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长度测量. 长度单位：米的定义. 三次定义 我国的长度单位是米。在 1983 年第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下： “ 米是光在真空中 1 ／ 299792458 秒的时 间内所经过的距离。 ”. 米原器. 通过计量检定，将国家计量标准器（基准）所复现的计量单位的量值，通过标准 ， 逐 级传递到工作用的计量器具，以保证对被测对象所测得量值的准确和一致。这个过程称为量值传递。. 长度量值传递.
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长度单位：米的定义 • 三次定义 • 我国的长度单位是米。在1983年第十七届国际计量大会上正式通过米的新定义如下： “米是光在真空中1／299792458秒的时 间内所经过的距离。”
通过计量检定，将国家计量标准器（基准）所复现的计量单位的量值，通过标准，逐 级传递到工作用的计量器具，以保证对被测对象所测得量值的准确和一致。这个过程称为量值传递。
长度量值传递 目前，在实际工作中常使用下述两种实物基准：量块和线纹尺。首先由稳定激光的基准波长传递到基准线纹尺和一等量块，然后再由它们逐次传递到工件，以确保量值准确一致。
长度测量的标准量 标准量是体现测量单位的某种物质形式，具有较高的稳定性和精确度。 • 光波波长：直接使用米定义咨询委员会推荐使用的五种激光和两种同位素光谱灯的任一种来复现。 • 量块是由两个相互平行的测量面中心之间的距离来确定其工作长度的一种高精度量具。 • 量块是单值量具，即一个量块只有一个尺寸，为了满足一定尺寸范围的不同尺寸要求，量块可以组合使用。 • 量块的公称尺寸和实测尺寸。量块的公称尺寸一般都刻印在量块上。刻在量块上的公称值与该量块的实测值之差即为量块的示值误差。
量块的精度分级又分等。 • 量块按制造精度分为0、1、2、3、4级，其中0级精度最高， • 按检定精度分为1、2、 3、4、5、6等，其中1等精度最高。 • 量块分级的根据是量块中心长度的允许偏差、平面平行性及研合性质；量块分等的根据是量块中心长度测量的极限误差、平面平行性及研合性质量。
量块按级使用时，用其中心长度的公称尺寸，因此测量结果中包含了量块实测尺寸对其公称尺寸的偏差，即中心长度的制造偏差。量块按级使用时，用其中心长度的公称尺寸，因此测量结果中包含了量块实测尺寸对其公称尺寸的偏差，即中心长度的制造偏差。 • 量块按等使用时，用其中心长度的实测尺寸，因此测量结果中包含了实测尺寸对其真实尺寸的偏差，即中心长度的测量误差。 • 量块精度分级又分等，其目的就是借助高精度的测量方法，来弥补制造精度的不足。 • 因此，在高精度的科学研究、测量工作中应按等使用，而在一般测量时可按级使用，以简化计算。
量块“等”和“级”之间的关系是： （1）对研合性及平面平行性偏差规定为：l、2等与0级，3、4等与1、2级，5、6等与3、4级分别相同。因此，欲检定1、2等量块时，必须选择不低于0级精度的量块；检定3、4等量块则必须选择不低于1、2级精度的量块， 检定5等量块必须选择不低于3级精度的量块。 （2）“等”和‘级”可以代替使用。 例如，0、1、2级量块的中心长度制造极限偏差分别与3、4、5等量块的中心长度测量极限误差相同，因此，0、l、2级量块可分别代替3、4、5等量块来使用。
3.光栅、容栅的栅距和感应同步器的线距。 ①测量效率高； ②容易实现数字显示和自动记录，因而读数直观，提高了读数精度，而且工作可靠； ③可以实现测量自动化和自动控制。 黑白透射光栅
