與國家基準比對來確定精確度的整套裝備。工作基準是通過與國家基準或副基準比對﹐并經(jīng)國家鑑定實際用於檢定計量標準的整套裝備。設(shè)立工作基準是為了不使國家基準和副基準因使用頻繁而喪失其應(yīng)有的精確度。計量標準是國家根據(jù)測量精確度要求和經(jīng)濟原則﹐規(guī)定不同精度等級﹐作為傳遞量值用的長度測量工具和標準器。在中國﹐國家法定的長度標準器有量塊和線紋尺。
         在機械製造中使用的長度測量工具﹐應(yīng)該按照國家規(guī)定的檢定系統(tǒng)檢定﹐才能使在不同地點﹑不同時間﹑用不同方法加工出的零件具有互換性﹐并保證其尺寸精度。
         端面長度量值檢定系統(tǒng) 以量塊作為標準器。利用端面長度國家基準中測量范圍為 0.5～1000毫米的激光量塊干涉儀或柯氏干涉儀﹐以絕對測量法檢定 1等量塊﹐然后利用比較測量法以1等量塊檢定2等量塊﹐以2等量塊檢定3等量塊﹐照此類推依次檢定各等量塊。按照測量精確度的要求﹐再用各等量塊檢定工作用的﹑具有相應(yīng)精確度的長度測量工具。
         線紋長度量值檢定系統(tǒng) 以線紋尺作為標準器。利用線紋長度國家基準中的測量范圍到1000毫米﹐精確度為±0.2微米的激光干涉比長儀﹐檢定殷鋼基準線紋尺和石英基準線紋尺﹔然后利用具有相應(yīng)精確度的比長儀﹐逐“等”傳遞﹐檢定 1﹑2﹑3等標準線紋尺。按測量精確度的要求﹐再用各等線紋尺檢定工作線紋尺和工作用的﹑具有相應(yīng)精確度的長度測量工具。

長度計量技術(shù)中對圓柱度誤差的測量。圓柱度(見形位公差)是圓柱體圓度和素線直線度的綜合﹐因此圓柱度一般是在圓度儀上附加能沿被測圓柱體作軸向運動的精密直線導(dǎo)軌﹑電子計算機和相應(yīng)的程序等來測量的。測量時﹐長度傳感器的測頭沿精密直線導(dǎo)軌測量被測圓柱體的若干橫截面﹐也可沿被測圓柱面作螺旋運動取樣。測得的半徑差由電子計算機按最小條件確定圓柱度誤差。在配有電子計算機和相應(yīng)程序的三坐標測量機上利用坐標法也可測量圓柱度。測量時﹐長度傳感器的測頭沿被測圓柱體的橫截面測出若干(取樣)點的坐標值﹑﹐并按需要測量若干橫截面﹐然后由電子計算機按最小條件確定圓柱度誤差。此外﹐還可利用V形塊和平板(帶有徑向定位用直角座)等分別測量具有奇數(shù)棱邊和偶數(shù)棱邊的圓柱體的形狀誤差(見圓度測量)﹐但這時V形塊和平板的長度應(yīng)大於被測圓柱體的全長。測量時﹐被測圓柱體在V形塊內(nèi)或帶直角座的平板上迴轉(zhuǎn)一周﹐從測微儀讀出一個橫截面中最大和最小的示值﹐按需要測量若干橫截面﹐然后取從各截面讀得的所有示值中最大與最小示值差之半﹐作為被測圓柱體的圓柱度誤差。

由中國計量科學(xué)研究院科學(xué)家新研制出的一種測量長度的儀器近日通過了專家鑒定。這臺測長儀的分辨率達到1.25納米，相當于一根頭發(fā)絲直徑的四萬分之一。
  這臺儀器是用來鑒定量塊的準確度的。而量塊是我們?nèi)粘Ｉ钪虚L度標準的來源。量塊的準確度越高，人們對長度的測量就會越準確。長度測量越準確，機械零件加工就會越精密，機器性能就會越好。例如制造出的汽車門的尺寸越準確，關(guān)起來就會越省勁兒，封閉也越嚴實。
  量塊作為長度計量單位的一種實物基準，早在1898年就使用了。最初的量塊只是圓柱體和長方體兩種，而且是單獨一塊使用。1908年，瑞典計量科學(xué)家提出制作系列尺寸的量塊。之后量塊就可以組合使用了。現(xiàn)在，各國的量塊形狀趨于統(tǒng)一，截面為矩形。
  現(xiàn)在我們測量長度的單位也都趨于統(tǒng)一。如我國已經(jīng)告別了使用多年的尺、寸、丈等長度計量單位。早期的長度單位大都與人體有關(guān)。小篆的“尺”字看起來和用手測量物體時的形狀非常相似；后來我國以肘為尺，作為長度的計量單位。古代秘魯人則以其平均身高為長度單位；英國在10世紀時以英王埃德加拇指關(guān)節(jié)之間的長度定為一英寸；而查理曼大帝則以其腳長定為一英尺；16世紀的德國則是如此確定長度單位的：在星期日禮拜完畢后，以立于教堂門前的16名男子的左足平均長度為一法定英尺。

