第3章測量技術基礎

1、第3章 測量技術基礎3.13.1測量基本概念測量基本概念3.23.2長度單位和尺寸傳遞長度單位和尺寸傳遞3.33.3計量器具與測量方法計量器具與測量方法3.43.4誤差理論與數據處理誤差理論與數據處理 3.1 3.1 測量基本概念測量基本概念 1.測量技術測量技術 在機械制造業(yè)中，對加工完成的零件是否符合設計要求進行在機械制造業(yè)中，對加工完成的零件是否符合設計要求進行判斷與確定的一種手段。判斷與確定的一種手段。 主要是研究對零件的幾何量進行測量和檢驗的一門技術主要是研究對零件的幾何量進行測量和檢驗的一門技術 長度、角度、幾何形狀、長度、角度、幾何形狀、相互位置以及表面粗糙相互位置以及表面粗糙度

2、等度等 國家標準是實現互換性的基礎國家標準是實現互換性的基礎 測量技術是實現互換性的保證測量技術是實現互換性的保證 2 2 計量工作和對長度計量的基本要求計量工作和對長度計量的基本要求計量工作:單位統一、數值準確 metrology，計量學是關于測量的科學。是研究測量，保證量值統一和準確的一門科學。計量學計量學研究的內容:*計量單位及其基準，標準的建立、保存和使用。 *測量方法和計量器具，測量不確定度，觀測者進 行測量的能力以及計量法制和管理等。 *計量學也包括研究物理常數和物質標準，材料特 性的準確測定。長度計量：十大計量十大計量 對長度計量的基本要求對長度計量的基本要求: : 控制測量誤差

3、； 選擇測量方法與測量器具； 分析誤差產生的原因。3.1.2 測量的定義測量：將被測量被測量與體現測量單位的標準量標準量進行比較，從而確定被測量的實驗操作過程。式中 L 被測量，在長度測量中指被測長度；)23() 13(/、EqLELqE標準量，在長度測量中是長度單位；q比值。它說明被測值L等于所用的長度單位E與測量比值q的乘積。例如：E為mm，q50，則被測長度L為50mm。測量的基本方程式測量的基本方程式量值：用一個數和一個合適的計量單位表示的量，如1m、5kg等。測量過程四要素測量過程四要素 (P57-58)1、測量對象（、測量對象（被測量被測量） （幾何量：長度、角度、形位誤差和表面粗

4、糙度）2、測量單位（、測量單位（標準量標準量）：）：以國際單位制為基礎的法定計量單位。 如 m、mm、m、（。）（）（ ” ） 等 （物質形式：光波波長、精密量塊、線紋尺、各種圓分度盤）3、測量方法：、測量方法：在特定的對象下進行某一測量時，參與測量過程的各組成 因素和測量條件的總和 (測量的類型、器具、基面、瞄準定位方法、主客觀條件等）4、測量精度、測量精度（不確定度）：測量結果與真值一致的程度。檢驗：檢驗：對于零件幾何量的檢驗，通常只是判斷被測量（零件）是對于零件幾何量的檢驗，通常只是判斷被測量（零件）是 否合格（在規(guī)定的驗收極限范圍內）的過程，它通常不一否合格（在規(guī)定的驗收極限范圍內）的

5、過程，它通常不一 定要求得到被測量（零件）的具體數值。檢驗包括測試、定要求得到被測量（零件）的具體數值。檢驗包括測試、 檢定與比對三個過程。檢定與比對三個過程。測試測試：是指試驗研究性的測量，也可理解為試驗和測量的全過程。：是指試驗研究性的測量，也可理解為試驗和測量的全過程。檢定檢定：是指為評定計量器具的計量特性（準確度、穩(wěn)定度、靈敏：是指為評定計量器具的計量特性（準確度、穩(wěn)定度、靈敏 度等）是否合格所進行的全部工作。檢定的主要對象是計度等）是否合格所進行的全部工作。檢定的主要對象是計 量器具。量器具。比對比對：是指在規(guī)定的條件下對相同準確度等級的同類基準、標準：是指在規(guī)定的條件下對相同準確度