长度测量的基本原则——阿贝原则 长度测量的基本原则是阿贝原则:在长度测量时，为了保证测量的准确，应使被测零件的尺寸线(简称被测线)和量仪中作为标准的刻度尺(简称标准线)重合或顺次排成一条直线。符合阿贝原则的测量，其示意图：可尽量减小导轨直线度误差对测量结果的影响。
游标量具 应用游标读数原理（图3一1）制成的量具叫游标量具。它在机械制造业中应用十分广泛，包括游标卡尺，高度游标卡尺、深度游标卡尺等，可分别用于测量内外尺寸、高度、深度等。 游标量具具有结构简单，使用方便，测量范围大以及用途广、使用寿命长等优点。 1. 游标读数原理 游标量具读数部分主要是由尺身与游标组成，其原理是利用尺身刻线间距与游标刻线间距差来进行小数读数，如图3－1所示。 长度计量中常用的量具与量仪
图3－2所示为三用卡尺，其测量范围一般为0－125和0一150mm两种。图3－2所示为三用卡尺，其测量范围一般为0－125和0一150mm两种。 Vernier Caliper
尺身刻线间距每小格为l mm，在游标长度49mm内刻50格，即游标上的每一刻线间距为0.98mm，也就是游标与尺身的刻线间距差为0.02mm。因此当游标零位线与尺身零位线对准时，除最后一很线与尺身第49根刻线对准外，其它游标刻线都不与尺身刻线对准。当移动游标时，游标向右移动0.02mm，则尺身的第一很刻线对准游标的第一很刻线；移动0.04mm时，尺身和游尺身和游标的第二根刻线相对准。依此类推，所以游标在l mm内向右移动的距离，是由游标刻线与尺身刻线相对准时的游标刻线所决定。
根据这个道理，游标沿尺身移动，即可使尺身和游标上的某一刻线对准，从而得出被测长度尺寸的毫米整数和小数部分，其读数方法如下：根据这个道理，游标沿尺身移动，即可使尺身和游标上的某一刻线对准，从而得出被测长度尺寸的毫米整数和小数部分，其读数方法如下： 首先读出游标零刻线所指示的左边尺身上的毫米刻线整数；然后观察游标刻线与尺身刻线对准时的格数，将游标对准的格数乘以游标读数值，即为毫米小数；最后将毫米整数与毫米小数相加，即得被测工件的尺寸读数。 如图8—2所示，游标读数值为0.10mm， 则被测工件尺寸为2十0.30＝2.30mm。
近十年来发展了一种不用游标读数的新型卡尺，即数显卡尺（又称为电子卡尺），其示意图如图3－4所示。数显卡尺的测量范围为O～150 mm，分度值为 0.01 mm，测深为 0～115 mm。数显卡尺主尺上装有高精度的齿条，用齿条作为传动机构，带动一个圆形栅格片转动，用光电脉冲计数原理，将卡尺量爪的位移量转变为脉冲电讯号，通过计数器和显示器将测量尺寸用数字显示出来。数显卡尺的电子部分装有存储器、置零装置和公英制换算装置。±0.03mm～±0.05mm
目前我国生产的游标卡尺的测量范围和游标读数值：目前我国生产的游标卡尺的测量范围和游标读数值：
测微量具 Outside Micrometers 测微量具是机械制造中常用的精密量具，它是利用精密螺旋副进行测量，而以微分筒和固定套筒上的刻度进行读数的一种机械式量具。精密螺旋副的螺距为0.5mm， 由于测微螺杆的精度受到制造工艺的限制，其移动量通常为 25 mm。 测微量具是应用螺旋副传动原理，将角位移转变为直线位移，直线位移的各行程与螺旋转角成正比，其数学表达式为 Outside Micrometers 外径千分尺
2．测微量具的读数机构和读数方法 读数机构由固定套筒和微分筒组成，如图所示。在固定套筒上刻有纵刻线，作为微分筒读数的基准线，纵刻线上下方各刻有25个分度，每个分度的刻线间距为1mm，上下刻线的起始位置错开0.5mm，微分量具中测微螺杆的螺距一船都是0.5mm，微分筒圆周斜面上刻有50个分度，因此当微分筒旋转一周时，测微螺杆轴向位移0.5mm，微分筒旋转一个分度时(即1／50转)，测微螺杆移动0.01mm，故常用千分尺的读数值为0.01mm。 读数： 14.10mm
