万能测长仪测内外孔径实验.docx
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万能测长仪测内外孔径实验
万能测长仪外测装置测内径与外径实验
一、实验目的
1、明确测长仪的分类和用途；
2、熟悉万能测长仪的工作原理；
3、熟悉万能测长仪主要结构及附件，并掌握其主要部件的调整；
4、对测量结果进行数据处理和误差分析。
二.万能测长仪结构
图2-1为JD18投影万能测长仪的外形结构图，它主要由基座、测座和尾座以及各种附件组成。
图2-1万能测长仪
1-测座2-万能工作台3-手柄4-尾座5-手轮6-底座7-手柄8-微分筒9-手轮
基座是由底座6和万能工作台2组成。
在底座6的左面导轨上装有测座1，右面导轨上装有尾座4，万能工作台装在底座的中部。
万能工作台可做五种运动：
工作台的升降运动：
旋转手轮9可使工作台上升或下降。
为了保证万能工作台在承受不同重量的工件时，仍能同样灵活的升降，在底座的右侧内装有一个平衡装置，它的操作是通过底座右侧端的手轮5来进行的。
工作台的横向移动：
旋转微分筒8，可使工作台作0～25mm的横向移动。
微分筒的分划值为0.01mm。
工作台的摆动：
摆动手柄3可使工作台作±3°的左右倾斜摆动。
工作台的转动：
扳动手柄7可使工作台绕垂直轴旋转±3°。
工作台的自由滑动：
在测量轴线方向上，工作台可自由滑动，滑动范围为10mm。
测座1是由测量杆、读数显微镜、照明装置等组成。
测量杆内部装有一根刻线长度为100mm的基准刻线尺，这就确定了万能测长仪的绝对测量范围为0～100mm。
尾座4内装有尾管，尾管头部有测头，尾部有使测头轴向微动的螺丝。
万能测长仪用于测量内尺寸或测量螺纹中径时，必须使用仪器的有关附件（图中未示出）。
三、测量原理
万能测长仪是按阿贝原则设计制造的。
所谓阿贝原则是指被测工件的被测尺寸应处于仪器基准刻线尺的轴线延长线上，以保证仪器的高精度测量。
其工作原理见图2-2，进行外尺寸测量时，是直接把被测工件1与仪器的基准刻线尺-—精密玻璃刻线尺3作比较测量前先使仪器测座与尾座的两测量头接触，在读数显微镜4中观察记下第一次读数值，然后以尾座测量头为固定器测量头，移动测座，将被测工件放入两测量头之间，通过万能工作台2的调整，使被测尺寸处于测量轴线上，再从读数显微镜中观察读出第二个读数两次读之差就是被测工件的实际尺雨。
由于精密玻璃线纹尺是安装在测量轴线上，因此，在万能测长仪上测量是符合阿贝原则的。
图2-2万能测长仪测量原理
1-工件2-万能工作台3-精密玻璃刻线尺4-读数显微镜
读数显微镜的光学系统见图2-3,由光源D1（15W）发出的光线经隔热片G1、绿色滤光片LU1、聚光镜J1、直角棱镜和反射镜FA1后，照明分划值为1mm的100mm玻璃分划尺胶合组BI、BA（BI是100mm分划尺，BA是保护玻璃）。
BI上的刻线经过50X投影物镜W1、W2，反射镜FA2、FA3、FA4后成像于蜡屏PI上。
PI上刻有10对双刻线他三角标志，因此再通过放大镜FANG可读至0.1mm，J是调灯丝位置用的透镜。
由光源D2（2.1W）发出的光线经聚光镜J2、J3和绿色滤光片LU2后照明到测微分划板FE后，经过30X投影物镜W3，反射镜FA5、FA6、FA7后成像于蜡屏PI上。
再通过放大镜FANG可读至0.001mm。
图2-3万能卧式测长仪投影读数光学系统示意图
测微分划板FE是固定的，蜡屏同30X投影系统是刚性连接的，当蜡屏移动0.1mm时（即移动一对双刻线距离）30X投影系统也沿着测微分划板FE方向移动0.1mm。
而在测微分划板0.1mm范围内刻了101根刻线，因此两刻线的间隔代表1μm，在投影屏上的视宽约为1.65mm。
如图2-3所示的投影屏上的读数为5.010mm。
四、实验步骤
1、接通电源，打开仪器；
2、本实验是测量工件内径的，所以选用双钩测量内径法；
3、首先安装好一对测钩，每次装上测头或尾管之后，均须进行调整。
调整时，注意应使标准环上的标记线通过测量轴线，并用压板固紧，挂上测力重锤。
