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1、第一章第一章 计量仪器的基本知识计量仪器的基本知识 学习目标学习目标:1 1、明确量仪的定义及其测量对象；、明确量仪的定义及其测量对象；2 2、熟悉量仪的主要技术指标和分类；、熟悉量仪的主要技术指标和分类；3 3、了解光学量仪的基本组成和常用光学元件。、了解光学量仪的基本组成和常用光学元件。1第一节第一节 量仪的定义及其测量对象量仪的定义及其测量对象 量具量具定义为定义为：“以固定形式复现量值的计量器具以固定形式复现量值的计量器具”；量仪量仪定义为定义为：“将被测的量转换成可直接观测的指示值或等将被测的量转换成可直接观测的指示值或等 效信息的计量器具效信息的计量器具”。因此因此，量仪量仪和和量
2、具量具又统称为又统称为计量器具计量器具。量具可分为：量具可分为：单值量具单值量具 （如砝码、量块、量规、标准电池、固定电容等）（如砝码、量块、量规、标准电池、固定电容等）多值量具多值量具 （如线纹尺、分度盘等）（如线纹尺、分度盘等）成套量具成套量具 （如砝码组、量块组等）（如砝码组、量块组等）一、量仪的定义一、量仪的定义 2 量具的结构量具的结构比较简单比较简单，没有指示器，没有可以运没有指示器，没有可以运动的测量元件，没有放大功能，细分程度也很有限，动的测量元件，没有放大功能，细分程度也很有限，或干脆或干脆没有细分没有细分。操作。操作简单简单，测量，测量参数单一参数单一。而量仪的结构而量仪的
3、结构比较复杂比较复杂，一般都有一般都有传感传感、转换放转换放大大、显示显示等几个主要环节。仪器所适用的测量对象较等几个主要环节。仪器所适用的测量对象较多，操作过程比较复杂。多，操作过程比较复杂。3二、量仪的测量对象二、量仪的测量对象 从广义讲应该包括一切物理量，本书所介绍从广义讲应该包括一切物理量，本书所介绍的几何量计量仪器的测量对象主要包括的几何量计量仪器的测量对象主要包括 长度长度、位移位移、角度角度、粗糙度粗糙度等等几何量几何量及其及其复合量复合量。4第二节量仪的主要技术指标第二节量仪的主要技术指标 仪器的技术指标仪器的技术指标 是仪器工作性能的是仪器工作性能的标志标志，是使用者选择和应
4、用仪器的是使用者选择和应用仪器的依据依据。量量仪仪主要技主要技术术指指标标有：有：1 1、分度间隔、分度间隔 分度间隔分度间隔是刻尺或度盘上相邻两刻线中心之间的距离是刻尺或度盘上相邻两刻线中心之间的距离 对于对于刻尺刻尺 为相邻两刻线中心间的为相邻两刻线中心间的距离距离；对于对于度盘度盘 为相邻刻线中心间的为相邻刻线中心间的弧线长度弧线长度。思考：思考：为使观察读数方便，分度间隔一般应在为使观察读数方便，分度间隔一般应在1-2.5mm1-2.5mm范围内。？范围内。？52 2、分度值、分度值 分度值分度值是对应于一个分度间隔的被测量值，它是一是对应于一个分度间隔的被测量值，它是一台仪器台仪器可
5、能读出的最小读数值可能读出的最小读数值（不包括估读值）。（不包括估读值）。对于对于指示式仪器指示式仪器，分度值是指刻尺或度盘上分度值是指刻尺或度盘上相邻两刻线相邻两刻线所代表的量值之差所代表的量值之差。如光学计的分度值为。如光学计的分度值为0.001mm0.001mm。对于对于数字式仪器数字式仪器来说来说，一般一般不称作分度值不称作分度值，而将仪器所，而将仪器所能测得的被测量的最小增量能测得的被测量的最小增量称为分辨力称为分辨力。63 3、测量范围和示值范围、测量范围和示值范围 测量范围测量范围是指是指在允许误差极限内在允许误差极限内仪器所能测出仪器所能测出的的被测量值的范围被测量值的范围。示