表类量具 此类量具的主要原理是将测量杆微小直线位移通过适当的放大机构放大后而转变为指针的角位移，最后由指针在刻度盘上指示出相应的示值。 钟表式百分表 分度值为0.01mm
图 (a) 仪器的外形 图 (b) 仪器结构原理图 杠杆齿轮式测微仪
扭簧测微仪 • 扭簧测微仪又称为扭簧比较仪。在传动式量仪中，使用最广泛。因为它具有传动链无间隙，无摩擦作用，测量力小，放大比较高等优点，所以大大地提高了量仪的精度。扭簧测微仪的灵敏度很高，其分度值一般为0.00l，0.0005，0.0002，0.0001和0.00002mm， 相应的示值范围为±0.03， ±0.015， ± 0.006，± 0.003和± 0.001mm，示值误差(±0.3μm～±3μm)仅为示值范围的± 1%至2.5%，回程误差近似为零。上述可知，这种量仪的精度已大大超过其它机械传动式量仪，通常用作比较测量。
图（a)为其外形示意图；图(b)为其原理图。仪器的主要元件灵敏弹簧片的剖面是长方形的磷青铜簧片(例如横截面为0.0l×0.25mm)，簧片由中间向左、右两端扭曲而成为扭簧片，它的一端被固定在机壳的连接柱上，另一端则固定在杠杆2的一个支臂上，杠杆2的另一端与测杆1的上部相连，指针4安装在扭簧片3的中部。当测杆1有微小的位移上升或下降时，则带动杠杆2摆动，杠杆2的摆动将使扭簧片伸长或缩短，使扭簧片在中央处发生扭转，从而使连在扭簧片中间的指针4偏转一角度，其大小与拉簧片的伸长或缩短的大小成比例。也就是说，与测杆的微小位移成比例。图（a)为其外形示意图；图(b)为其原理图。仪器的主要元件灵敏弹簧片的剖面是长方形的磷青铜簧片(例如横截面为0.0l×0.25mm)，簧片由中间向左、右两端扭曲而成为扭簧片，它的一端被固定在机壳的连接柱上，另一端则固定在杠杆2的一个支臂上，杠杆2的另一端与测杆1的上部相连，指针4安装在扭簧片3的中部。当测杆1有微小的位移上升或下降时，则带动杠杆2摆动，杠杆2的摆动将使扭簧片伸长或缩短，使扭簧片在中央处发生扭转，从而使连在扭簧片中间的指针4偏转一角度，其大小与拉簧片的伸长或缩短的大小成比例。也就是说，与测杆的微小位移成比例。
光学比较仪（光学计） 光学比较仪又称光学计，它是一种精度较高的光学机械式计量仪器。光学比较仪主要用作相对法测量，在测量前先用量块或标准件对准零位，被测尺寸和量块（或标准件）尺寸的差值可在仪器的刻度尺上读得。用光学计在相应的测量条件下，以四等或五等量块为标准可对五等或六等量块进行检定，还可以测量圆柱形、球形、线形等工件的直径以及各种板形工件的厚度。 光学比较仪由光较仪管和支架座组成。光较仪管可以从仪器上取下，装在其它支架座上，做其它精密测量之用。按照光较仪管支架座形式的不同，光学比较仪可分成立式光学比较仪即立式光学计和卧式光学比较仪即卧式光学计两种。
立式光学计的主要部件是光较仪管，光较仪管的工作原理是自准直光管和正切杠杆机构的组合。如图所示，在物镜焦平面上的焦点C发出的一束光，经物镜后变成一束平行光射到平面反射镜。 若平面反射镜与光轴垂直，则经过平面反射境反射的光仍按原路汇聚到发光点C处，即发光点C与象点C’重合。若反射镜与光轴不垂直而偏转一个a角，根据反射定律则反射光束与入射光束间的夹角为2 a 。此时反射光束汇聚于象点 C”，C与 C”之间的距离应按下式计算：