6、等級的同類基準、標準 或工作用計量器具之間的量值進行比較?；蚬ぷ饔糜嬃科骶咧g的量值進行比較。3.1.3 檢驗、測試、和比對的概念檢驗、測試、和比對的概念(自學自學)3.23.2長度單位與量值傳遞長度單位與量值傳遞3.2.13.2.1長度單位與尺寸傳遞系統長度單位與尺寸傳遞系統 為了保證工業(yè)生產中長度測量的準確度，首先要為了保證工業(yè)生產中長度測量的準確度，首先要建立統一、可靠的長度基準建立統一、可靠的長度基準 。常見的長度基準：常見的長度基準：米（米（m）、毫米（）、毫米（mm）、微米）、微米(m)、納米（納米（n nm）國際單位制國際單位制機械制造機械制造精密測量精密測量超精密測量超精密測量

7、換算關系為：換算關系為：1m=1000mm 1mm=1000m 1m=1000 n nm1791年，檔案米尺1880年，國際米原器鉑銥合金的高精度米尺第6號（ 30多根 ）當時米的定義為：米的長度等于在冰點溫度下，米原器兩端刻線間的距離。1960年，光波波長米定義為：米的長度等于86Kr原子的2p10和5d5能級之間躍遷所對應的輻射在真空中的波長的165 0763.73倍。（北極-赤道）地球子午線/1000萬巴黎長度單位的發(fā)展長度單位的發(fā)展1983年，新定義激光技術米是光在真空中在1/299 792 458 s 的時間間隔內所行進的路程長度。 2.長度基準：長度基準： 定義、復現、保存長度單位

8、，并通過它傳遞給其他計量器具的物質稱為長度基準。輻射線波長：氦氖激光器 632.8nm端面量具：量塊刻線量具：線紋尺角度基準：多面棱體、標準度盤、測角儀、分度頭圓周封閉原則圓周分度器件多面棱體3. 長度量值傳遞系統圖3-1、3-2國家基準基準波長省級基準一等量塊市級基準二等量塊工廠基準三等量塊計量器具被測工件工作基準主基準圓周分度器件：單一角度：例如，v形導軌的夾角、燕尾槽角度等；圓錐零件的錐形角：例如，刀具的錐柄、機床主軸的錐孔等；例如，分度盤、多齒盤、多面棱體以及各種齒輪、花鍵等。*角度測量的類型角度測量的類型角度量值傳遞系統角度量值傳遞系統P61 圖3-3n使用波長作為長度基準，雖然可以

9、達到足夠的精確度，但因使用波長作為長度基準，雖然可以達到足夠的精確度，但因對復現的條件有很高的要求，不便在生產中直接用于尺寸的對復現的條件有很高的要求，不便在生產中直接用于尺寸的測量。因此，需要將基準的量值按照定義的規(guī)定，復現在實測量。因此，需要將基準的量值按照定義的規(guī)定，復現在實物計量標準器上。常見的實物計量標準器有量塊（塊規(guī)）和物計量標準器上。常見的實物計量標準器有量塊（塊規(guī)）和線紋尺。線紋尺。 n量塊是沒有刻度的、截面為矩形的平面平行的端面量具。用量塊是沒有刻度的、截面為矩形的平面平行的端面量具。用鉻錳鋼等特殊合金鋼制成，具有線膨脹系數小、不易變形、鉻錳鋼等特殊合金鋼制成，具有線膨脹系數

10、小、不易變形、硬度高、耐磨性好、工作表面粗糙度值小以及研合性好等特硬度高、耐磨性好、工作表面粗糙度值小以及研合性好等特點。常用的是長方體。點。常用的是長方體。 3.2.2 量塊量塊量塊的研合性量塊的研合性( (粘合性）粘合性）利用量塊的研合性，就可以把各種尺寸不同的量塊組合利用量塊的研合性，就可以把各種尺寸不同的量塊組合成量塊組，得到所需要的各種尺寸。成量塊組，得到所需要的各種尺寸。量塊的用途量塊的用途nA、量塊在機械廠和各級計量部門中應用較廣，常作為尺寸傳遞的長度基準和計量儀器示值誤差的檢定標準。nB、也可用于精密劃線和機床夾具的調整。nC、也可直接用于檢測工作。1.量塊的形狀與特點量塊的形

