精密量測學-第二章-測量技術(shù)基礎概要.ppt

1,測量技術(shù)基礎,第二章,2,教學內(nèi)容,1.概述-測量的概念及基本要素;2.量值傳遞系統(tǒng)；3.測量方法和測量器具的選擇；4.測量誤差及數(shù)據(jù)處理。,學習要求,1.了解測量的概念及量值傳遞系統(tǒng)；2.了解測量方法,掌握如何選擇測量器具；3.能進行測量誤差的分析及數(shù)據(jù)處理。,3,2.1概述,測量的任務：確定物理量的數(shù)量特征。幾個術(shù)語：檢驗：判斷被測物理量是否合格的過程，不一定要得到其具體數(shù)值。測量：以確定量值為目的的全部操作過程。測試：具有試驗研究性質(zhì)的測量。,4,測量,概念：以確定量值為目的的全部操作過程。即將被測量與具有計量單位的標準量進行比較，從而確定二者比值的實驗認知過程。L/E=qL=qE,被測量值,計量單位,測量四要素：1）被測對象,2）計量單位,3）測量方法,4）測量精度,如長度、角度、形位公差等。,如長度單位m、mm等。,指測量器具、測量原理、測量條件等。,測量結(jié)果與真值的接近程度。,5,1.基本計量單位的定義和計量基準,如米：“米是在光在真空中1/299792458s的時間間隔內(nèi)所經(jīng)過的距離”。,2.2量值傳遞,2.量值傳遞系統(tǒng),長度量值傳遞系統(tǒng)角度量值傳遞系統(tǒng),6,一.量塊,理想量塊,L,40,上、下測量面：極為光滑、平整具有粘合性.,標稱長度,工作長度,材料：線膨脹系數(shù)小、性質(zhì)穩(wěn)定、耐磨以及不易變形.,相等,量塊的用途如何呢？,1.量塊的構(gòu)成,標稱長度5.5mm，其值印在上測量面的左側(cè)平面上；,標稱長度5.5mm，其值印在上測量面上。,7,2.量塊的用途,（1）作為長度尺寸標準的實物載體，將國家的長度基準按照一定的規(guī)范逐級傳遞到機械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實現(xiàn)量值統(tǒng)一。（2）作為標準長度標定量儀，檢定量儀的示值誤差。（3）相對測量時調(diào)整儀器零位，用測量器具比較量塊與被測尺寸的差值。（4）也可直接用于精密測量、精密劃線和精密機床的調(diào)整。,8,3.量塊的精度（分級）,按制造精度分6級，即00、0、k、1、2、3級。,3,2,1,k,0,00,-0+,L,假設代表制造精度,等級依次降低,L,按級使用以標稱長度L為工作長度,L,La,L中含制造誤差：L-La,9,量塊的精度（分等）,量塊按其檢定精度分為五等：即1、2、3、4、5等.精度依次降低。,La,L,按等使用以La為工作長度,La-檢定后給出的量塊中心長度實際值。La：含測量誤差，不含制造誤差.,量塊按“等”使用測量精度比按“級”使用要高,量塊按“等”使用以標稱長度L為工作長度；按“級”使用以實測中心長La為工作長度.,10,4.量塊的組合使用,量塊具有研合性，故可在一定范圍內(nèi)將不同尺寸的量塊組合成所需的工作尺寸。,83塊量塊尺寸表,例：組合尺寸89.765mm,89.765-）1.00588.76-）1.2687.5-）7.580,注意：1.應盡量減少量塊數(shù)量，一般不超過5塊，以減少組合誤差；2.從所需尺寸的最后一位數(shù)開始選取量塊，每選一塊應至少減去最后一位尾數(shù)。,11,一.計量器具的分類,計量器具是測量儀器和測量工具的總稱。1.標準量具：以固定形式復現(xiàn)量值的計量器具。2.通用量具：可測量某一范圍內(nèi)的任一尺寸，并能獲得具體數(shù)值.3.