長度計量基礎

長 度 計 量 基 礎 知 識
第 一 章
概
述
§1
計量在生產和科學技術中的作用
計量是人類認識客觀事物的必需工具，計量工作的主要任務是為國民經濟建設、國防建設和科學技術研究提供準確可靠的測量數據。幾何量計量是十大計量工作之一，它包括長度計量和角度計量兩個分支，一般統稱為長度計量，長度計量與其他計量之間有著密切的關系，同時又是其他計量工作的基礎。比如，電流的基準是從長度、力學和時間基準導出的，電感的基準也是從長度導出的，等等。因此可以說在生產建設、科學研究和建立計量基準工作中，長度計量占有非常重要的地位。

§2
我國長度計量工作發展概況（簡略）
新中國成立后，1950年政務院財經委中央技術管理局設立了度量衡管理處，負責全國度量衡管理工作。1954年第一機械工業部成立了計量檢定所，先后開展了長度、熱工和力學三方面的計量工作，隨后其他部、委、局也陸續開展了與本部門業務有關的計量工作，并制定了一些計量管理制度。
1955年成立國家計量局，直屬國務院領導，統一領導全國計量工作。到1959年底，全國有27個省、直轄市建立了計量機構，170個地、市成立了計量檢定所，從事計量工作的人員達上萬人。

§3
幾何量計量基準和標準
長度的基本單位是“米”，其定義是：光在真空中在1/299 792 458秒的時間間隔內所經過的路程的長度，這是在1983年第十七屆國際計量大會上被正式批準的。
米的定義就是建立長度基準的依據。新的米的定義的建立，經歷了一個從自然基準到物質基準，又到自然基準的過程，并給出了復制和保存長度基本單位的基本方法，這種轉換體現了科學技術的發展和對測量要求越來越精確。
為實現全國量值的統一，必須建立國家一級的用以復現、保存單位量值的基準器，即國家計量基準，為了保證國家基準經常處于良好的工作狀態，國家還建立了副基準和工作基準。
國家角度基準器包括精密測角裝置基準（面角度）、精密圓分度測量儀基準（線角度）和激光小角度測量儀基準。
長度標準器是按規定的準確度等級作為檢定用的計量器具。幾何量計量涉及的標準有：線紋長度標準（線紋尺）、端面長度標準（量塊）、平面角標準（多齒分度臺、多面棱體、角度塊）、平面度標準（平面平晶）、表面粗糙度標準（刻線樣板）等等。