11、狀與特點n長方體的量塊有兩個平行的長方體的量塊有兩個平行的測量面，其余為非測量面。測量面，其余為非測量面。測量面極為光滑、平整，其測量面極為光滑、平整，其表面粗糙度表面粗糙度RaRa值值0.0080.0080.012m0.012m，兩測量面之間，兩測量面之間的距離即為量塊的工作長度的距離即為量塊的工作長度（標稱長度）。標稱長度到（標稱長度）。標稱長度到5.5mm5.5mm的量塊，其公稱值刻的量塊，其公稱值刻印在上測量面上；標稱長度印在上測量面上；標稱長度大于大于5.5mm5.5mm的量塊，其公稱的量塊，其公稱長度值刻印在上測量面左側長度值刻印在上測量面左側2.量塊的尺寸量塊的尺寸 量塊是單值量

12、具，一個量塊只代表一個尺寸。量塊是單值量具，一個量塊只代表一個尺寸。 而量塊在使用時，常常用幾個量塊組合使用，而量塊在使用時，常常用幾個量塊組合使用， 如圖所示。由于量塊測量面上的粗糙度數值如圖所示。由于量塊測量面上的粗糙度數值 和平面度誤差都很小，當測量表面留有一層和平面度誤差都很小，當測量表面留有一層 極薄的油膜時，在切向推合力的作用下，由極薄的油膜時，在切向推合力的作用下，由 于分子之間的吸引力。兩量塊能研合在一起。于分子之間的吸引力。兩量塊能研合在一起。 這樣，就可使不同尺寸的量塊組合成所需要這樣，就可使不同尺寸的量塊組合成所需要 的尺寸。的尺寸。為了能用較少的塊數組合成所需要的尺寸，

13、量塊按一定尺寸系列成套生產供應。為了能用較少的塊數組合成所需要的尺寸，量塊按一定尺寸系列成套生產供應。n量塊的精度量塊的精度(級級)n按國標按國標GB6093-2001量塊量塊中，按制造精中，按制造精度分度分6級級，即，即00、0、1、2、3和和K級，其中級，其中00級級精度最高，精度最高，3級最低，級最低，K級為校準級，具有與級為校準級，具有與00級相同的精度。分級的級相同的精度。分級的主要依據是量塊中心長主要依據是量塊中心長度的極限偏差、量塊長度的極限偏差、量塊長度變動量的允許值、測度變動量的允許值、測量面的平面度、量塊的量面的平面度、量塊的研合性以及測量面的表研合性以及測量面的表面粗糙度

14、等。面粗糙度等。量塊的精度（等）量塊的精度（等）制造高精度的量塊的工藝要求高、成制造高精度的量塊的工藝要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量塊，本也高，而且即使制造成高精度量塊，在使用一段時間后，也會因磨損而引在使用一段時間后，也會因磨損而引起尺寸減小，使其原有的精度級別降起尺寸減小，使其原有的精度級別降低。因此，經過維修或使用一段時間低。因此，經過維修或使用一段時間后的量塊，要定期送專業(yè)部門按照標后的量塊，要定期送專業(yè)部門按照標準對其各項精度指標進行檢定，確定準對其各項精度指標進行檢定，確定符合哪一符合哪一“等等”，并在檢定證書中給，并在檢定證書中給出的標稱尺寸的修正值。出的標稱尺寸的修正

15、值。按鑒定精度量塊分為按鑒定精度量塊分為1，2，3，4，5，6共共六等六等，精度依次降低。，精度依次降低。分等的主要指標是：中心長度測量的分等的主要指標是：中心長度測量的極限誤差和平面平行性允許偏差，即極限誤差和平面平行性允許偏差，即檢定量塊時的測量總不確定度。檢定量塊時的測量總不確定度。4.量塊的精度等級量塊的精度等級量塊的量塊的“級級”與與“等等”n量塊的量塊的“級級”和和“等等”是從成批制造和單個檢定兩種不是從成批制造和單個檢定兩種不同的角度出發(fā)，對其精度進行劃分的兩種形式。同的角度出發(fā)，對其精度進行劃分的兩種形式。n按按“級級”使用使用時，以標記在量塊上的標稱尺寸作為工作時，以標記在量