長度計量技術(shù)是研究長度測量，保證量值準確和測量單位統(tǒng)一的技術(shù)。長度計量中的長度包括距離、角度、表面粗糙度、圓度和直線度等以“米”為基本單位的幾何量，所以長度計量也常稱為幾何量計量。

    長度測量是將被測長度與已知長度比較，以確定被測長度量值的過程。量值以數(shù)字和單位表示，例如用游標卡尺測量圓柱體直徑，測得的數(shù)值20.24毫米就是量值。主尺上的刻度就是已知長度。機械制造中進行長度計量是為了保證工件的互換性和產(chǎn)品質(zhì)量，一般以毫米和微米作為測量單位。

    長度計量的主要是研究和建立長度計量基準、實現(xiàn)長度計量的量值傳遞、研究孔徑測量、角度測量、直線度測量、平面度測量、表面粗糙度測量、圓度測量、圓柱度測量、螺紋測量、齒輪測量、自動測量等方法和測量誤差，以及測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理等。

    在古代，人類為了測量田地等就已經(jīng)進行長度測量，最初是以人的手、足等作為長度的單位。但人的手、足大小不一，在商品交換中遇到了困難，于是便出現(xiàn)了以物體作為測量單位，如公元前2400年出現(xiàn)的古埃及腕尺，中國商朝出現(xiàn)的象牙尺和公元九年制造的新莽銅卡尺等。

    長度單位經(jīng)歷了多次演變后，1496年和1760年，英國開始采用端面和線紋的碼基準尺作為長度基準。1789年法國提出建立米制，1799年制成阿希夫米尺。

    在機械制造業(yè)中最早應(yīng)用的是機械原理的測長技術(shù)。1631年發(fā)明游標細分原理。18世紀中葉，人們已應(yīng)用螺紋放大原理進行長度測量。機械測長技術(shù)迄今仍是工業(yè)測量中的基本測量技術(shù)之一，它能達到很高的精確度。

    應(yīng)用光學(xué)原理的測長技術(shù)也出現(xiàn)較早。19世紀末出現(xiàn)立式測長儀，20世紀20年代前后已應(yīng)用自準直、望遠鏡、顯微鏡和光波干涉等原理測長，使工業(yè)測量進入不接觸測量領(lǐng)域，解決了一些小型復(fù)雜形狀工件，例如螺紋的幾何參數(shù)、樣板的輪廓尺寸和大型工件的直線度、同軸度等形狀和位置誤差的測量問題。

    氣動原理的測長技術(shù)是在20年代后期發(fā)展起來的。它的測量效率高，對環(huán)境條件要求不高，適宜在車間使用，但其示值范圍小，阻礙了它的發(fā)展。

    應(yīng)用電學(xué)原理測長是在30年代初期發(fā)展起來的。首先出現(xiàn)的是應(yīng)用電感原理的測微儀。后來由于電子技術(shù)的發(fā)展，電學(xué)原理的測長技術(shù)發(fā)展很快。它可以把微小誤差放大到100萬倍，也就是說0.01微米的誤差值可以10毫米的刻度間隔表示出來。并且電子線路還能實現(xiàn)各種演算和自動測量。

    60年代中期以后，在工業(yè)測量中逐步應(yīng)用電子計算機技術(shù)。電子計算機具有自動修正誤差、自動控制和高速數(shù)據(jù)處理的功能，為高精度、自動化和高效率測量開辟了新的途徑，因而在長度測量中應(yīng)用得越來越廣泛。現(xiàn)代測量技術(shù)已經(jīng)發(fā)展成為精密機械、光、電和電子計算機等技術(shù)相結(jié)合的綜合性技術(shù)。