测量时，应先调整零位，即平面反射镜的镜面与光较仪中的光轴相垂直。由于采用比较测量法，因此当被测尺寸和标准尺寸有差异时，测杆就将沿着导轨做直线移动，从而推动平面反射镜P绕支点O摆动。测杆移动的距离为s时，反射镜偏转了a角，其关系为测量时，应先调整零位，即平面反射镜的镜面与光较仪中的光轴相垂直。由于采用比较测量法，因此当被测尺寸和标准尺寸有差异时，测杆就将沿着导轨做直线移动，从而推动平面反射镜P绕支点O摆动。测杆移动的距离为s时，反射镜偏转了a角，其关系为 式中，b为测杆到支点O的距离。 这样，测杆的微小移动S就可以通过正切杠杆机构和光学装置放大，变成光点和象点间的距离CC”，其放大比为 光学计的目镜放大倍数为K2，因此光学计的总放大倍数为 KK2倍。±（0.2～0.25）um
测长仪和测长机 测长仪和测长机结构中带有长度标尺，通常是线纹尺，也可以是光栅尺。测量时，用此尺作为标准尺与被测长度做比较，通过显微镜读数以得到测量结果。由于测长仪的设计完全遵循阿贝原则，所以又称为阿贝测长仪。可以对长度进行绝对测量。也可借助其它基准（如量块）进行比较测量。 量程较短的称为测长仪。仪器的测量座是一个独立部件。由内装100mm线纹标尺的量轴和细分值为0.001mm的读数显微镜所组成。根据测量座在仪器中的布置分立式测长仪和卧式万能测长仪（简称万能测长仪）两种。立式测长仪用于测量外尺寸；卧式测长仪除能测量外尺寸外，主要用于测量内尺寸。 量程在500mm以上的仪器体形较大，称为测长机。测长机常用于绝对测量。
工作台1上放置被测件2，通过测量轴体4上的可换测量头3与被测件接触测量。测量轴体4是一个高精度圆柱体，在精密滚动轴承支持下，通过钢带8，滑轮9，平衡锤12和阻尼油缸13完成平稳的轴向升降运动。配重7用来调整测量力。工作台1上放置被测件2，通过测量轴体4上的可换测量头3与被测件接触测量。测量轴体4是一个高精度圆柱体，在精密滚动轴承支持下，通过钢带8，滑轮9，平衡锤12和阻尼油缸13完成平稳的轴向升降运动。配重7用来调整测量力。 测量轴体的轴线上固定有基准标尺(玻璃刻尺)5，其上有l01条刻线，刻度间隔为1mm。由光源11发出的光，经透镜10，再透过基准玻璃刻尺，将毫米刻线影象投射入螺旋读数显微镜6，进行读数。
目镜8的显微读数镜头中，可看到三种刻线重合在一起：一种是毫米玻璃刻线尺5上的刻度（图中的 7、8），其间距为 lmm；一种是目镜视野中间隔为 0.lmm的刻度（图 中的 0至10）一种是有10圈多一点的阿基米德螺旋线刻度（图中上部的35、40、45），由于螺旋线的螺距为 0.1 mm，而在螺旋线里面的圆周上刻有100格的圆周刻度，因此每格圆周刻度代表阿基米德螺旋移动0.001mm。读数时，旋转螺旋分划板微调手柄7，使毫米刻线位于某阿基米德螺旋双刻线之间。 图的读数为 7.141 mm。 不确定度：±（1.5+ L/100）um
卧式测长仪 卧式测长仪又称为万能测长仪。 万能测长仪是把测量座作卧式布置，测量轴线成水平方向的测长仪器。万能测长仪除了对外尺寸进行直接和比较测量之外，还可配合仪器的内测附件测量内尺寸。对外尺寸可以测端面间长度、球的直径、垂直位置和水平位置的圆柱直径等：对内尺寸可以测平行平面间长度、内孔直径等。配以附件还可测量螺纹的内、外中径。因此卧式测长仪在测试工作中有着广泛的用途。
卧式测长仪的毫米刻线尺和测量轴水平卧放在仪器的底座上，并可在底座的导轨上作左右方向的移动；它主要由底座7、测座1、万能工作台5和尾座6组成。测座l和尾座6可在仪器底座7的导轨上移动和锁紧。万能工作台5安装在底座中部的马鞍处，它有五个自由度（升降、前后移动和绕垂直轴或水平轴的转动）测量时可精细调整，保证测得的长度准确位于基准尺同一细线上，以排除测量时的阿贝误差。卧式测长仪的毫米刻线尺和测量轴水平卧放在仪器的底座上，并可在底座的导轨上作左右方向的移动；它主要由底座7、测座1、万能工作台5和尾座6组成。测座l和尾座6可在仪器底座7的导轨上移动和锁紧。万能工作台5安装在底座中部的马鞍处，它有五个自由度（升降、前后移动和绕垂直轴或水平轴的转动）测量时可精细调整，保证测得的长度准确位于基准尺同一细线上，以排除测量时的阿贝误差。