4、调整工作台，找准测位，使得两测钩相互对死如图4-1。
测量外径使两测头对齐
图4-1
5、固定好
=50.0067mm标准环规；如图4-2。
测量外径将工件同样固定
图4-2
6、调整设备开始测量图4-3
图4-3
9、测量与读数，测量时工件要绕y轴前后移动并找读数的最大值，同时还要绕y轴转动找读数的最小值。
只有找准这两个位置上的读数值,才是被测圆柱形工件的直径正确值如图4-4和图4-5所示；测量外径如图4-6与图4-7；D为被测工件在Y轴前后移动和绕Y轴转动的最大值和最小值；而L为测量时的有偏差的值。
图4-4
图4-5
图4-6
图4-7
10、换上
=20.0057mm的标准工件，重复上述过程，读出数据。
五、数据处理与误差分析
1、万能测长仪测量内径数据
1）、根据双钩法测量内径原理如图5-1求的被测件内径：
已知标准件内径为D1=50.0067mm，D=X2-（X1-D1），其中：
X2为第二次测得被测件值；X1为第一次测得被测件值；D为所测被测件内径；
2）、对作为基准环规的测量数据为：
X1=78.3998mm;X2=79.3087mm;X3=84.3845mm;X4=90.0101;
X5=95.4589mm.作为测量基准,分别测得相对应的数据。
测量被测工件内径读数如下表（单位mm）
测量次数
1
2
3
4
5
测量值X1
78.3998
79.3087
84.3845
90.0101
95.4589
测量值X2
58.4149
59.3219
64.3981
70.0222
75.4742
D1
50.0067
50.0067
50.0067
50.0067
50.0067
D
30.0218
30.0199
30.0203
30.0188
30.0200
2、测量被测工件外径读数为：
其中，＝测量值＝初始值＝1,2,3,4,5
测量次数
测量值Di（mm）
初始值di（mm）
外径值D（mm）
1
94.1596
0.184
93.9758
2
99.9719
5.9975
93.9744
3
96.6791
2.7035
93.9756
4
94.7373
0.7628
93.9746
5
94.2751
0.3000
93.9751
3、真值与平均值计算
（1）算术平均值算术平均值是最常见的一种平均值。
设、、……、为各次测量值，代表测量次数，则算术平均值为
（2）几何平均值几何平均值是将一组n个测量值连乘并开n次方求得的平均值。
即
（3）均方根平均值
（4）对数平均值在化学反应、热量和质量传递中，其分布曲线多具有对数的特性，在这种情况下表征平均值常用对数平均值。
设两个量、，其对数平均值
应指出，变量的对数平均值总小于算术平均值。
当/≤2时，可以用算术平均值代替对数平均值。
（5）由以上数据代入标准差公式
（6）按肖维勒准则剔除异常值
=0.6
4、误差分析
（1）误差产生之原因分析
通过一系列的分析和试验工作，（当时还对两测量头半径r及标准环规作了细致的检查）。
发现主要问题是两测量头（固定测头与活动测头）相互偏移即两测量头中心的连线与测量轴线方向不平行所致。
如图所示：
（2）试验采用的标准环规直径是50．0067毫米，为其他仪器测得的数据，未标注不确定度，并且，在测试中，直接引用该数据，所得测量结果存在一定的误差。
（3）由测试环境、温度等引起的误差。
由于实验室是木地板，测试时人为的振动等其他因素对测量结果的影响比较大。
5、不确定度的评定
5.1外径不确定度
分析测量方法可知，对外径的测量，不确定度影响显著的因素有、,测量重复性引起的不确定度,,测微仪示值误差引起的不确定度,和应采用A类评定方法，应采用B类评定方法。
下面分别计算各主要因素引起的不确定度分量:
1）测量值引起的不确定度；
简单来说，标准差是描述一组数据平均值分散程度的量。
一个较大的标准差，代表大部分数值和其平均值之间差异较大；一个较小的标准差，代表这些数值较接近平均值。
标准差的计算公式如下：
