2.2 测量单位
在测量过程中，作为测量单位的参照标准量在测量比较过程中直接影响着测量结果。如果标准量不准，那么测量结果不可能准确；如果社会上的标准量不统一，就保证不了产品的质量，无法进行企业之间乃至国际之间的技术合作和贸易。因此，测量过程中必须有统一、可靠、精度足够的标准量，必须建立相应的基准和量值传递系统。
在几何量测量工作中所使用的测量单位，可以溯源到长度基准及角度基准。以长度或角度基准为基础，通过各级计量机构的尺寸传递，最终使用的是具有确定精度的测量单位。
2.2.1 长度基准
长度基准的发展过程经历了古代和现代两个发展阶段。
在古代，人类多以人体某一部分的长度作为长度基准。例如，我国的“尺”（古代“布手为尺”，两拃为1尺）；英国的“英尺”（约翰王的足长为1ft）、“英寸”（1ft等于12in）等。随着1875年《国际米制公约》的签订，长度基准的发展进入了以科学为基础的现代发展阶段，人们开始不断用科学的方法来定义米制长度的基本单位——“米”。
1791年，法国首先给出了“米”的定义，当时规定“1m等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。1889年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，国际计量局根据法国“米”的定义订制了30根铂铱合金基准米尺，从中选出了一根作为统一国际长度单位量值的基准米尺（称为“国际米原器”），规定“1m就是米原器在0℃时两端的两条刻线间的距离”。这种长度基准的复现不确定度约为1.1×10-7（0.11μm/m）。
国际米原器属于实物基准，受金属内部的稳定性、环境因素等影响，其可靠性并不理想。各国要定期将本国的国家基准米尺送往巴黎与国际米原器校对，这也非常不方便。此外，实物基准还容易被战争、地震等灾害所损坏，为此，人们开始考虑将实物基准改为自然基准，即自然界客观存在、不因时间地点等因素变化而变化、可随时随地复现其长度的基准。1960年第十一届国际计量大会上决定，采用光波波长作为确定长度基准的依据，定义“1m等于氪86（86Kr）原子的2p10与5d5能级之间跃迁时所对应的辐射在真空中的波长的1650763.73倍”，其复现不确定度约为4×10-9（4nm/m）。
现行的长度基准“米”的定义是在1983年第十七届国际计量大会上通过的，定义“1m是光在真空中于1/299792458s的时间内所行进的路程的长度”。这种长度基准的定义是一个开放性的定义，它将长度单位转化为时间单位和真空中的光速（物理常数）的导出值。
只要能获得高频率稳定度的辐射，并能对其频率进行精确的测定，就能够按上面的定义建立精确的长度基准。自1985年3月起，我国开始使用碘分子饱和吸收稳频的0.633μm氦氖激光辐射（频率稳定度为10-9）来复现长度基准。目前，国际上只有少数几个国家能达到10-14的频率稳定度。我国在这方面的技术处于国际领先地位，在20世纪90年代采用单粒子存储技术，已将辐射频率稳定度提高到了10-17，长度基准复现的不确定度达到了2.5×10-11（0.025nm/m）。
2.2.2 尺寸传递系统
在实际测量工作中，一般不能按定义直接使用长度基准进行测量比较，而是通过法定的尺寸传递，由各级计量部门通过对测量器具的检定或校准，将长度基准量值以一定的精度逐级传递到测量器具上，这样就可通过使用测量器具来实现被测量与作为测量单位的标准量的比较。
对于长度尺寸，其尺寸的传递是通过线纹量具（线纹尺）和端面量具（量块）两条路线进行的。图2-2为我国的长度尺寸传递系统。
图2-2 长度尺寸传递系统
2.2.3 角度基准与角度量值传递系统
角度也是机械制造中重要的几何参数之一。平面角的角度单位为弧度（rad）及度（°）、分（'）、秒（″）。1rad是指在一个圆的圆周上截取弧长与该圆半径相等时所对应的中心平面角。由于圆周具有封闭特性，即一个圆周的圆周角360°等于2πrad，因此角度无需像长度那样再建立基准。实际工作中一般是用多面棱体、角度（量）块等体现角度基准。
