論影響長度測量準確度的主要因素

【摘要】 長度測量過程，因為各個特性與參數的不同，會出現不同的測量結果，有些接近真值，而有些則相差大些。為提高長度測量的準確度，需明白影響其不同測量值產生的主要原因，即測量的主要影響因素。而測量誤差、計量儀器的選用、測量方法、被測對象的結構特性、以及計量定位方式、測量的環境條件等，都不同程度的影響著長度測量的準確性。本文根據多年的計量檢測經驗，闡述了幾點影響長度測量準確度的主要因素，具有一定的文獻參考價值。

【關鍵詞】 長度測量 計量 準確度 影響因素

引言

長度測量過程，因為各個特性與參數的不同，會出現不同的測量結果，有些接近真值，而有些則相差大些。但根據不同的工程需要，這些不同程度的測量值均滿足了人們長度測量的需求，并可認為所測量的結果是正確的。而為了更好的表現物體的長度物理特性，提高其長度測量準確度，這樣可有效提高工程應用水平，使得實驗計算更加接近理論值。知其然，而不追求知其所以然，則很難找到影響長度測量準確度的因素。因此，從事長度計量核對工作的同仁們，有必要的結合自己的工作內容，有針對性的總結影響長度準確度的主要因素，可為我國的長度計量工作進一步添磚加瓦，為工程的應用提供的有力的后勤保障。

通過學習和工作經驗總結得知，影響長度測量準確度的主要因素主要有測量誤差、計量儀器的選用、測量方法、被測對象的結構特性、以及計量定位方式、測量的環境條件等[1]。本文就這幾點分別闡述其影響的特征，以及提高長度測量準確度的方法建議，供從事相類似工作的同行們一定的技術參考。

1. 測量誤差對測量結果的影響

測量時，造成長度測量誤差的主要因素：誤讀、誤算、視差、刻度誤差、磨耗誤差、接觸力誤差、撓曲誤差、余弦誤差、阿貝 （Abbe） 誤差、熱變形誤差等。這些誤差一般屬于系統誤差，在測量過程是不變的，有些是可以預測和修正或調整減少的。其中誤讀常發生在游標尺、分厘卡等量具。游標尺刻度易造成誤讀一個最小讀數，如在10.00 mm處常誤讀成10.02 mm或9.98 mm。分厘卡刻度易造成誤讀一個螺距的大小，如在10.20 mm常誤讀成10.70 mm或9.70 mm。誤算常在計算錯誤或輸入錯誤數據時所發生。視差常在讀取測量值的方向不同或刻度面不在同一平面時所發生，兩刻度面相差約在0.3～0.4 mm之間，若讀取尺寸在非垂直于刻度面時，即會產生誤差量。將游尺的刻劃設計成與本尺的刻劃等高或接近等高，（游尺刻劃有圓弧形形成與本尺刻劃幾近等高，游尺為凹V形且本尺為凸V形，形成兩刻劃等高等方法，可在一定程度上有效減少此類誤差，并在一定程度上提高了長度測量的準確度[2]。

2. 計量儀器的選用與測量處理方法對測量結果的影響

2.1計量儀器的選擇原則

對于計量檢定或校準，在檢定規程或規范中對所采用的計量標準器具的名稱、規格和準確度等級有明確規定。對于長度測量，計量器具的選擇按以下原則：

2.1.1準確度原則。所選計量器具的準確度和測量范圍，必須滿足被測對象的要求。

2.1.2經濟原則。在保證測量不確定度的前提下，應考慮計量器具的經濟性，包括計量器具的價值及使用壽命、操作方便性、設備的維護保養、使用的環境條件和計量人員的技術水平等。

2.1.3被測對象特征。根據被測對象的大小選擇合適測量范圍的計量器具。根據被測件材質、形狀、表面粗糙度等進行合理的選擇。如對于很粗糙的表面不宜用高精度計量器具測量。對于簿壁或材質較軟的被測對象，用光學法、電磁法等無測力或測力很小的方法測量。

2.1.4被測件數量。批量大的用氣動量儀、電子量規等專用量具；少量或單件選用通用計量器具。

2.2計量儀器準確度等級的選擇標準

選擇計量器具準確度等級時，取決于計量器具在測量方法中對測量結果不確定度U的貢獻。一般情況下，U≤1/3T。T為測量對象的公差值（最大允許誤差）。在分析計量儀器對測量結果不確定度U的影響時，首先要看采用什么測量方法，在該方法中計量儀器示值誤差測量結果的不確定度所起的作用。