6、值范围示值范围是指仪器所显示或指示的是指仪器所显示或指示的最低值到最最低值到最高值的范围高值的范围。例如，例如，立式光学计的立式光学计的示值范围示值范围为为0.1mm，而测量，而测量范围还包括横臂沿立柱的调节范围，为范围还包括横臂沿立柱的调节范围，为180mm。74 4、示值误差、示值误差 示值误差示值误差是指仪器是指仪器示值示值与与被测量被测量的的真值之差真值之差。由于真值一般无法知道，通常是以高一级精度的计由于真值一般无法知道，通常是以高一级精度的计量器具测得的量值来近似地代表真值。量器具测得的量值来近似地代表真值。(示值误差的大小可通过对仪器的检定来得到示值误差的大小可通过对仪器的检定来
7、得到)示值稳定性示值稳定性是指在是指在测量条件不变测量条件不变的情况下，对的情况下，对同一量同一量连续多次重复测量连续多次重复测量时仪器时仪器示值的最大变化范围示值的最大变化范围。5 5、示值稳定、示值稳定性性86 6、回程误差、回程误差 回程误差回程误差是在相同条件下，仪器正反行程在同是在相同条件下，仪器正反行程在同一点被测量示值之差的绝对值。一点被测量示值之差的绝对值。产生回程误差的主要原因是仪器有关零件之间存在产生回程误差的主要原因是仪器有关零件之间存在有间隙和磨擦。有间隙和磨擦。7 7、修正值、修正值 为消除系统误差用代数法加到测量结果上的值，叫为消除系统误差用代数法加到测量结果上的值
8、，叫做做修正值修正值。修正值的修正值的大小大小等于未修正测量结果的等于未修正测量结果的绝对误差绝对误差，但，但正负号相反。正负号相反。98 8、灵敏度和放大比、灵敏度和放大比 灵敏度灵敏度是指仪器是指仪器对被测量变化对被测量变化的的反应能力反应能力，即，即被观测到的变量的增量与其相应的被测量的增量之比。被观测到的变量的增量与其相应的被测量的增量之比。式中：式中：S灵敏度；灵敏度；被被观测观测到的到的变变量的增量；量的增量；被被测测量的增量。量的增量。在分子分母是同一类量的情况下，在分子分母是同一类量的情况下，灵敏度灵敏度也也称称放大比放大比或或放大倍数。放大倍数。109 9、灵敏阈、灵敏阈 引
9、起仪器示值引起仪器示值可察觉变化的可察觉变化的被测量的被测量的最小变化值最小变化值，叫叫作作灵敏阈灵敏阈，也称，也称灵敏限灵敏限。10、测量力测量力 测量力测量力是在接触测量过程中发生在仪器是在接触测量过程中发生在仪器测头测头和和被测工件表面被测工件表面间的间的接触力接触力。测力过大时，测力过大时，会引起被测件或测头的弹性变形，造会引起被测件或测头的弹性变形，造成测量误差；成测量误差；但测力过小，但测力过小，测量时不能可靠接触，会造成示值不测量时不能可靠接触，会造成示值不稳定。稳定。111111、仪器误差和测量误、仪器误差和测量误差差 仪器误差仪器误差是指是指仪器本身固有的仪器本身固有的误差误
10、差 通常是用仪器精度分析的方法求得其理论值，通常是用仪器精度分析的方法求得其理论值，或通过实测检定取得其实际值。或通过实测检定取得其实际值。测量误差测量误差 是指测量结果和被测量值之间的是指测量结果和被测量值之间的差异，它包括差异，它包括 仪器误差、测量方法误差、外界仪器误差、测量方法误差、外界环境条件偏离标准状态和测量人员环境条件偏离标准状态和测量人员主客观因素等原主客观因素等原因造成的因造成的误差。误差。12第三节第三节 量量 仪仪 的的 分分 类类 主要分类方法：主要分类方法：一是一是按其对原始信号的转换原理进行分类；按其对原始信号的转换原理进行分类；二是二是按量仪的用途进行分类。按量仪