第 二 章    測 量 方 法
§1  測量的基本要素
任何測量都包括四個基本要素，即測量對象、計量單位、測量方法和測量結果的準確度。
測量對象
測量對象是指被測物理量的實體，如量塊、平晶、平板、角度塊、齒輪、鋼球、鐵板等，被測量則是指實體的某物理量或某被測參數，如長度、平面度、角度、直徑、表面粗糙度、形狀誤差、位置誤差等，這些被測量歸納起來就是兩種：長度和角度。
1        計量單位
計量單位是用以表示同種量量值而約定采用的特定量，這種特定量具有名稱、符號和定義，其數值為1，下面談一下長度和角度的計量單位。
我國計量法規定，我國采用國際單位制，長度的基本單位的中文名稱是米，國際符號是m，平面角的單位名稱是弧度，符號是rad，立體角的單位名稱是球面度，符號是sr，同時又規定平面角單位“度”、“分”、“秒”（符號分別為 °、′、″）也可同時使用，為了書寫方便，又規定了20個詞頭，其中常用的有兆、千、百、十、分、厘、毫、微、納，對應的符號分別為M、k、h、da、d、c、m、  、n。如鈉黃光的譜線5893，應寫成589.3nm或0.5893 m，地球赤道直徑4萬公里應寫成 km。
2        測量方法
由于測量的目的和測量條件的不同，測量的方法也有所不同。
1        直接測量和間接測量
直接測量：將被測量與作為標準的量直接比較，或用預先按基準定好了的測量儀器進行測量，從而直接求得被測參數的實際數值，測量結果直接表示被測數值對基準尺寸的偏差，例如用游標卡尺測量圓柱體直徑。
間接測量：根據某些其它尺寸的測量結果，按一定的數學關系計算出所要求的數值或它的偏差，例如用千分尺測量球體的直徑d，從而計算出球的體積  。
2        絕對測量和相對測量
絕對測量：被測量和計量單位的標準量直接比較，即可得到被測量數值，如用光波干涉儀直接測量量塊的中心長度。
相對測量：被測量和計量單位的標準量比較后，只能得到被測量相對標準量的偏差，
此偏差與標準量的代數和才是被測量，例如用光學計測量量塊的長度。
3        接觸測量和非接觸測量
接觸測量：計量器具或儀器的測量頭與被測件表面直接接觸，表面之間有測量力存在，作用力的存在將引起接觸變形，例如用平面平晶測量工作臺的平面度。
非接觸測量：計量器具或儀器的測量頭與被測件表面不直接接觸，表面之間沒有測量力，例如用雙管顯微鏡測量工件表面粗糙度。
4        綜合測量和單項測量
綜合測量：在一臺儀器上對被測件多個幾何參數一次同時測量（或測量其綜合指標），如，螺紋中徑、半角、螺距都會影響螺紋的旋入性，可用螺紋量規進行綜合測量。
單項測量：單獨測量被測件的一種幾何參數，如在萬工顯上測量螺紋的中徑、半角、螺距。
5        主動測量與被動測量
主動測量：在加工過程中對零件進行測量，它能防止廢品的發生。
被動測量：在加工后對零件進行測量，它能鑒別零件是否合格，從而剔除廢品。
7        等精度測量與不等精度測量：
等精度測量：在測量條件（裝置、人員、方法、條件、地點）不變的條件下進行的測量。
不等精度測量：在測量條件（裝置、人員、方法、條件、地點）變化的條件下進行的測量。
8        動態測量與靜態測量
動態測量：被測件在運動過程中進行測量，如對工作過程中絲杠、齒輪進行測量。靜態測量：對在靜止狀態下的被測件進行的測量。
9        組合測量和獨立測量
組合測量：將一定數目的被測量以不同方式組合，通過求解相應的方程組，從而獲
得被測量的一種方法，又稱閉環組合測量，如多面棱體的全組合測量。
獨立測量：對單個值測量的一種方法，比如對鋼板尺某兩條刻線間距的測量。
3        測量結果的準確度
測量結果的準確度是測量結果與被測量真值之間的一致程度。它是一個定性概念，而不是一個定量概念，準確度不要與精密度混為一談，精密度通常表征測量結果中隨機誤差的大小程度，測量儀器的準確度是指測量儀器給出接近真值的響應能力。
我們只能說，這臺光學計的測量準確度高，而不能說這臺光學計的測量準確度是0.001mm。再如，對一套2級量塊，可以說它的準確度等級是2級，而不能說它的準確度是2級。

§2  測量方法的主要誤差因素
選定測量方法或評定測量結果的準確度，首先要對影響測量結果的各種誤差因素進行分析，并估計它們對結果的影響。影響測量結果的誤差因素主要包括標準器誤差、計量器具誤差、瞄準誤差、讀數誤差、溫度誤差、定位誤差、測力誤差和方法誤差。
2        標準器誤差
在長度計量中，相對測量比較普遍，長度量值傳遞大多都是通過相對比較測量而進行的，因此標準器的誤差將會直接帶入總誤差中，這是一個不可忽視的因素。這里的標準器主要包括：標準量塊、標準線紋尺、標準角度塊、多面棱體、平面平晶等標準量具。它們對測量結果的影響表現在兩個方面：一是制造誤差，二是檢定極限誤差，前者體現在“級”別，后者體現在“等”別。在測量結果中，如果已對標準器的制造誤差進行了修正，那末只需考慮檢定極限誤差，如果標準器是按標稱值使用（即按級使用），那就要考慮標準器的制造偏差（即相應級別的允許極限誤差）。
3        計量器具誤差
分析計量器具誤差可以從三個方面著手：
    1、計量器具在設計中是否采用了近似原理：如在光學計中，將角位移轉化為線位移，在角度很小時 近似取為 ，這就造成了原理誤差。
2、計量器具的制造誤差
    這類誤差是制造過程中帶來的，雖然通過裝配、調整、校正，可以減小這類誤差，但不可能完全消除。
3、計量器具在使用過程中，由于磨損、振動、變形、調修等引入的誤差，此類誤差很復雜，一般不進行分析，而是通過檢定確定其極限誤差的大小。
三、瞄準誤差
肉眼的瞄準因人而異，同時與目標的形狀、照度、對比度、瞄準方式有關。
瞄準誤差可以用下式表示     
式中  ----以線值表示的瞄準誤差(mm)      ----以角值表示的瞄準誤差
----儀器的總放大率    250----明視距離（mm）    =206265″----系數
瞄準方式與瞄準精度
瞄準方式
        單實線
重  合        單線線端
對    準        虛線對
實  線        雙線線端
對    準        雙線對稱
跨 單 線        交叉線
對  準

