资源描述：
《各种物理量的测试计量中》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第9章各种物理量的测试计量（中）9.1几何量计量9.2温度计量9.3力学计量习题9.1几何量计量9.1.1几何量计量技术的发展概况几何量计量技术的发展，源远流长，是最先形成的计量科学领域的一个部分。现代几何量计量技术发展很快，与过去相比，无论计量标准器、工作用计量器具或测量方法都有很大的进展，甚至是根本性的变化。1．量具和量仪早期的机械加工件的形状较为简单,其精度要求也不高,那时所采用的测量器具是以线纹竹木尺或钢直尺为代表性的计量器具,其分度值最小只能达到0.5mm。随着加工件形状的逐渐复杂化及其
2、精度的提高,这种低精度线纹尺就不能适应测量要求了。到19世纪初出现了游标卡尺,用游标卡尺估读主尺刻线的小数部分,使分度值减小到0.1mm,进而减小到0.05mm,乃至0.02mm。1867年出现了基于螺旋微动原理的千分尺,其分度值达到0.01mm。为了校对器具,以求量值统一,1895年出现了量块。量块的出现,大大促进了各种以比较测量为基础的量具和量仪的发展。20世纪初,生产出了分度值为0.01mm的百分表,分度值为0.001mm的千分表和测微表。到20世纪30年代出现了0.2μm的扭簧表和扭簧比较仪
3、。随即又研制和生产出了各种不同类型的光学机械式仪器,如读数显微镜、工具显微镜、投影仪、光学计、测长机等等。20世纪60年代末、70年代初研制出了电动量仪,如电动测微仪、电动轮廓仪、三坐标测量机等。而20世纪80年代以光、机、电及计算机结合为特征的测量仪器的出现、推广和应用则使几何量计量发展到了一个完全崭新的阶段。2．米基准1889年米制公约国际计量大会上,通过了用铂铱合金米尺上两条刻线间的距离作为1m的定义值,这根米尺被称为国际米原器。国际米原器作为长度单位的实物基准,一直沿用了71年,它的相对
4、精度为千万分之一左右,即1m的测量精度为0.1μm左右。到了20世纪中叶，这个精度显得不够用了,不仅影响了自然科学的发展,也不能满足机械制造,特别是精密机械制造等行业的要求。1960年国际计量大会通过了“米等于86Kr原子在2P10和5d6能级间跃迁所对应的辐射真空波长的1650763.73倍的长度”的定义,同时,废除了1889年确定的以米原器为依据的米定义。根据这个定义,1m的精度为十亿分之四。这意味着在长度为5cm的固定物质内不差一个原子的距离,或在1000km的长度测量中不差4mm。显然,以原
5、子辐射的单色波长为依据的新的米定义比实物原器米定义要优越得多。因为,原子辐射的波长是物质本身的一种属性,是自然现象,能保证量值的高度稳定;另外,自然界中的氪原子是取之不尽、用之不竭的,任何地方都可以实现米定义,不必像实物基准那样担心被损坏。1960年,单色性好,相干能力强,能量高度集中和方向性好的激光问世。1969年以后,利用激光得到的真空光速值为299792458m/s,这一数值的准确性比过去提高了100倍。1983年10月20日,在法国巴黎举行的第十七届国际计量大会上,正式通过了米的新定义:米是
6、光在真空中,在1/299792458s的时间间隔内通过的距离的长度。将真空中的光速作为一个固定不变的基本物理常数,使长度测量可通过时间或频率测量导出,从而使长度单位和时间单位结合了起来。第十七届国际计量大会闭幕的当天,国际计量委员会就召开了会议,通过了推行新的米定义的实施方案，并推荐了5条激光辐射作为波长标准。它们都是以真空光速c=299792458m/s为出发点,用直接频率测量或间接频率测量方法测出谱线的频率f,再按λf=c这个公式导出波长λ。5条谱线中,由CH4饱和吸收稳频的He-Ne激光辐射
7、谱线的复现精度最高,其波长为3392231397.0fm,相对不确定度为±1.3×10-10。国际计量委员会同时强调指出,复现新的米定义并不排斥已经使用的86Kr、198Hg和114Cd谱线,不过它们的不确定度要低得多。例如，86Kr的不确定度为±4×10-9。9.1.2几何量计量的基本原则为了保证正确可靠的测量,人们在测量实践中总结出了几何量计量的基本原则,即阿贝原则、封闭原则、最小变形原则、测量链最短原则和基准统一原则。1.阿贝原则阿贝原则是几何量计量中最基本的原则。对于长度量值的测量而
8、言,主要是两点之间的最短直线距离,或是点、线、面和线或面之间的最短距离。连接两点的直线或最短距离的线,对于被测量而言称为被测线;对于标准量而言称为测量线。因此,长度测量实质上是被测物体上被测线的长度量与测量线上的长度标准量进行比较的过程。因此在长度测量时,被测线与测量线的方位必须按一定的测量原则来确定,这个原则就是阿贝原则。阿贝原则是由德国科学家阿贝提出的,所以称为阿贝原则。该原则指出：被测线应与测量线重合,或者应在其延长线上,或者说被测线与测量线应串连布置,因此阿贝