專用量具：測量某種特定參數(shù)的計量器具。,2.3計量器具和測量方法,20,9,5,量塊（單值量具）,千分尺（螺旋副式量儀，多值量具）,百分表,帶表游標卡尺,12,立式光學計,萬能工具顯微鏡,通用計量器具,13,專用計量器具,光滑塞規(guī),光滑環(huán)規(guī),14,二.計量器具的基本度量指標,度量指標：是選擇和使用計量器具、研究和判斷測量方法正確性的依據(jù)，是表征計量器具的性能和功能的指標?；局笜酥饕校?.刻線間距2.分度值（或分辨率）3.示值范圍4.測量范圍5.靈敏度,15,1.刻線間距（c）：測量器具標尺或刻度盤上兩相鄰刻線中心線間的距離。2.分度值（i）：測量器具的標尺上，相鄰兩刻線所代表的量值之差。分辨率：計量器具所能顯示的最末一位數(shù)所代表的量值。,3.示值范圍：由測量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍4.測量范圍：在允許不確定度內(nèi)，測量器具所能測量的被測量值的下限值至上限值的范圍。,16,5.靈敏度（s）：計量器具反映被測幾何量微小變化的能力。S=x/L=K當量儀刻度均勻時：S=K=c/i,被測參數(shù)的變化量,測量器具示值變化量,放大比,17,1、按實測幾何量是否為被測幾何量分類：直接測量被測幾何量的量值直接由計量器具讀出。間接測量被測幾何量的量值由實測幾何量的量值按一定的函數(shù)關(guān)系式求得。,三.測量方法的分類,通常按獲得測量結(jié)果的方式分類。,da,直接測量,用千分尺測量,間接測量,D=L2/4H+H先測L和H，再代入式求D。,“弦高法”測大尺寸圓柱體直徑,18,2、按讀數(shù)值是否為被測量的量值分類絕對測量從計量器具上直接讀到被測幾何量的量值。相對測量在計量器具上讀到的是被測量相對于標準量的偏差值。,3、按被測件表面與測量器具測頭是否有機械接觸分類接觸測量測量器具的測頭與零件被測表面接觸后有機械作用力的測量。非接觸測量測量器具的感應元件與被測零件表面不直接接觸，因而不存在機械作用的測量力。,19,4、按零件上同時被測參數(shù)的多少分類單項測量單獨地、彼此沒有聯(lián)系地測量零件的單項參數(shù)。綜合測量檢測零件幾個相關(guān)參數(shù)的綜合效應或綜合參數(shù)，從而綜合判斷零件的合格性。,5、按測量中測量因素是否變化分類等精度測量在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件不變。不等精度測量在測量過程中，決定測量精度的全部因素或條件可能完全改變或部分改變。,此外，還有主動測量、被動測量，靜態(tài)測量、動態(tài)測量。,20,一、測量誤差的基本概念,測量誤差（）：被測量測得值x與其真值Q的差值。即xQ（絕對誤差）測量極限誤差：真值Q落在測得值x附近的最小范圍。則：xlimQxlim即：Q=xlim用于比較相同尺寸的測量精度。,2.4測量誤差及數(shù)據(jù)處理,不同尺寸？,相對誤差r=Q100%rx100%r用于比較不同尺寸的測量精度。,21,二.測量誤差的分類（按測量誤差的性質(zhì)、規(guī)律及特點分）,在相同測量條件下，n次測取同一量值x，則可得：測量列n個測得值xi（i=1，2，3n）Xi中含測量誤差i，根據(jù)i的分布規(guī)律，i分為：1）系統(tǒng)誤差：絕對值和符號均保持不變或按某一確定的規(guī)律變化的測量誤差。2）隨機誤差：絕對值大小和符號均以不可預知的方式變化的測量誤差。3）粗大誤差：明顯超出規(guī)定條件下預期的誤差。