测量基本概念简介

在确定被测对象的量值为目的的一组操作过程中，将被测对象与体现计量单位的标准量进行比较。设被测几何量为L，所采用的计量单位为E，则它们的比值q为

即被测几何量的量值L为测量所得的量值q与计量单位E的乘积，即

式（11.2）表明，任何几何量的量值都由几何量的数值和该几何量的计量单位组成。显然，要进行测量，必须要明确被测对象和确定计量单位，采用合适的测量方法，获得测量结果。

一个完整的测量过程是需要包括以下几个要素的。

1.测量对象

主要是指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度轮廓、形状和位置误差以及螺纹、齿轮的几何参数等。

2.计量单位

我国的计量单位一律采用《中华人民共和国法定计量单位》中规定的单位，几何量中长度的基本单位为米（m），几何量中平面角的角度单位为弧度（rad），立体角为球面度（sr）。

3.测量方法

主要指进行测量时所用的，按类别叙述的一组操作逻辑次序。根据被测对象参数的特点，如精度、大小、轻重、材质、数量等来确定测量方法，从而确定所用的计量器具，分析研究被测参数的特点和与其他参数的关系，最后确定对该参数如何进行测量。

4.测量误差

指测量结果减去被测量的真值。但真值是不能确定的，实际上用的是近似真值。近似真值常常是某个参数的多次测量结果来确定。测量误差大说明测量精度低，所以误差和精度是两个相对的概念。

11.1.1 计量基准

在生产和科学实验中测量需要标准量，而标准量所体现的量值需要由基准提供。因此，为了保证测量的准确性，就必须建立起统一、可靠的计量单位基准。

1.长度基准

米是国际上通用的长度计量单位，米的长度被定义为光在真空中于1/299′792′458秒内行进的距离。在实际工作中不能直接使用光波作为长度基准进行测量，在用各种测量器具进行测量时，为了保证量值统一，必须把长度基准的量值准确地传递到所使用的计量器具和被测工件上。在生产中都是通过一些高精度的计量器具将基准的量值传递。直接可用这些测量器具对零件进行测量。目前，通过线纹尺和量块这两个主要媒介将国家基准波长向下传递。长度基准的量值传递系统如图11.1所示。

图11.1 长度基准传递系统

2.角度基准

角度也是机械制造中重要的几何参数。但在实际应用中，为了测量方便，角度基准的实物基准常用特殊合金钢或石英玻璃制成的多面棱体，并建立了角度量值的传递系统。

多面棱体的工作面数有4，6，8，12，24，36，72等几种。图11.2所示的多面棱体为正八面棱体，它所有相邻两工作面法线间的夹角均为45°，因此用它作为角度基准可以测量任意n×45°的角度（n为正整数）。图11.3是以多面棱体为角度基准的量值传递系统。

图11.2 正八面棱体(www.xing528.com)

图11.3 角度传递系统

11.1.2 量块

量块也称为块规，用途广，可作为长度基准的传递媒介，也可以作为生产中用来检定和校准测量工具或调整仪器。

量块的外形如图11.4和图11.5所示。绝大多数量块被制成直角平行六面体，即有2个测量面和4个侧面构成。量块的测量面是经过研磨加工的，所以其表面较侧面要光滑得多，很容易区分开来。

图11.4 量块

量块的长度是指测量面上任意点到与其相对的另一侧测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离，用符号l表示，辅助体的材料表面质量应与量块相同。量块的中心长度是指量块未研合测量面中心点的量块长度，用符号lc表示，如图11.4所示。量块标称长度是指标记在量块上，用以表明其与主单位（mm）之间关系的量值，也称为量块长度的示值或量块的标称长度。当量块的标称长度不大于5.5 mm时，代表标称长度的数码刻在上测量面上，与其相对的为下测量面，参见图11.5中5 mm的量块。当量块的标称长度大于5.5 mm时，代表标称长度的数码刻在面积较大的一个侧面上，参见图11.5中30 mm的量块。

图11.5 量块组

按GB/T 6093—2001标准中的规定，量块按制造精度分为6级，即00，K，0，1，2，3级。其中00级的精度最高，精度依次降低，3级的精度最低，K级为标准级，具体数值参见表11.1。

表11.1 各级量块精度指标

注：距离测量面边缘0.8 mm范围内不计。

按JJG 146—2003《量块检定规程》标准中的规定，量块长度测量根据量块测量的不确定度允许值和长度变动量的允许值分为1，2，3，4，5五等，其中1等的精度最高，精度依次降低，5等的精度最低，具体数值参见表11.2。

表11.2 各等量块精度指标

续表

注：① 距离测量面边缘0.8 mm范围内不计。
② 表内测量不确定度置信概率为0.99。
③ 摘自JJG 46—2003。

量块具有研合性。所谓的研合性是指量块的一个测量面与另一个测量面或另一经精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互黏合的性能。利用量块的研合性，可以在一定的尺寸范围内，将不同尺寸的量块进行组合而形成所需的工作尺寸。按GB/T 6093—2001规定，我国生产的成套量块有91块、83块、46块、12块等17种规格。表11.3列出了国产83块一套量块的尺寸构成系列。

表11.3 成套量块（83块）

注：摘自GB/T 6093—2001。

使用量块时，为了减少量块组合的累积误差，应尽量减少量块数量，一般不超过4～5块。量块组合时，可从消去所需工作尺寸的最小尾数开始，逐一选取。例如，为了得到工作尺寸为38.785 mm的量块组，从83块一套的量块中可分别选取1.005 mm，1.28 mm，6.5 mm和30 mm等4块量块。如果要得到25 mm量块组，可从表11.3中选5 mm和20 mm两块组成，也可选10 mm，7 mm和8 mm 3块组成。