所以由测量值的5次测量求得平均值的标准差，则工件测量值的测量不确定度==0.005，故由Di的测量重复性引起的误差为
=0.005，其自由度。
2）初始值引起的不确定度分量
由初始值的5次测量求得平均值的标准差0.00005，则初始值的测量不确定度=0.00005，故由的测量重复性引起的误差为=0.00005，其自由度。
3）测长仪引起的不确定度
测长仪的示值范围为，取均匀分布，计算的测长仪示值标准不确定度为，则测长仪的示值引起的长度测量的不确定度分量为，其自由度。
4）不确定度的合成
因为不确定度、和相互独立，即，所以得外径测量的合成标准不确定度为，计算其自由度为
，取。
5）展伸不确定度
取置信区间，自由度，查分布表得，即包含
因子，于是外径测量的展伸不确定度为
5.2内径不确定度
（1）外尺寸测量时仪器的误差为±1．5
（说明书给出在测量范围内，误差分布符合正态分布，覆盖因子K=3，其标准不确定度为：
u1=1．5／3
=0．50
（2）标准量块的标准不确定度分量
因标准量块为50.0067mm标准量块的极限误差限四等量块为
△L=（0.2+2L）覆盖因子K=3
u2=△L=（0.2+2*50.0067*
）=0.02
（3）温度标准不确定度分量温度变化引起的误差限为：
△L=11.5*
*L*At
L=50.0067mm
At=2O.5—20.0=0．5
所以△L=0.29
；其误差分布呈三角形分布，覆盖因子取2.45，温
度标准不确定度分量为：
u3=△L/2.45=0.12
（4）仪器分辨率标准不确定度分量
仪器的最小分度值为0.00lm，误差为0.0001m，且分布为均匀分布，其标准不确定度分量为：
u4=0.0001／1.732
=0.058
（5）测量力的标准不确定度分量
由于测力是由重锤提供的，在整个测量示值范围内测量力较为稳定（太小／方向均不改变），由此而产生的测量力误差可忽略不计，因此标准不确定度分量为
u5=0
（6）上述各标准不确定度分量间互不相关，其合成标准不确定度为：
得：
（7）装置的扩展不确定度：
u=k*uc=3*0.0108=0.0324
置信概率P=99％k取3
六、结论；
1）万能测长仪测量内径结果
通过对标称尺寸为D=50.0067mm的专用对规，在满足测量条件下等精度重复测量5次结果如下（单位mm）：
D
30.0218
30.0199
30.0203
30.0188
30.0200
其标平均值为：
D=30.0201mm
其标合成确定度为：
扩展不确定度：
u=k*uc=3*0.0108=0.0324
置信概率P=99％k取3
最后的测量结果为：
D=（30.0201±0.00003）mm（置信概率P=99％k取3）
2）万能测长仪测量外径结果（单位mm）
D
93.9758
93.9744
93.9756
93.9746
93.9751
其标平均值为：
D=93.9751mm
①用合成不确定度评定外径测量不确定度，测量结果为，，。
②用展伸不确定度评定外径测量的不确定度，测量结果为，，，其中符号后的数值是展伸不确定度，是由合成标准不确定度及包含因子确定的。
通过对万能测长仪装置测量不确定度分析和测算，可得出此装置满足工件的测量要求。
制度说明
制度是以执行力为保障的。
“制度”之所以可以对个人行为起到约束的作用，是以有效的执行力为前提的，即有强制力保证其执行和实施，否则制度的约束力将无从实现，对人们的行为也将起不到任何的规范作用。
只有通过执行的过程制度才成为现实的制度，就像是一把标尺，如果没有被用来划线、测量，它将无异于普通的木条或钢板，只能是可能性的标尺，而不是现实的标尺。
制度亦并非单纯的规则条文，规则条文是死板的，静态的，而制度是对人们的行为发生作用的，动态的，而且是操作灵活，时常变化的。
是执行力将规则条文由静态转变为了动态，赋予了其能动性，使其在执行中得以实现其约束作用，证明了自己的规范、调节能力，从而得以被人们遵守，才真正成为了制度。
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