簡  圖
         
在明視距
離上的瞄
準 精 度          
～

～

～

四、讀數誤差
讀數誤差是測量者對計量器具的示值讀數（包括對線和估讀）不正確引起的誤差。
1        對線誤差
由于讀數裝置不同，對線誤差也不同。對線誤差可參照上節瞄準誤差計算。另外，當指標線與標尺不在同一平面內，且視線與標尺面不垂直時，會產生視差

式中：B----讀數時，眼睛偏離正確觀察方向的距離，B =30mm
h----指標線（指針）到標尺的距離（mm）
i----分度值（mm）
n----標尺的分度間距（mm）
c----明視距離（mm）
2、估讀誤差
估讀誤差與標尺間距、指標線寬度、標尺刻線質量有關，可參照下表選用：
標尺的分度間距（mm）        1        2        3        4          5
估讀誤差（以分度值作單位）         0.10
0.07
0.06
0.05
0.04

估讀誤差 與對線誤差 是兩個相互獨立的隨機誤差，因此，讀數誤差 應按隨機誤差合成的方法計算：
4        定位誤差
在長度計量中，定位誤差是不可忽略的。比如，被測件是圓柱體，測量時如何安裝定位，是按垂直或水平方向置于平板上，還是用頂尖支承，還是置于V形架上，這就要具體分析。一般有三種定位法：平面定位、圓柱面定位和線定位。具體選擇哪一種定位方法，首先要弄清被測量的性質、特點，這種被測量是以什么作為測量基面的（如平面、軸線、外圓、輪廓邊緣），然后選擇合適的定位部件（如平板、頂針、V架等），以保證安裝最穩定，定位誤差最小。
5        接觸變形誤差
接觸測量是常見的一種方式，大多采用的是球面與平面接觸，平面與圓柱面接觸，接觸面積的大小視被測件材質而定。不同的接觸方式使被測件的變形量也不同，接觸面積越小，引起的變形量越大，但是接觸面積太大，又會使測量不穩定。
6        溫度誤差
長度計量對溫度的要求是十分嚴格的，物體的長度變化量與其材質和溫度有關：

式中： ----物體的長度變化量              ----物體的原始長度
----材料的線膨脹系數               ----溫度的變化量
例如，1000mm的鋼質（ =11.5× ℃ ）量塊，溫度變化 =2℃，則 =0.023mm，這么大的變化量對量塊直接測量而言，顯然是不允許的！
在比較測量時，溫度變化對測量結果的影響就沒有這么顯著，此時，

當 時，   
式中： ----被測件相對于標準件的長度變化量
       ----被測件的原始長度
、 ----被測件的線膨脹系數和溫度
、 ----標準件的線膨脹系數和溫度
當 = = 時， ，此式表明，長度相對變化量僅與二者溫度差有關，或說當被測件與標準件溫度一致時，長度變化量為零，這就是比較測量時要求平衡溫度的原因。但由于自然界中無論不同或相同的物質的線膨脹系數不可能完全相同，同時溫度和線膨脹系數的測量也存在誤差，平衡溫度又不可能達到完全一致，因此溫度誤差是始終存在的。我們就要設法減小溫度變化對測量工作的影響，把溫度變化控制在一定范圍內，或對測量結果進行修正。

好好學習一下，雖然每天在接觸，但是說實話，了解的還不夠。

這些都是比較基礎的東西，對于一些長期從事長度計量的人員來說，基本沒什么作用，因為對于從事計量工作的一些工程師來說，這些都不知道還搞什么長度計量，不過對于那些剛接觸長度計量的新手來說卻是非常有用的學習資料。:victory:

最好不要txt文件，現在最少也要doc文件了。