16、塊上的標稱尺寸作為工作尺寸，該尺寸尺寸，該尺寸包含其制造誤差包含其制造誤差。n按按“等等”使用使用時，必須以檢定后的實際尺寸作為工作尺時，必須以檢定后的實際尺寸作為工作尺寸，該尺寸不包含制造誤差，但寸，該尺寸不包含制造誤差，但包含了檢定時的測量誤包含了檢定時的測量誤差差。n就同一量塊而言，檢定時的測量誤差要比制造誤差小得就同一量塊而言，檢定時的測量誤差要比制造誤差小得多。所以，多。所以，量塊按量塊按“等等”使用時其精度比按使用時其精度比按“級級”使用使用要高要高，且能在保持量塊原有使用精度的基礎上延長其使，且能在保持量塊原有使用精度的基礎上延長其使用壽命用壽命。二、二、長度基準與量值傳遞長度基

17、準與量值傳遞 1）量塊塊數盡可能少，一般不超過量塊塊數盡可能少，一般不超過35塊。塊。2）必須從同一套量塊中選取，決不能在兩套或必須從同一套量塊中選取，決不能在兩套或 兩套以上的量塊中混選。兩套以上的量塊中混選。3）組合時，不能將測量面與非測量面相研合。組合時，不能將測量面與非測量面相研合。4 4）組合時，下測量面一律朝下。組合時，下測量面一律朝下。 量塊的組合方法及原則量塊的組合方法及原則5.量塊的組合使用量塊的組合使用28.935 -1.00527.93-1.4326.5 -6.5 20-20 0 例如：要組成例如：要組成28.935mm的尺寸，采用的尺寸，采用83塊一套的量塊塊一套的量塊

18、28.935 -1.005第一塊量塊尺寸為1.005mm27.93-1.43 第二塊量塊尺寸為1.43mm26.5 -6.5第三塊量塊尺寸為6.5mm 20-20 第四塊量塊尺寸為20mm 0 以上四塊量塊研合后的整體尺寸為28.935mm 練習：練習： 試從試從8383塊一套的量塊（塊一套的量塊（P62P62表表3-13-1）中，組合尺寸）中，組合尺寸 46. 46.7 72 25 53.3.1. 計量器具的分類：按其測量原理、結構特點及用途分為四類計量器具的分類：按其測量原理、結構特點及用途分為四類n1、 基準量具基準量具: :以固定的形式復現量值的計量器具以固定的形式復現量值的計量器具n

19、 2、通用計量器具通用計量器具: :固定刻線量具、游標量具、微動螺旋副式量儀、固定刻線量具、游標量具、微動螺旋副式量儀、機械式量儀、光學量儀、氣動量儀、電動量儀、光電式量儀機械式量儀、光學量儀、氣動量儀、電動量儀、光電式量儀n3、專用計量器具、專用計量器具: 專門用來檢驗某種特定參數的量具。如圓度儀、專門用來檢驗某種特定參數的量具。如圓度儀、漸開線檢查儀、極限量規(guī)等。漸開線檢查儀、極限量規(guī)等。n4、計量裝置、計量裝置: 為確定被測幾何量所必需的計量器具和輔助設備的總為確定被測幾何量所必需的計量器具和輔助設備的總體。它能夠測量較多的幾何量和較復雜的工件。體。它能夠測量較多的幾何量和較復雜的工件。

20、3.3 計量器具和測量方法的分類計量器具和測量方法的分類刻度間距（隔）刻度間距（隔）C C：簡稱刻度，標尺：簡稱刻度，標尺上相鄰兩刻線中心線之間的實際距離上相鄰兩刻線中心線之間的實際距離（或圓周弧長）。（或圓周弧長）。（12.5mm12.5mm）分度值（刻度值、精度值）分度值（刻度值、精度值）i ：簡稱簡稱精度，它是指測量器具標尺上一個刻度精度，它是指測量器具標尺上一個刻度間距所代表的測量數值。間距所代表的測量數值。 示值范圍：測量器具標尺上全部刻度示值范圍：測量器具標尺上全部刻度間隔所代表的測量數值。間隔所代表的測量數值。 3.3.2 計量器具的基本度量指標：計量器具的基本度量指標：量程量程

