计量器具和测量方法简介

计量器具是测量仪器和测量工具的总称。把没有传动放大系统的计量器具称为量具，例如游标卡尺等；把有传动放大系统的计量器具称为量仪，比如投影仪等。

11.2.1 度量指标

计量器具的度量指标是合理选择和使用计量器具的重要依据。基本度量指标主要有以下几项：

1.标尺间距

标尺间距是指测量仪器沿着标尺长度的同一条线测得的两相邻标尺标记之间的距离。标尺间距一般为0.75～2.5 mm。

2.标尺间隔

标尺间隔也称为分度值，是指测量仪器的标尺对应两相邻标记的两个值之差。标尺间隔用标在标尺上的单位表示，即标尺上所能读出的最小单位。一般长度计量器具的标尺的间隔（分度值）有0.1 mm，0.05 mm，0.02 mm，0.01 mm，0.005 mm，0.002 mm，0.001 mm等几种。例如，立式光学计的目镜视场所能见到的标尺间隔或分度值为0.001 mm（1 μm）。通常，分度值越小，计量器具的精度越高。

3.分辨率

分辨率是指测量仪器所能有效辨别的最小的示值差。由于在一些量仪（如数字式量仪）中，其读数采用非标尺或非分度盘显示，因此就不能使用分度值这一概念，而将其称为分辨率，即当变化一个有效数字时示值的变化。例如，国产JC19型数显万能工具显微镜的分辨率为0.5 μm。此概念也适用于记录式装置。

4.示值范围

示值范围是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

测量范围是指测量仪器所能测量的最小值到最大值的范围。例如，立式光学计的测量范围为0～180 mm，量程为180 mm。

6.灵敏度

灵敏度是指测量仪器响应的变化除以对应的激励变化，即测量仪对被测量变化的反应能力。若被测几何量的激励变化为ΔL，该几何量引起计量器具的响应变化为Δx，则灵敏度S为

当式（11.3）中分子和分母为同种量时，灵敏度也称为放大比。对于具有等分刻度的标尺或分度盘的量仪，放大比等于标尺间距与分度值之比，例如立式光学计的标尺间距为0.96 mm，分度值为0.001 mm，其放大比为960。一般地说，分度值越小，则计量器具的灵敏度就越高。

7.示值误差

示值误差是指测量仪器的示值与被测几何量的真值之差。通常示值误差越小，则测量仪器的精度就越高。

8.修正值

修正值用代数法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值。修正值等于负的系统误差。其大小与示值误差的绝对值相等，而符号相反。例如，示值误差为-0.002 mm，则修正值为+0.002 mm。

9.重复精度

重复精度是指在相同的测量条件下，对同一个被测几何量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。差异小，重复精度高，计量器具精度也高。

10.稳定度

稳定度是指在规定工作条件下，计量器具保持其计量特性恒定不变的程度。稳定度高，测量精度也相对较高。

11.2.2 测量仪器

1.量具类

量具类是通用的有刻度的或无刻度的一系列单值和多值的量块和量具等，如长度量块、90°角尺、角度量块、线纹尺、游标卡尺、千分尺等。

2.量规类

量规是没有刻度且专用的计量器具。可用以检验零件要素实际尺寸和形位误差的综合结果。使用量规检验不能得到工件的具体实际尺寸和形位误差值，而只能确定被检验工件是否合格。如使用光滑极限量规检验孔、轴，只能判定孔、轴的合格与否，不能得到孔、轴的实际尺寸。

3.计量仪器

计量仪器（简称量仪）是能将被测几何量的量值转换成可直接观测的示值或等效信息的一类计量器具。计量仪器按原始信号转换的原理可分为以下几种：

（1）机械量仪。

机械量仪是指用机械方法实现原始信号转换的量仪，一般都具有机械测微机构。这种量仪结构简单、性能稳定、使用方便，如指示表、杠杆比较仪等。(www.xing528.com)

（2）光学量仪。

光学量仪是指用光学方法实现原始信号转换的量仪，一般都具有光学放大（测微）机构。这种量仪精度高、性能稳定。如光学比较仪、工具显微镜、干涉仪等。

（3）电动量仪。

电动量仪是指能将原始信号转换为电量信号的量仪，一般都具有放大、滤波等电路。这种量仪精度高、测量信号经模/数（A/D）转换后，易于与计算机接口，实现测量和数据处理的自动化，如电感比较仪、电动轮廓仪、圆度仪等。

（4）气动量仪。

气动式量仪是以压缩空气为介质，通过气动系统流量或压力的变化来实现原始信号转换的量仪。这种量仪结构简单、测量精度和效率都高、操作方便，但示值范围小，如水柱式气动量仪、浮标式气动量仪等。

4.计量装置

计量装置是指为确定被测几何量值所必需的计量器具和辅助设备的总体。它能够测量同一工件上较多的几何量和形状比较复杂的工件，有助于实现检测自动化或半自动化。如齿轮综合精度检查仪、发动机缸体孔的几何精度综合测量仪等。

11.2.3 测量方法

测量方法的分类很多，这里是按获得测量结果的方式，来从不同的角度分类。

1.直接测量和间接测量

（1）直接测量。

直接测量是指被测的量值直接由计量器具读出。例如，用游标卡尺、千分尺测量零件直径。

（2）间接测量。

间接测量是指欲测量的量值由几个实测的量值按一定的函数关系式运算后获得的。如图11.6所示，用弦高法间接测量圆弧样板的直径D，为了得到D的量值，只要测得弦高H和弦长S的量值，然后按式（11.4）进行计算即可。

图11.6 用弦高法测圆弧直径

2.绝对测量和相对测量

（1）绝对测量。

绝对测量是指计量器具显示或指示的示值即是被测几何量的量值。例如，用游标卡尺、千分尺测量零件直径。

（2）相对测量。

是指计量器具显示或指示出被测几何量相对于已知标准量的偏差，测量结果为已知标准量与该偏差值的代数和。例如，用立式光学计测量轴径，测量时先根据轴的基本尺寸用量块调整量仪示值零位，然后换上被测轴进行测量，该仪器指示出的示值为被测轴径相对于量块尺寸的偏差值，即实际偏差。一般来说，相对测量的测量精度比绝对测量的高。

3.接触测量和非接触测量

（1）接触测量。

接触测量是指测量时计量器具的测头与被测表面直接接触。例如，用游标卡尺、千分尺、立式光学计测量轴径，用触针式轮廓仪测量表面粗糙度轮廓。在接触测量中，由于接触时有机械作用的测量力，使接触可靠，但测头与被测表面的接触会引起弹性形变，产生测量误差或划伤工件表面。

（2）非接触测量。

非接触测量是指测量时计量器具的测头不与被测表面接触。例如，用光切显微镜测量表面粗糙度轮廓，用工具显微镜测量孔径和螺纹参数。非接触测量适宜于软质表面或薄壁易变形工件的测量。

4.单项测量和综合测量

（1）单项测量。

单项测量是指分别对工件上的各被测几何量进行独立测量。例如，分别测量外螺纹的螺距、牙侧角和中径。

（2）综合测量。

综合测量是指同时测量零件上几个相关参数的综合效应或综合指标，以判断综合结果是否合格。例如，用螺纹量规通规综合检验螺纹的螺距、牙侧角和中径是否合格。

就零件整体来说，单项测量的效率比综合测量的低，但单项测量便于进行工艺分析，综合测量适用于大批量生产，且只要求判断合格与否，而不需要得到具体的误差值。