测量前先将测量轴2与尾座中的测量砧接触，从读数显微镜中读出读数。测量轴中装有毫米刻线尺作为标准尺，标准尺和测量轴一起移动。测量轴2和读数显微镜同装在测座1上。第一次读数后，将被测工件置于工作台上，并使工件和测砧接触，然后移动测量轴2与工件接触，再一次从读数显微镜读得第二次读数，两次读数之差即为被测工件的尺寸。读数显微镜的视野和读数方法与立式测长仪完全相同。测量前先将测量轴2与尾座中的测量砧接触，从读数显微镜中读出读数。测量轴中装有毫米刻线尺作为标准尺，标准尺和测量轴一起移动。测量轴2和读数显微镜同装在测座1上。第一次读数后，将被测工件置于工作台上，并使工件和测砧接触，然后移动测量轴2与工件接触，再一次从读数显微镜读得第二次读数，两次读数之差即为被测工件的尺寸。读数显微镜的视野和读数方法与立式测长仪完全相同。
测长机 测长机是机械制造中测量大尺寸的精密仪器，仪器的种类很多，按其测量范围来分，有1，2，3，4，6m，甚至还有12m的。该仪器主要进行绝对测量，但也可用于比较测量。绝对测量是将被测工件与仪器本身上的刻度尺进行比较；而相对测量则是将被测工件和一个预先用来对准仪器零点的标准件(如块规等)相比较，从仪器上读取两者之差值。 1． 仪器工作原理
图中6是机身，在它的床面上镶有刻线尺7和分划板14。刻线尺7上从0到100mm内共有刻线1000条．故每格为0.1mm；分划板14共有10块，每块相距100mm，在每一块上面刻着两条刻线和0，1，2，…，9之间的一个数字，分别代表每一块分划板距刻线尺7零刻线的距离的分米数值。图中6是机身，在它的床面上镶有刻线尺7和分划板14。刻线尺7上从0到100mm内共有刻线1000条．故每格为0.1mm；分划板14共有10块，每块相距100mm，在每一块上面刻着两条刻线和0，1，2，…，9之间的一个数字，分别代表每一块分划板距刻线尺7零刻线的距离的分米数值。 光线自光源15，经聚光镜，滤光片、反射镜后照亮了分划板14。由于分划板位于物镜组11的焦平面上，故光线通过分划板14后，经直角棱镜12和物镜组II后便形成平行光束，经过同样焦距的物镜组9和棱镜8后，使分划板14成象于刻线尺7上(因刻线尺7亦放置在物镜组9的焦平面上)。通过读数显微镜3进行读数。小于0.1mm的读数由光学计管2完成。
测长机光路 玻璃平板2位于尾座物镜5的焦平面上，玻璃刻度尺8位于测座物镜6的焦平面上。根据自准直光管的原理，玻璃平板2：上的双刻线成象于玻璃刻度尺8的平面内，在定位读数显微镜视野中可同时看到玻璃平板2的双刻线和玻璃刻度尺8的0.1mm刻线。
工具显微镜 显微镜法是将被测件的尺寸、轮廓或用光干涉法产生的干涉条纹等，经过显微放大，以便于观察测量。 被测件AB位于物镜的物方焦点F1之外，但不超过距物镜两倍焦距的距离，被测件被物镜放大成一倒立的实象A’B ，此实象位于目镜的物方焦面右方的分划板上，经目镜再次放大在明视距离J＝250mm处成一可从目镜视场中看到的虚象A'B ' 显微镜光学系统 物镜放大倍率为 目镜放大倍率为 显微镜的放大倍率为 －光学筒长
非接触瞄准 照明光源射出的光经滤色片2、可变光阑3、反射镜4和聚光镜5后变为平行光照明被测工件。经物镜放大后的工件轮廓成象在分划板11上，再经目镜放大后观察。显微镜读数系统由目镜和物镜组成。根据所要求的放大倍数，可更换物镜。在分划板前设置一正象棱镜，使视野内所观察的象为正象。目镜头可以更换.