例如，采用100 mm 4等量塊以比較法測量某一精密工件的尺寸時，如測量結果加上量塊的修正量，量塊引起的標準不確定度u=U量塊/k=0.4/2.6=0.15二器=0.15μm。式中U量塊是100mm 4等量塊尺寸測量結果的擴展不確定度（其數值0.4μm從量塊檢定規程中查出）；k是擴展因子（從量塊證書中得到）。同樣方法測量，但測量結果不加上量塊修正量，量塊引起的標準不確定度u=te/k=0.6/1=0.6μm。式中的te是1級（4等量塊應符合1、2級量塊的要求）量塊標稱長度的極限偏差（0.6μm從量塊檢定規程或標準中查出）；k是擴展因子，其概率分布視為兩點分布k=1。由此可知，即使選擇相同的計量器具，采用相同的測量方法，計算處理的方法不一樣，計量器具對測量結果不確定度的影響是不一樣的。

在分析測量結果的不確定度時，一般情況下，如直接測量，測量結果加上計量器具示值檢定或校準結果的修正量的（如量塊的實際尺寸），由計量器具引起的測量結果的標準不確定度u可引用該計量器具檢定或校準證書上給出的U和k值，則u=U/k。在長度測量中大部分計量器具的示值是無法修正的（如千分尺測量工件的尺寸），由計量器具引起的測量結果的標準不確定度可引用該計量器具最大允許示值誤差（即MPE，該值可從檢定規程或標準中查到），按式u=MPE/k。對于量儀（如千分尺、千分表、工具顯微鏡等）一般取k=1.732（其概率分布視作均勻分布）；對于單值量具（如按級使用的量塊、直角尺等）一般取k=1（其概率分布視作兩點分布）。

3. 被測對象特征與測量環境對測量結果的影響

3.1被測對象特性因素

長度測量的被測對象主要指在技術測量中的幾何量，包括長度、角度、表面粗糙度及形位公差等。由于幾何量的種類繁多、形狀樣式多種，其表現出的物理特點都相差不齊，對長度測量的影響均有所不同。因此，有必要對被測對象的結構特性、參數的定義以及標桿等加以研究和熟悉，才能有效提高長度測量準確度。

3.2測量環境條件因素

測量時受環境或場地之不同，可能造成的誤差有熱變形誤差和隨機誤差為最顯著。熱變形誤差通常發生于因室溫、人體接觸及加工后工件溫度等情形下，因此必須在溫濕度控制下，不可用手接觸工件及量具、工件加工后待冷卻后才測量。但為了縮短加工時在加工中需實時測量，因此必須考慮各種材料之熱脹系數作為補償，以因應溫度材料的熱膨脹系數不同所造成的誤差。

3.3減少環境溫度產生誤差的方法

3.3.1盡量在溫度接近標準溫度20℃時進行測量。在實際工作中，量具的檢定和工件的精密測量最好在具備標準溫度的計量檢定室中進行。為了使被檢量具和被測工件盡快地達到室內溫度，將它們放在鑄鐵平板上。

3.3.2為使工件與量具溫度相等，測量前應將工件和量具在一起放一段時間。盡量保持1小時以上。

3.3.3避免人手溫度對工件和量具的影響。這種影響所產生的誤差是無法預測的，只有通過正確地使用量具和在工作中加以注意來避免和減小。例如使用和檢定量具時，必須戴手套或握住絕熱板[3]。

結束語

長度測量的結果，不同程度影響著被測量的有效性。而影響長度測量準確度的主要因素有測量誤差、計量儀器的選用、測量方法、被測對象的結構特性、以及計量定位方式、測量的環境條件等。總結影響測量準確度因素的特性，可在實際測量過程，有目的的避免以導致精力物力損失的不必要的測量失誤，更好的保證了國家現階段工程的建設質量。

參考文獻：

[1] 羅剛.影響長度測量準確度的主要因素[J]. 計量與測試技術，2008，（05）：33-34.

[2] 葛紅.測量誤差產生的原因及其避免途徑[J]. 職業，2010，（30）：81-82.

[3] 郭憲臣.溫度對長度計量的影響[J]. 工業計量，1997，（03）：30-31.