11、的用途进行分类。一、一、按原始信号转换原理分类按原始信号转换原理分类 不同信号转换原理在测量仪器中的实际运用，促成了仪器不同信号转换原理在测量仪器中的实际运用，促成了仪器的更新换代。的更新换代。所以所以按原始信号转换原理分类的仪器，按原始信号转换原理分类的仪器，其时代感其时代感很鲜明，工作原理的概念比较突出。很鲜明，工作原理的概念比较突出。13（一）机械式量仪（一）机械式量仪 用用机械方法机械方法实现原始信号转换的量仪称为实现原始信号转换的量仪称为机械式量仪机械式量仪。包括包括 千分尺、百分表、杠杆比较仪、扭簧比较仪等。千分尺、百分表、杠杆比较仪、扭簧比较仪等。按按传动原理传动原理不同，不同，
12、又把机械式量仪分为以下几种：又把机械式量仪分为以下几种：1、纯杠杆传动测微仪纯杠杆传动测微仪 2、齿轮传动测微仪齿轮传动测微仪 3、杠杆齿轮传动测微仪杠杆齿轮传动测微仪 4、弹性元件传动测微仪等弹性元件传动测微仪等机械式量仪特点机械式量仪特点 优优 点点：结构简单、成本低、操作维护方便结构简单、成本低、操作维护方便 缺缺 点点：精度不高精度不高 14（二）（二）光学式量仪光学式量仪 用用光学的方法光学的方法 实现对原始信号的转换和放大。实现对原始信号的转换和放大。根据根据光学系统光学系统的不同的不同 又将光学式量仪分为以下几种：又将光学式量仪分为以下几种：1、望远系统的光学式量仪、望远系统的光
13、学式量仪如如 平行光管平行光管、准直仪准直仪和以准直系统为主的和以准直系统为主的光学计光学计等等2、显微系统的光学式量仪、显微系统的光学式量仪属于这类的有属于这类的有工具显微镜工具显微镜、测长机测长机、测长仪测长仪、光学分度头光学分度头等等3、投影系统的光学式量仪、投影系统的光学式量仪所有型号和规格的所有型号和规格的投影仪投影仪都属于这一类都属于这一类 15 这类仪器中这类仪器中 有复现长度基准光波的有复现长度基准光波的绝对光波干涉仪绝对光波干涉仪 还有作为精密测量的还有作为精密测量的 接触式干涉仪接触式干涉仪、干涉显微镜干涉显微镜、小孔干小孔干涉测量仪涉测量仪等等 由于这类量仪以光波作为测长
14、的基准，所以它们的由于这类量仪以光波作为测长的基准，所以它们的准确度准确度在在光学式量仪中光学式量仪中最高最高 这类量仪依靠近期发展起来的光栅、激光新技术，与现代这类量仪依靠近期发展起来的光栅、激光新技术，与现代的光、机、电综合应用技术相结合，实现了测量的数字化和自的光、机、电综合应用技术相结合，实现了测量的数字化和自动化如动化如 ：光栅式三坐标测量机光栅式三坐标测量机、光栅式光学分度头光栅式光学分度头、光电光光电光波比长仪波比长仪、激光量块干涉仪激光量块干涉仪等等5、光栅、激光原理的数显式光学量仪、光栅、激光原理的数显式光学量仪4、干涉原理的光学式量仪、干涉原理的光学式量仪16 优优 点：点
15、：准确度高、性能稳定、测量方式灵活准确度高、性能稳定、测量方式灵活 、测量对象、测量对象广泛在整个量仪体系中，光学式量仪一直占有十分重要的地位。广泛在整个量仪体系中，光学式量仪一直占有十分重要的地位。缺缺 点：点：制造成本高、要求环境条件较严、操作使用复杂。制造成本高、要求环境条件较严、操作使用复杂。因此因此 在生产车间里很少采用，多用在计量部门的精密测量在生产车间里很少采用，多用在计量部门的精密测量和量值传递上。和量值传递上。光学式量仪特点：光学式量仪特点：17（三）（三）电动式量仪电动式量仪将将原始信号原始信号的变化转换成的变化转换成电信号电信号的变化的量仪称为电动量仪。的变化的量仪称为电