測量方法

    在工業(yè)測量中，要根據(jù)被測對象的材質(zhì)、形狀、大小、批量和精度等選定可能的和符合經(jīng)濟原則的測量方法。

    單項測量是分別測量被測件的幾何參數(shù)，例如螺紋的中徑、半角和螺距；齒輪的齒形、周節(jié)和齒向等，可根據(jù)測量結(jié)果分析工藝誤差。

    綜合測量是測量由各有關(guān)參數(shù)折合而成的某一當量或綜合測量各有關(guān)參數(shù)，例如用螺紋量規(guī)檢驗螺紋折合中徑；齒輪單面嚙合檢查儀測量齒輪切向綜合誤差等。綜合測量是一種模擬實際使用情況的測量方法，測量結(jié)果能較真實地反映使用質(zhì)量，測量效率也高，適用于檢驗工件合格與否。

    絕對測量是指用量值直接表示被測長度全長的測量方法。相對測量是指量值僅表示被測長度偏差的測量方法，例如用比較儀和量塊測量。

    接觸測量是指被測表面與長度測量工具的測頭有機械接觸；不接觸測量是指利用光學(xué)、氣動等瞄準定位方法，長度測量工具的瞄準定位部分或測頭等不與被測表面接觸，例如用激光掃描法測量外徑和氣動測頭測量直徑等。

    直接測量是將被測長度與已知長度直接比較，從而得出所需的測量結(jié)果，是常用的測量方法。間接測量的測量結(jié)果是通過測量與被測長度有一定函數(shù)關(guān)系的長度，經(jīng)過計算后才得到的，例如測量大型工件外徑時，也有采用測量圓周長度，經(jīng)過計算后求出外徑的。

    主動測量是把加工過程中測量所得信息直接用于控制加工過程以得到合格工件的測量。被動測量也稱線外測量，是測量結(jié)果不直接用于控制加工精度的測量。

    由于被測長度的真值是理論上的概念，一般說來是不知道的，而且測量結(jié)果與被測長度真值之間總會存在差距(即誤差)，所以在工業(yè)測量中常用實際值或修正過的算術(shù)平均值來代替真值。實際值是滿足規(guī)定精確度的量值。

    測量誤差的表示方式有兩種：以量值表示，即以所測得量值與實際值之差表示，以這種方式表示的誤差稱為絕對誤差；以比值表示，即以絕對誤差與實際值之比表示，以這種方式表示的誤差稱為相對誤差，例如用激光干涉儀測長時，如其最大相對誤差為千萬分之一，則表示在規(guī)定條件下，測量 1米長度的誤差應(yīng)不大于0.1微米。

    測量結(jié)果與被測長度真值的一致程度以精確度或準確度表示。它是正確度和精密度的綜合，通常簡稱為精度。若已修正系統(tǒng)誤差，則精確度常用不確定度來表示。不確定度表示由于存在測量誤差而對所測量值不能肯定的程度，以標準偏差表示其大小。

    測量中，常把多次測量被測長度后所得的數(shù)據(jù)取算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。根據(jù)概率論的大數(shù)定律，只要測量次數(shù)足夠多，就可以提高精密度。測量過程中隨機誤差的出現(xiàn)，基本上是遵循正態(tài)分布規(guī)律的。

    此外，還有對測量所得數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)運算以得到所需測量結(jié)果的數(shù)據(jù)處理。例如，用圓度儀測量圓度，直接獲得的數(shù)據(jù)是相對某一圓心的半徑變化，因此需要按圓度定義作相應(yīng)的函數(shù)運算才能得到圓度誤差。采用間接測量方法時，常會遇到這類數(shù)據(jù)處理問題。

　

計量基礎(chǔ)教材。對初學(xué)幾何量計量的人有很大的幫助。

你還真是個研究員級別的啊，就是高深

不要誤人子弟，誰說2等量塊是采用和1等量塊比較測量出來的?回去好好看看檢定規(guī)程。

前車之師，后車之師。

深圳漁民 發(fā)表于 2007-7-19 09:53
不要誤人子弟，誰說2等量塊是采用和1等量塊比較測量出來的?回去好好看看檢定規(guī)程。 ...

　　的的確確可以“2等量塊是采用和1等量塊比較測量出來的”，這是國家“長度計量器具（量塊部分）檢定系統(tǒng)”的規(guī)定，其4.1條和檢定系統(tǒng)框圖規(guī)定“凡具有直接測量功能的，……可以直接測量相應(yīng)等級的量塊……，只具有比較測量功能的，……采用比被測高一等的量塊做標準，……”。
　　但也正如你說，量塊檢定規(guī)程精加工JJG146-2011的7.3.9條也規(guī)定了“２等量塊的長度，應(yīng)盡量采用光干涉方法直接測量”。我認為這句話并不與國家檢定系統(tǒng)矛盾，“盡量采用”的含義并不排斥用１等量塊比較測量的方法，只是“盡量”用直接測量的方法罷了而已。