测量器具分类、技术性能指标与选定方法全解析

今天我们主要来讲以下三大部分。一是测量器具的分类，二是测量器具的技术性能指标，三是测量工具的选定。希望能给测量行业的同行们提供一些帮助！

一、测量器具的分类

测量器具具有固定形态，它可以复现或提供一个或多个已知量值。按照用途的差异，量具可以被分成以下几类：

1. 单值量具

有一种量具只能体现一个单一的量值。它可以用来校对和调整其他的测量器具，也可以作为标准量，与被测量直接进行比较。例如量块、角度量块等。

2. 多值量具

能够体现一组同类量值的量具，它既可以校对和调整其他测量器具，也可以作为标准量与被测量直接进行比较，例如线纹尺。

3. 专用量具

用于检验某种特定参数的量具。其中有常见的：检验光滑圆柱孔或轴的量具，即光滑极限量规；用于判断内螺纹或外螺纹合格性的量具，即螺纹量规；用于判断复杂形状表面轮廓合格性的量具，即检验样板；还有通过模拟装配通过性来检验装配精度的量具，即功能量规等等。

4. 通用量具

我国习惯上将测量仪器进行分类，其中结构比较简单的那一类被称为通用量具。例如游标卡尺，它属于结构简单的测量仪器，被归为通用量具；外径千分尺也是结构简单的测量仪器，同样被称作通用量具；百分表同样如此，它也是结构简单的测量仪器，属于通用量具。

二 、测量器具的技术性能指标

1. 量具的标称值

标注在量具上的是用以表明其特性或指导其使用的量值。例如标在量块上的是尺寸，标在刻线尺上的是尺寸，标在角度量块上的是角度等。

2. 分度值

测量器具标尺上，相邻两刻线所代表的量值之差，即最小单位量值。例如，外径千分尺的微分筒上相邻两刻线所代表的量值之差是 0.01mm，那么该测量器具的分度值就是 0.01mm。分度值是测量器具能直接读出的最小单位量值，它既能反映读数精度的高低，也能说明测量器具的测量精度高低。

3. 测量范围

在允许的不确定度范围内，存在测量器具能够测量的被测量值的范围，其下限值至上限值之间的范围即为测量范围。比如，外径千分尺的测量范围包含 0～25mm 以及 25～50mm 等；机械式比较仪的测量范围是 0～180mm。

4. 测量力

在接触式测量过程中，测量器具的测头会与被测量面接触，二者之间存在接触压力。若测量力过大，就会引发弹性变形；若测量力过小，就会对接触的稳定性产生影响。

5. 示值误差

测量仪器的示值与被测量的真值之间存在差值。示值误差能够综合反映测量仪器本身的各种误差。所以，在仪器示值的范围内，不同的工作点其示值误差是不一样的。通常可以借助适当精度的量块或者其他计量标准器，来对测量器具的示值误差进行检定。

三、测量工具的选定

每次测量前，要依据被测零件的特殊特性来选择测量工具。例如，对于长、宽、高、深、外径、段差等，可选用卡尺、高度尺、千分尺、深度尺；轴类直径可选用千分尺、卡尺；孔、槽类可选用塞规、块规、塞尺；测量零件的直角度时选用直角尺；测量 R 值选用 R 规；当测量配合公差小、精度要求高或要求计算形位公差时，可选用三次元、二次元；测量钢材硬度则选用硬度计。

1. 卡尺的应用

卡尺能够测量物体的内径。卡尺能够测量物体的外径。卡尺能够测量物体的长度。卡尺能够测量物体的宽度。卡尺能够测量物体的厚度。卡尺能够测量物体的段差。卡尺能够测量物体的高度。卡尺能够测量物体的深度。卡尺是最为常用的量具。卡尺是使用最为方便的量具。卡尺是在加工现场使用频率最高的量具。

数显卡尺的分辩力为 0.01mm，它可用于配合公差较小且精度较高的尺寸测量。

表卡：分辩力0.02mm，用于常规尺寸测量。

游标卡尺：分辩力0.02mm，用于粗加工测量 。

卡尺使用前，要用干净的白纸将其灰尘与脏污去除。具体做法是，用卡尺的外测定面卡住白纸，然后自然拉出，重复 2 至 3 次即可。

卡尺使用频率高，所以保养工作要做到最好。每天使用完后，要将卡尺擦拭干净，然后放入盒内。在使用前，要用量块检验卡尺的精度。

2. 千分尺的应用

千分尺使用前，要用干净的白纸将其灰尘与脏污去除。具体做法是：用千分尺测量接触面与螺杆面卡住白纸，然后自然拉出，重复 2 - 3 次。接着扭动旋钮，当测量接触面与螺杆面快接触时，改用微调。待两面完全接触后调零，便可进行测量。

千分尺测量五金件时，需要调动旋钮。当快要接触工件时，要改用微调旋钮进行旋进。当听到咔、咔、咔三声之后，就应该停止操作。然后，从显示屏或者刻度上读出数据。

测量塑胶产品时，测量接触面与螺杆轻轻接触到产品即可。

千分尺在测量轴类直径时，需要测量至少两个方向，并且要分段测取最大值。测量过程中的千分尺，其两接触面应随时保持清洁，这样能减少测量误差。

3.高度尺的应用

高度尺主要用于测量高度、深度等。它还可用于测量平面度、垂直度、同心度、同轴度、面振、齿振等。在使用高度尺进行测量时，首先需要检验测头以及各连接部位是否有松动现象。