16、动量仪。按其传感原理的不同又分为以下几种：按其传感原理的不同又分为以下几种：1、电接触式比较仪电接触式比较仪 2、电感式比较仪电感式比较仪 3、电容式比较仪电容式比较仪 电动量仪特点：电动量仪特点：优优 点点：准确度较高、体积较小、能自动进行参数运算易准确度较高、体积较小、能自动进行参数运算易于实现自动测量、自动记录、自动显示等。于实现自动测量、自动记录、自动显示等。缺缺 点点：与光学量仪相比稳定性较差与光学量仪相比稳定性较差 18（四）（四）气动式量仪气动式量仪 气动式量仪是以气动式量仪是以压缩空气压缩空气为介质，靠为介质，靠气动系统状态的变气动系统状态的变化化实现对原始信号的转换。实现对原
17、始信号的转换。气动式量仪可分为两大类：气动式量仪可分为两大类：1、压力式气动量仪、压力式气动量仪 2、流量式气动量仪。、流量式气动量仪。气动量仪特点：气动量仪特点：示值范围小、示值稳定时间长、不同参数和不同测量范示值范围小、示值稳定时间长、不同参数和不同测量范围需要不同型式和规格的测量头。围需要不同型式和规格的测量头。故气动量仪只适于故气动量仪只适于大批量生产大批量生产的测量。的测量。19二、二、按量仪的用途分类按量仪的用途分类 1、测微仪类、测微仪类 这类量仪一般包括这类量仪一般包括 传感传感、转换放大转换放大和和显示显示等几个组成等几个组成部分，如部分，如指示式指示式、数显式测微表数显式测
18、微表等等 由于体积比较小巧，因而可以把它们安装在各种用途的由于体积比较小巧，因而可以把它们安装在各种用途的量仪上作测微仪用，也可安装在表架或仪器座上单独使用。量仪上作测微仪用，也可安装在表架或仪器座上单独使用。2、通用量仪、通用量仪 主要指一些通用性较强的量仪：主要指一些通用性较强的量仪：如如 各种各种工具显微镜工具显微镜、光学分度头光学分度头、三坐标测量机三坐标测量机等等 3、专用量仪、专用量仪 主要指那些测量参数固定的量仪：主要指那些测量参数固定的量仪：如如 表面粗糙度测量仪表面粗糙度测量仪、齿轮参数测量仪齿轮参数测量仪、丝杠检查仪丝杠检查仪、圆度仪圆度仪、线纹比长仪线纹比长仪、螺纹参数测
19、量仪螺纹参数测量仪等。等。20三、三、按量仪的其它特征分类按量仪的其它特征分类1、按自动化程度：、按自动化程度：可分为可分为 手动、半自动量仪和手动、半自动量仪和 自动量仪自动量仪2、按对测量结果的显示方式：、按对测量结果的显示方式：可分为可分为 指示式、投影式和指示式、投影式和 数字式量仪数字式量仪3、按计量功用：、按计量功用：可分为可分为 标准量仪和工作量仪标准量仪和工作量仪21第四节第四节 光学量仪的基本组成部分光学量仪的基本组成部分 及其常用光学元件及其常用光学元件 光学量仪发展较早，品种、规格都比较齐全，应用很广光学量仪发展较早，品种、规格都比较齐全，应用很广泛。近年来出现了许多机、
20、光、电等先进技术综合为一体的泛。近年来出现了许多机、光、电等先进技术综合为一体的现代量仪。现代量仪。本书所介绍的一些光学量仪尽管有的属于较早的产品，本书所介绍的一些光学量仪尽管有的属于较早的产品，但还是当前广泛应用的检测仪器设备，从进一步了解现代量但还是当前广泛应用的检测仪器设备，从进一步了解现代量仪所必须的基本知识来看，也需要先了解和掌握这些仪器。仪所必须的基本知识来看，也需要先了解和掌握这些仪器。22一、一、光学量仪的基本组成部分光学量仪的基本组成部分 光学量仪种类繁多，但我们仍可光学量仪种类繁多，但我们仍可按按它的功能将其划分为若它的功能将其划分为若干个干个基本组成部分基本组成部分 为便