多面棱体是用特殊合金钢或石英玻璃经过精细加工制成的。常见的有4、6、8、12、24、36、72等正多面棱体。图2-3所示为一正八面棱体。
图2-3 正八面棱体
以多面棱体为基准的角度量值传递系统如图2-4所示。
图2-4 角度量值传递系统
2.2.4 量块
量块是一种用耐磨材料制造、横截面为矩形、并具有一对相互平行的测量面的实物量具，用来以一定的精度体现长度基准，如图2-5（a）所示。量块的材料通常是铬锰钢，它具有线胀系数小、性质稳定、不易变形、耐磨性好、硬度高等特点。
图2-5 量块
2.2.4.1 量块的主要技术参数
（1）量块长度l——量块一个测量面上的任意点到与其相对的另一测量面相研合的辅助体表面之间的垂直距离。
（2）量块中心长度lc——对应于量块未研合测量面中心点的量块长度。
（3）量块标称长度ln——标记在量块上，用以表明其与主单位（m）之间关系的量值，也称为量块长度的示值。
（4）量块长度变动量V——量块测量面上任意点中的最大长度lmax与最小长度lmin之差。
2.2.4.2 量块的研合性和成套性
由于量块的两测量面都是经过超精研磨制成的，所以测量面的平面度及表面粗糙度都极好。如果将一块量块的测量面沿着另一块量块的测量面滑动同时用手稍加压力，量块表面之间因分子力的作用可相互黏合在一起，称为研合性。
由于量块具有研合性，因此量块通常成套制造、购买、检定和使用，根据需要可从成套量块中选取若干块，研合在一起后即可组合出不同的标准长度尺寸，如图2-5（b）所示。表2-1列出了国家标准推荐的几种常用成套量块的组合尺寸。
表2-1 成套量块的组合尺寸（摘自GB/T 6093—2001）
例2-1 现有91块一套的量块，试确定组合33.625mm标准长度的量块组的量块尺寸。
解：需要4块，分别为30、1.6、1.02、1.005，步骤如下。
量块除了作为长度基准的传递媒介外，还可用来检定、校对和调整计量器具，或直接用来测量工件的尺寸、精密划线或精密调整机床。
2.2.4.3 量块的精度
量块的精度有两种表示方法。制造后出厂、销售时，按制造精度分“级”；购买后，按检定测量精度分“等”。
（1）“级” 按GB/T 6093—2001的规定，量块按其制造时所允许的长度极限偏差和长度变动量分为K、0、1、2、3共5级，其中0级精度最高，3级精度最低，K级为校准级。各级量块制造时所允许的长度极限偏差和长度变动量的最大允许值见表2-2。按“级”使用量块时，用量块的标称长度作为工作尺寸，该工作尺寸可能具有的尺寸误差为量块制造时的长度极限偏差。
表2-2 各级量块的长度极限偏差±tc和量块长度变动量的最大允许值tV（摘自GB/T 6093—2001）
注：距离测量面边缘0.8mm范围内不计。
（2）“等” 量块按“级”购买或使用后，根据工作需要可以将其送到相关计量部门进行检定，对其实际长度及长度变动量进行更为精确的检定测量。按国家计量检定规程JJG 146—2011的规定，量块按检定测量精度可划分为1、2、3、4、5共5等，见表2-3。其中1等精度最高，5等精度最低。量块一经检定成某一“等”后，通常应用检定测量后所得到的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸可能具有的尺寸误差是检定测量时的长度测量不确定度（极限误差）。
表2-3 各等量块的长度测量不确定度和长度变动量的最大允许值（摘自JJG 146—2011）
注：1.距离测量面边缘0.8mm范围内不计。
2.表内测量不确定度置信概率为0.99。
一般来说，按“等”使用量块比按“级”使用量块的尺寸精度高。尽管量块经检定测量后可以提高量块工作尺寸的精度，但并不是所有的量块都可以检定成任意的“等”别，只有高“级”别的量块才能检定成高“等”别的量块。