4. 塞尺的应用

塞尺适用于平面度、弯曲度、直线度的测量

平面度测量：先把零件放置在平台上，接着用塞尺去测量零件与平台之间的间隙，要注意在测量过程中，塞尺需与平台保持无间隙的压紧状态。

直线度测量时，需将零件放置在平台上，接着让零件旋转一周，之后用塞尺来测量零件与平台之间的间隙。

弯曲度测量：把零件放置在平台之上，接着选取合适的塞尺，然后去测量零件的两侧或者中部与平台之间的间隙。

5. 塞规（棒针）的应用：

适用于测量孔的内径、槽宽、间隙。

当零件孔径较大且没有合适的针规时，可以将两个塞规重叠起来，然后沿着 360 度方向进行测量。把塞规固定在带有磁性的 V 形块上，这样能够防止松动，也便于进行测量。

孔径测量

内孔测量：孔径测量时，贯通为合格，如下图。

注意：塞规测量时，需垂直插入，不可斜插。

6. 精密测量仪：影像仪（也称为二次元）

影像仪是一种高性能、高精密特性的非接触式的测量仪器。测量器具的感应元件和被测零件表面不直接接触，所以不存在机械作用的测量力；二次元把所能捕捉到的图象通过投影方式经由数据线传输到电脑的数据采集卡里；接着软件在电脑显示器上使这些图象成像；它可以测量零件上的各种几何元素，如点、线、圆、弧、椭圆、矩形，以及距离、角度、交点、形位公差，像圆度、直线度、平行度、垂直度、倾斜度、位置度、同心度、对称度等；还能够进行外形轮廓的 2D 描绘并通过 CAD 输出。可以观测到工件的轮廓，同时对于不透明工件的表面形状也能够进行测量。

常规几何元素的测量情况如下：在下图的零件中，其内部的圆是利角，对于这样的内圆，仅能通过投影的方式来进行测量。

电极加工后进行粗糙度检验时，二次元的镜头具有放大功能，可将影像放大 100 倍。

小尺寸深槽测量

模具加工时，常常会有一些浇口隐藏在槽内。各种检测仪器都无法对其进行测量。在这种情况下，可以用橡胶泥贴在胶口上。这样，胶口的形状就会印在胶泥上。然后，用二次元测量胶泥印的大小，从而得出浇口的尺寸。

因为在进行影像仪测量时，不存在机械作用力，所以对于那些比较薄、比较软的产品，最好是使用二次元来进行测量。

7. 精密测量仪器：三坐标（三次元）

三坐标的特点如下：其一，精度高，能够达到μm级；其二，具有万能性，能够代替多种长度测量仪器；其三，可用于测量几何元素，除影像仪能测量的元素外，还能测量圆柱、圆锥；其四，可测量形位公差，除影像仪能测量的形位公差外，还包括圆柱度、平度度、线轮廓度、面轮廓度、同轴度；其五，可测量复杂型面。

三坐标的测头能触及的地方，就能够测出其几何尺寸和相互位置以及表面轮廓。并且可以借助计算机来完成数据处理。凭借其高精度、高柔性以及优异的数字能力，它成为了现代模具加工制造和质量保证的重要手段与有效工具。

有些模具在修改过程中，没有 3D 图档。可以测量各个元素的座标值，也可以测量不规则曲面的轮廓。接着用绘图软件导出这些测量数据，并根据测量元素制作成 3D 图形。这样就能进行快速且无误的加工与修改（在设定座标后，还可以取任意点来测量座标值）。

加工完成的零件，若要确认与设计的一致性，或者在装配 fit 模过程中发现配合异常，当遇到一些曲面轮廓既不是圆弧，也不是抛物线，而是一些不规则的曲面，无法进行几何元素测量时，就可以导入 3D 模型与零件进行对比测量，以此来了解加工误差；由于测量值是点对点的偏差值，所以便于进行快速且有效的修正改善（下图所显示的数据为实测值与理论值的偏差）。

8. 硬度计的应用

常使用的硬度计有台式的洛氏硬度计和便携式的里氏硬度计。常用的硬度单位包括洛氏 HRC、布氏 HB 和维氏 HV。

(1) 洛式硬度计HR (台式硬度计）

洛氏硬度试验方法是使用一个顶角为 120 度的金刚石圆锥体或直径为 1.59/3.18mm 的钢球。将其在一定的载荷下压入被测材料的表面。通过压痕深度来计算材料的硬度。由于材料硬度存在差异，所以可分为三种不同的标度来表示 HRA、HRB、HRC。

HRA 是通过使用 60Kg 载荷以及钻石锥压入器来求得硬度的。它主要用于硬度极高的材料，比如硬质合金。

HRB 是通过使用 100Kg 载荷以及直径为 1.58mm 的淬硬钢球来求得硬度的。它主要用于硬度相对较低的材料，比如退火钢、铸铁等，还有合金铜。

HRC 是通过使用 150Kg 载荷以及钻石锥压入器而求得的硬度，它主要用于硬度非常高的材料。比如淬火钢，还有回火钢、调质钢以及部分不锈钢等。

(2) 维氏硬度HV(主要是针对表面硬度测量）

可用于显微镜分析。通过 120kg 以内的载荷，以及顶角为 136°的金刚石方形锥压入器压入材料表面，接着测量压痕对角线长度，此方法适用于较大工件以及较深表面层的硬度测定。

(3) 里氏硬度HL（便携式硬度计）

里氏硬度属于一种动态硬度试验法。在硬度传感器的冲击体与被测工件进行冲击的过程中，当冲击体距工件表面 1mm 时，其反弹速度与冲击速度的比值乘以 1000，此比值就被定义为里氏硬度值。

优点：里氏硬度仪是由里氏硬度理论制造的。它改变了传统的硬度测试方法。因为硬度传感器很小，就像一只笔一样。所以可以手握传感器在生产现场直接对工件进行各种方向的硬度检测。而这是其它台式硬度仪难以胜任的。