21、于说明，先举一个在为便于说明，先举一个在万能工具显微镜上测量工件尺寸万能工具显微镜上测量工件尺寸的例子的例子 如图如图11所示所示：测量过程可用测量过程可用图图1-2表示。表示。由这个例子分析可知，光学量仪可分为以下由这个例子分析可知，光学量仪可分为以下几个主要组成几个主要组成部分：部分：231-底座底座2-纵向移动工作台纵向移动工作台3-被测工件被测工件4-瞄准显微镜瞄准显微镜5-刻度尺刻度尺6-读数显微镜读数显微镜图图1-1 在工具显微镜上测量示意图在工具显微镜上测量示意图24图图 测量过程框图测量过程框图251、标准量部件、标准量部件 进行测量，进行测量，就是将被测量与标准量进行比较就是
22、将被测量与标准量进行比较。光学量仪必须有一个或一个以上的提供标准量的部件光学量仪必须有一个或一个以上的提供标准量的部件,因此因此 ,标准量部件是仪器的重要组成部分，是决定仪器精度标准量部件是仪器的重要组成部分，是决定仪器精度的主要环节的主要环节。光学量仪的标准量部件主要有：光学量仪的标准量部件主要有：（1）量块）量块 在光学量仪中在光学量仪中，量块可用来扩大量程，量块可用来扩大量程，如大型工具显如大型工具显微镜纵、横向量程的扩大。微镜纵、横向量程的扩大。量块也可用作量块也可用作 微差比较测量的标准量，微差比较测量的标准量，如在光学计上如在光学计上测量工件时。测量工件时。26 精密螺纹作为标准量
23、便于细分，应用较广泛精密螺纹作为标准量便于细分，应用较广泛 如如:自准直仪、光切显微镜等光学量仪测微目镜中的测微螺杆自准直仪、光切显微镜等光学量仪测微目镜中的测微螺杆 缺缺 点点:是是长度及精度均有限长度及精度均有限。（3）全属刻尺）全属刻尺 金属刻尺的线膨胀系数与被测件接近，金属刻尺的线膨胀系数与被测件接近，500 mm以上的长以上的长刻尺通常是用刻尺通常是用金属金属制作。制作。但但由于金属的塑性，金属刻尺上的刻线往往两头细中间粗。由于金属的塑性，金属刻尺上的刻线往往两头细中间粗。另外另外 在光学系统中，只能反射，不能透射，视场亮度受限制，在光学系统中，只能反射，不能透射，视场亮度受限制，因
24、而因而 应用不如玻璃刻尺广泛。应用不如玻璃刻尺广泛。（2）精密螺纹）精密螺纹27（4）玻璃刻尺）玻璃刻尺 较短的（如较短的（如300 mm以下）刻尺通常用以下）刻尺通常用光学玻璃光学玻璃制作。制作。缺点缺点:其线膨胀系数与钢相差甚远。其线膨胀系数与钢相差甚远。此外，此外，在光电式量仪中，还可应用在光电式量仪中，还可应用光栅尺光栅尺、磁磁栅尺栅尺、感应同步器感应同步器以及以及光波光波等作为标准量部件。等作为标准量部件。282、感受转换部件、感受转换部件 其其作用作用是感受被测的量，拾取原始信号（有时也起信号是感受被测的量，拾取原始信号（有时也起信号的一次转换作用）。的一次转换作用）。感受转换部件
25、感受转换部件分分 接触式接触式和和非接触式非接触式两大类：两大类：接触式接触式感受转换部件感受转换部件 一般指各种一般指各种机械式测头机械式测头；非接触式非接触式感受转换部件感受转换部件 如光学量仪中的如光学量仪中的各种物镜各种物镜。293、转换放大部件、转换放大部件 其其作用作用是是 将感受到的微小信号，通过机、光、电、将感受到的微小信号，通过机、光、电、气等原理进行转换和放大，成为可使观察者直接接收的气等原理进行转换和放大，成为可使观察者直接接收的信息信息如如 机械机械杠杆、光学镜头、电路中的光敏元件和杠杆、光学镜头、电路中的光敏元件和放大器等放大器等4、瞄准部件、瞄准部件 其其主要要求主
26、要要求是是 指零瞄准或对被测工件轮廓影像瞄准，一般指零瞄准或对被测工件轮廓影像瞄准，一般不作读数用。不作读数用。如图如图中，瞄准显微镜虽然具有对被测中，瞄准显微镜虽然具有对被测原始信号的感受转换和放大功用，但由于它在这里主要是对被原始信号的感受转换和放大功用，但由于它在这里主要是对被测量起瞄准作用，所以把这类部件习惯地称之瞄准部件。测量起瞄准作用，所以把这类部件习惯地称之瞄准部件。305、显示部件、显示部件 显示部件的显示部件的作用作用是是 显示测量结果。显示测量结果。其其种类种类很多，如很多，如 机械测微中的机械测微中的指针表盘指针表盘、光学量仪、光学量仪中的中的读数目镜读数目镜和和影屏影屏