,22,三、測量精度,按隨機誤差和系統(tǒng)誤差的影響：1）精密度：反映測量結(jié)果中隨機誤差的影響。2）正確度：反映測量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響。3）精確度（準確度）：反映測量結(jié)果中隨機誤差和系統(tǒng)誤差的影響。,（誤差）,精密度高，正確度低（隨機誤差小，系統(tǒng)誤差大）,正確度高，精密度低（系統(tǒng)誤差小，隨機誤差大）,精確度高（系統(tǒng)誤差、隨機誤差小）,測量誤差如何處理？,23,四.測量列中各類測量誤差的處理,測量結(jié)果：Q=x即Q在x和x+之間。按測量誤差的特性規(guī)律分：系統(tǒng)誤差隨機誤差殘余誤差,處理？,24,1.隨機誤差的處理,1）隨機誤差的分布及其特性：單峰性對稱性有界性抵償性,lim,lim,y,25,正態(tài)分布曲線方程(高斯方程)：,y,-3,+3,隨機誤差出現(xiàn)的概率為99.73%,式中：y-概率密度e-自然對數(shù)底數(shù)-隨機誤差-標準偏差,lim=3：,單次測量的測量結(jié)果為Q=xilim=xi3即真值有99.73%的可能性在xi3xi3之間。,值？,26,2）隨機誤差的評定指標,a.算術(shù)平均值b.標準偏差測量列單次測量值的標準偏差值：計算的三個條件：Q已知；N；無“系差”。,27,測量列單次測量值的標準偏差估計值：,Vi為“殘差”=xix,測量列算術(shù)平均值的標準偏差估計值：,（貝塞爾公式）,多次測量的測量結(jié)果：,Vi=0（N時）,28,3）隨機誤差的處理,計算測量列算術(shù)平均值計算測量列中單次測量值標準偏差的估計值計算測量列算術(shù)平均值標準偏差的估計值確定測量結(jié)果.,置信概率P=99.73%,29,2.系統(tǒng)誤差（“系差”）的處理,1）“系差”的發(fā)現(xiàn)方法：實驗對比法：改變測量條件，對同一幾何量測量，若兩者無差異則無系差，否則存在系差。（用以發(fā)現(xiàn)定值“系差”）殘差”觀察法：按測量順序觀察殘差，若殘差大體正負相間，無明顯變化規(guī)律，則無“系差”。否則有“系差”。（用以發(fā)現(xiàn)變值“系差”）,30,2）“系差”的消除,誤差根除法：從根源上削除。如儀器使用前對零位；量塊按“等”使用時可消除量塊的制造和磨損誤差。誤差修正法：預先檢定出系統(tǒng)誤差，將其數(shù)值反向作為修正值，用代數(shù)法加到實際測得值上。（適用定值系差）,誤差抵消法：對變值系差，進行兩頭測量，使兩次測量讀數(shù)量出現(xiàn)的系統(tǒng)誤差大小相等、方向相反，再取兩次測量結(jié)果的平均值作為測量結(jié)果。例：螺紋測量（p20圖2-11）,31,3.粗大誤差的處理,1）粗大誤差的判斷：可根據(jù)拉依達準則（3準則）：若Vi3則有粗大誤差的測量值。2）粗大誤差的處理：剔除。,32,五.等精度直接測量測量列的數(shù)據(jù)處理,步驟：（1）判斷系統(tǒng)誤差。檢查有無顯著的系統(tǒng)誤差，若有，測量前加以減小或消除，或在測量值中進行修正。（2）求算術(shù)平均值、殘余誤差、標準偏差估計值。（3）判斷粗大誤差若有予以剔除并重新進行步驟（2），直至無粗大誤差為止。（4）計算測量列算術(shù)平均值的標準偏差估計值和測量極限誤差。（5）寫出測量結(jié)果的表達式。,P21例題2-1,33,小結(jié),1.測量的概念及測量的四要素。四要素：被測對象、測量方法、計量單位、測量精度。2.量塊的使用。3.了解測量方法的分類。4.各種測量誤差的處理。,34,課堂練習題,試從8