几何量计量

第一节 概 述 1.几何量计量的作用 几何量计量是一项历史悠久、基础性强的计量。几何形状是客观世界中最广泛的物质形态，而且绝大部分物理量都是以几何量信息的形式进行定量描述的。因此，几何量计量与国民经济各个部门、科学技术的各个领域有着十分密切的联系。在日常生活中，人们量体裁衣、造房种地离不开它；在工业生产中，它是保证加工零件的尺寸和形状符合设计要求，保证装配的部件和整机达到质量指标的技术手段；科学的进步更离不开几何量计量，许多科学实验往往是通过观测几何量的变化来获得实验结果的。

1. 几何量计量的内容 几何量计量的对象是表征物体长短、大小、形状和相互位置的几何量。 几何量的基本量长度的基本单位为“米”。米是光在真空中的299 792 458分之一秒时间间隔内所经路径的长度。 几何量从量的定性概念上讲，它的基本量为长度量，因此几何量计量也称长度计量。几何量除长度量之外，还有角度量。角度分为平面角和立体角。长度与角度一起，可以构成各种几何形状。物体在空间中占有的位置，可以用相互垂直的三个长度量构成的三维空间坐标来描述。再插入角度量还可以构成四维、五维、六维坐标形式。任何物体都可用上述坐标形式来表征它的空间特征，但这对复杂几何形状来说是十分繁琐的。为了更明确地表征工程实体的特征，简化对这类实体的描述和计量的形式。因此，在几何量中除了长度和角度量之外，还由它们衍生出许多复合量，称之为工程参量。

工程参量可分为通用和专用两类，通用类如直线度、平面度、圆度、表面粗糙度等，专用类如齿轮渐开线、螺旋线等。因此，几何量计量按其对象来分，可包括如下几个方面的内容：a．长度尺寸——如端度、轴孔直径、坐标尺寸、箱体结构尺寸等； b．角度——如平面角、空间位置角、圆分度、圆锥体锥度等； c．表面形状和位置； d．表面粗糙度和波度； e．齿轮、螺纹、花键及各类加工刀具等的各种工程参量。

1. 几何量计量单位及量值传递 几何量的基本量长度的基本单位为“米”。米是光在真空中的299 792 458分之一秒时间间隔内所经路径的长度。 国际计量委员会推荐了三种实现这个定义的方法，即时间法、频率法和辐射波长法，它们都是建立在真空中光速C为确定值(即C=299 792 458m/s)的基础上。而当前主要实施途径是以辐射稳定波长的激光(其波长有λ=3.392μm、λ=0.633μm、λ=0.612μm)为长度基准。 实际应用中，从激光波长基准到长度实物基准的过渡，一般使用光波干涉仪。在线纹方面，可用激光比长仪；在量块方面，可用激光量块干涉仪；在基线方面，可用单频或双频激光干涉仪；在辐射波长的比对方面，可用真空迈克尔逊干涉仪；其他方面的量值也可以应用各种光波干涉仪，如直线度干涉仪、平面度干涉仪、显微干涉仪、测角干涉仪等等，进行量值传递。干涉仅是利用光的干涉原理将距离和光波波长之间建立函数关系，从而使作为长度基准的波长的量值，通过干涉仪传递给实物标准器。 在几何量的长度计量系统中，长度计量器具的检定，通过两条主线逐级传递，即线纹计量器具检定系统和量块计量检定系统。 此外还有许多工程参量计量器具检定系统，如表面粗糙度、平面度；圆锥量规锥度、齿轮渐开线、齿轮螺旋线、石油标准螺纹计量检定系统等。主要是对机械制造业中广泛应用的工程参量的量值进行统一。而统一这些计量器具量值的重要手段是采用相应这些工程参量的实物标准样板，如单刻线样板、多刻线样板、渐开线样板、螺旋线样板等，进行比较传递。而其最高标准本身的量值，则是通过国家批准的标准装置来确定。这种确定方法又是将复合参量分解复原成几个方面的长度或角度量进行测量，然后按有关函数计算合成复合参量值。 角度量平面角的单位为弧度(rad)，但日常应用中，通常以度、(角)分、，(角)秒来作计量单位。其符号分别为“°”、“′”、“″”。立体角的单位为球面度(sr)。 角度计量的特点是以利用圆周360°封闭特性设计合理的测量及计算方法，可以获得角度量值及其测量不确定度。因此，从这个意义上说，理论上的角度基准可认为是一种几何学的基准。但从法制的概念上讲，计量基准和标准必须是经国家考核通过和批准的。因此角度计量也必须建立相应的计量检定系统。目前国家也已制订了平面角计量器具检定系统。 由于几何量计量在各技术领域应用的广泛性和复杂性，其所用的计量器具的准确度等级和种类就千差万别，使得几何量计量器具的计量检定系统形成传递层次多、纵横交错的繁杂图框。但随着激光干涉仪越来越普遍地直接应用于工业生产，必将促使今后几何量量值的传递层次逐步趋向简捷化。 (未完待续)