27、以及以及数字显示器数字显示器等等。等等。6、机械结构部件、机械结构部件 机械结构部件主要有机械结构部件主要有 基座与支架基座与支架、导轨与工作台导轨与工作台、轴系轴系及其它如及其它如 微调、锁紧、限位和保护等机构微调、锁紧、限位和保护等机构。31 二、二、常用的光学元件常用的光学元件 常用的光学元件可分为两大类：常用的光学元件可分为两大类：一类是一类是平面平面光学元件光学元件 一类是一类是球面球面光学元件光学元件 （一）平面光学元件（一）平面光学元件 1 1、分划板、分划板 分划板是一种在光学平板玻璃上分划板是一种在光学平板玻璃上刻制各种线条刻制各种线条、数字数字或或标志标志的光学元件。的光学
28、元件。分划板广泛应用于光学计量仪器的瞄准和读数系统中。分划板广泛应用于光学计量仪器的瞄准和读数系统中。如如 光学计中的光学计中的 微米标尺分划板微米标尺分划板，万能工具显微镜中万能工具显微镜中的的 阿基米德螺旋线分划板阿基米德螺旋线分划板等等。等等。322 2、线纹尺、线纹尺 在光学计量仪器中，线纹尺常作为在光学计量仪器中，线纹尺常作为长度测量长度测量的标准元件的标准元件 常用的线纹尺有常用的线纹尺有 毫米玻璃刻尺毫米玻璃刻尺，就是在光学平板玻璃就是在光学平板玻璃上，以上，以mmmm为单位，精确地刻制出若干条毫米刻线。为单位，精确地刻制出若干条毫米刻线。如如 测长仪上测长仪上0 0100mm1
29、00mm的玻璃线纹尺，万能工具显微镜的玻璃线纹尺，万能工具显微镜上的上的0 0 200mm200mm的玻璃刻尺等。的玻璃刻尺等。3 3、滤色片、滤色片 滤色片是一种滤色片是一种带有颜色的平板玻璃。带有颜色的平板玻璃。在计量仪器的光学系统中，在计量仪器的光学系统中，通常是选用通常是选用 “绿色绿色”或或“橙橙色色”因为这两种颜色的光线比较柔和，在这两种颜色的光因为这两种颜色的光线比较柔和，在这两种颜色的光线下能提高人眼的分辨力。线下能提高人眼的分辨力。从而可提高测量精度，从而可提高测量精度，并适并适宜人眼长时间观察。宜人眼长时间观察。334 4、平面镜、平面镜 平面镜是在平面玻璃板的磨光平面上镀
30、一层反射膜而得，平面镜是在平面玻璃板的磨光平面上镀一层反射膜而得，反射膜通常是反射膜通常是 铝膜和银膜。铝膜和银膜。平面镜的平面镜的成像特性成像特性：（1）能使整个物空间理想成像，物点和象点与镜面对称，）能使整个物空间理想成像，物点和象点与镜面对称，且为虚象；且为虚象；（2）物、象大小相等，但为镜像。即如果物是左手坐标，）物、象大小相等，但为镜像。即如果物是左手坐标，则其像是右手坐标。则其像是右手坐标。(3)转镜规则：转镜规则：即在入射光线的方向保持不变，而将平面即在入射光线的方向保持不变，而将平面镜绕和入射面垂直转动镜绕和入射面垂直转动角时，则反射光线就转动角时，则反射光线就转动22角，且转
31、角，且转动方向相同。动方向相同。如图如图1 13 3 所示所示 34 这是因为入射角和反射角同时增大（或缩小）这是因为入射角和反射角同时增大（或缩小）角所引起的这一转角所引起的这一转镜规则广泛应用于光学计量仪器中，如光学计中的光学杠杆原理等。镜规则广泛应用于光学计量仪器中，如光学计中的光学杠杆原理等。图图13 平面镜转角时反射光线变化情况平面镜转角时反射光线变化情况355 5、反射棱镜、反射棱镜 反射棱镜是反射棱镜是 由多个反射平面所围成的透明体。由多个反射平面所围成的透明体。产生全反射的条件产生全反射的条件：（1 1）光线由光密）光线由光密 射向射向 光疏光疏 （2 2）入射角大于临界角）入
32、射角大于临界角 与平面镜相比具有以下与平面镜相比具有以下特点特点：优优 点点：不需要镀反射膜，无光能损失，也不存在膜层受不需要镀反射膜，无光能损失，也不存在膜层受腐蚀，且不易变形腐蚀，且不易变形 缺缺 点点：体积较大，耗光学材料较多体积较大，耗光学材料较多36 使光轴转折使光轴转折90，缩小了，缩小了仪器体积和重量，并使仪器体积和重量，并使观测比较方便观测比较方便（如光学计中的转向棱镜）（如光学计中的转向棱镜）（1）直角棱镜）直角棱镜一次反射直角棱镜一次反射直角棱镜（如图（如图14所示）所示）二次反射直角棱镜二次反射直角棱镜（如图（如图15所示）所示）使光轴转折使光轴转折180，在仪，在仪器光
33、学系统中取倒象作用器光学系统中取倒象作用 图图14一次反射直角棱镜一次反射直角棱镜 图图15 二次反射直角棱镜二次反射直角棱镜 几种常用的反射棱镜：几种常用的反射棱镜：37（2 2）五角棱镜）五角棱镜 （如图（如图1616所示）具有夹角为所示）具有夹角为4545的两个反射的两个反射面，使光轴转折面，使光轴转折9090 ，对于五角棱镜，只要两反，对于五角棱镜，只要两反射面的夹角是准确射面的夹角是准确4545 ，无论入射光线的方向如，无论入射光线的方向如何，其出射光线与入射光线的夹角总保持何，其出射光线与入射光线的夹角总保持 9090。因此因此 五角棱镜又被称之为五角棱镜又被称之为“光学直角器光学
34、直角器”，常，常用作检定垂直度的标准。用作检定垂直度的标准。（3 3）施密特屋脊棱镜施密特屋脊棱镜 （如图如图17所示所示）它除了使光轴发生预定的转折以缩小仪器外形体它除了使光轴发生预定的转折以缩小仪器外形体积和使观测方便外，还具有转象的作用。积和使观测方便外，还具有转象的作用。应用于应用于 各种工具显微镜中的各种工具显微镜中的转向棱镜转向棱镜。图图1 16 6 五角棱镜五角棱镜 38图图17 施密特屋脊棱镜施密特屋脊棱镜39（4 4）分光棱镜）分光棱镜 分光棱镜是由两个等腰直角分光棱镜是由两个等腰直角棱镜胶合而成棱镜胶合而成。（如图。（如图1818所示）所示）斜面是胶合面，镀有析光膜（也斜面
35、是胶合面，镀有析光膜（也称为分光膜），称为分光膜），其其作用作用 是把一束光线是把一束光线的光能量分成两部分，的光能量分成两部分，50%50%光能透过析光能透过析光膜，其余光膜，其余50%50%光能被析光膜反射光能被析光膜反射 常用于常用于 光学量仪的各种分光光路。光学量仪的各种分光光路。图图18 分光棱镜分光棱镜 析光膜40（5 5）合象棱镜合象棱镜 合象棱镜是由五块直角棱镜胶合合象棱镜是由五块直角棱镜胶合而成（而成（如图如图1919所示所示）它可将来自两个相对方向的两束它可将来自两个相对方向的两束光线合二为一，即能将两个物点合为光线合二为一，即能将两个物点合为一个象点。一个象点。如如“光学
36、找象器光学找象器”中的合中的合象棱镜。象棱镜。图图19 合象棱镜合象棱镜 41（6 6）双象棱镜双象棱镜 双象棱镜是由五块棱镜胶合而成双象棱镜是由五块棱镜胶合而成 一个物点经过双象棱镜后分为两个象点，只有当一个物点经过双象棱镜后分为两个象点，只有当 该物点和光轴重合时，这两个物点才重合为一个象点。该物点和光轴重合时，这两个物点才重合为一个象点。（图图110 双像棱镜的结构双像棱镜的结构）42 图图110 双双 象象 棱棱 镜镜 43（二）（二）球面光学元件球面光学元件透镜透镜 透镜是仪器光学系统中重要的一种光学元件透镜是仪器光学系统中重要的一种光学元件。1、透镜的分类、透镜的分类 （1）按透镜
37、的性质分）按透镜的性质分 （如图如图112112所示所示）图图 112 透透 镜镜 分分 类类 正正 透透 镜镜 负负 透透 镜镜 正（凸）透镜正（凸）透镜负（凹）透镜负（凹）透镜 44（2）按透镜的复杂程度按透镜的复杂程度分：单透镜单透镜 仅由两个球面构成的透镜仅由两个球面构成的透镜 （如如 普通光学量仪中的普通光学量仪中的聚聚光镜光镜）复透镜复透镜 由两个以上单透镜胶合而成的透镜由两个以上单透镜胶合而成的透镜 （如如 普通光学量普通光学量仪中的仪中的物镜或目镜物镜或目镜）组合透镜组合透镜 由两个以上，彼此相隔一定距离放置的透镜组成的系统由两个以上，彼此相隔一定距离放置的透镜组成的系统（如如
38、 精密光学量仪中的精密光学量仪中的物镜物镜、目镜目镜及及聚光镜聚光镜）452、透镜的性质、透镜的性质 尽管在仪器中见到的透镜形状和结构各式各样，尽管在仪器中见到的透镜形状和结构各式各样，但都具有共同的性质。但都具有共同的性质。透镜的这个透镜的这个性质性质就是：就是：能将一物点发出的同心光束重新汇集于一点，能将一物点发出的同心光束重新汇集于一点，这些点构成了与原物相似的象。这些点构成了与原物相似的象。463、几何作图法求透镜的物象关系、几何作图法求透镜的物象关系 即即 利用三条特殊光线求透镜的物象关系。利用三条特殊光线求透镜的物象关系。如图如图113所示所示：透镜的作图法求象简单、直观，便于判断
39、象的透镜的作图法求象简单、直观，便于判断象的位置和虚实，是人们在实际中经常应用的方法位置和虚实，是人们在实际中经常应用的方法 。现将透镜根据上述成象规律，在各种情况下的图解法求象列入现将透镜根据上述成象规律，在各种情况下的图解法求象列入表表1111中中。47图图 113 作图法求透镜成象作图法求透镜成象48物点位置（相对于光心）光路简图像点位置（相对于心）像的性质应用实例无 限 远 像方焦面处倒立缩小实像望远物镜物在两倍焦距外像在焦距和两倍焦距之间倒立缩小实像照相物镜物在两倍焦距上像也在两倍焦距上倒立同大实像一倍转像系统物在焦距和两倍焦距之间像在两倍焦距外倒立放大实像投影物镜或显微镜物镜表表
40、11 图图 解解 法法 求求 像像49物在物方焦面上无 限 远平行 光 管物在焦点内像在物的同一侧正立放大虚像放 大 镜物在任何位置像在物的同一侧正立缩小虚像近视用的眼镜片 虚 物 点 A像在物的同一侧正立缩小实像组合光组中场镜表 续501-1 1-1 试举例说明量仪的测量范围和示值范围有什么区别和联系？试举例说明量仪的测量范围和示值范围有什么区别和联系？1-2 1-2 何谓量仪的示值误差？怎样求得量仪的示值误差值？何谓量仪的示值误差？怎样求得量仪的示值误差值？1-3 1-3 何谓仪器误差和测量误差？两者有什么区别和联系？何谓仪器误差和测量误差？两者有什么区别和联系？1-4 1-4 量仪按原始
41、信号转换原理的不同可分为哪几类？它们各有什么特点？量仪按原始信号转换原理的不同可分为哪几类？它们各有什么特点？1-5 1-5 光学量仪有哪几个基本组成部分举例说明瞄准部分的主要作用？光学量仪有哪几个基本组成部分举例说明瞄准部分的主要作用？1-6 1-6 光学量仪中常用的光学元件有哪些种类？光学量仪中常用的光学元件有哪些种类？1-7 1-7 试述平面镜的转换规则及应用。试述平面镜的转换规则及应用。1-8 1-8 何谓分划板？举例说明它在光学量仪中的用途。何谓分划板？举例说明它在光学量仪中的用途。1-9 1-9 试述施密特屋脊棱镜在仪器光路中的作用及其在量仪中的应用。试述施密特屋脊棱镜在仪器光路中的作用及其在量仪中的应用。思思 考考 题题 与与 习习 题题51