21、：計量器具示值范圍的上限計量器具示值范圍的上限值與下限值之差。值與下限值之差。 靈敏度靈敏度：能引起量儀指示數值變能引起量儀指示數值變化的被測尺寸的最小變動量?；谋粶y尺寸的最小變動量。 示值誤差示值誤差：量具或量儀上的讀數量具或量儀上的讀數與被測尺寸實際數值之差。與被測尺寸實際數值之差。2.3.2 計量器具的基本度量指標：計量器具的基本度量指標：測量范圍：測量范圍：測量器具所能測量出的最大和測量器具所能測量出的最大和最小的尺寸范圍。一般地，將測量器具安裝最小的尺寸范圍。一般地，將測量器具安裝在表座上，包括：在表座上，包括：1 1）標尺的示值范圍）標尺的示值范圍 2 2）表座上安裝儀表的懸臂能

22、夠上下移動的最大表座上安裝儀表的懸臂能夠上下移動的最大和最小的尺寸范圍。和最小的尺寸范圍。 測量力：測量力： 在測量過程中量具或量儀的測量在測量過程中量具或量儀的測量頭與被測表面之間的接觸力。頭與被測表面之間的接觸力。 放大比（傳動比）放大比（傳動比）K ：指量儀指針的直線指量儀指針的直線位移（或角位移）與引起這個位移的原因位移（或角位移）與引起這個位移的原因（即被測量尺寸變化）之比。這個比等于刻（即被測量尺寸變化）之比。這個比等于刻度間距與分度值之比，即度間距與分度值之比，即K=C/ i。 游標量具 應用游標讀數原理制成的量具叫游標量具。它在機械制造業(yè)中應用十分廣泛，可用于測量內外尺寸、高度

23、、深度等。游標讀數原理 游標量具讀數部分主要是由尺身與游標組成，其原理是利用尺身刻線間距與游標刻線間距差來進行小數讀數，如圖所示。游標分度值為0.10mm則被測工件尺寸為：2十0.302.30mm。典型測量儀器典型測量儀器外徑千分尺測微量具 測微量具是機械制造中常用的精密量具，它是利用精密螺旋副進行測量，而以微分筒和固定套筒上的刻度進行讀數的一種機械式量具。精密螺旋副的螺距為0.5mm， 由于測微螺桿的精度受到制造工藝的限制，其移動量通常為 25 mm。讀數：14.10mm 讀數機構由固定套筒和微分筒組成，如圖所示。在固定套筒上刻有縱刻線，縱刻線上下方各刻有25個分度，每個分度的刻線間距為1m

24、m，微分量具中測微螺桿的螺距一船都是0.5mm，微分筒圓周斜面上刻有50個分度，因此當微分筒旋轉一周時，測微螺桿軸向位移0.5mm，微分筒旋轉一個分度時，測微螺桿移動0.01mm，故常用千分尺的讀數值為0.01mm。光學比較儀（光學計）被測件最大長度: 180mm臥式測長儀（萬能測長儀）臥式測長儀主要由底座7、測座1、萬能工作臺5和尾座6組成。毫米刻線尺和測量軸水平臥放在儀器的測座上，并可在底座的導軌上作左右方向的移動；它除了對外尺寸進行測量之外，還可配合儀器的內測附件測量內尺寸。 測長機是機械制造中測量大尺寸的精密儀器，儀器的種類很多，按其測量范圍來分，有1，2，3，4，6m，甚至還有12m

25、的。該儀器可進行絕對測量，也可用于比較測量。絕對測量是將被測工件與儀器本身上的刻度尺進行比較；而相對測量則是將被測工件和一個預先用來對準儀器零點的標準件(如塊規(guī)等)相比較，從儀器上讀取兩者之差值。測長機 圖中6是機身，在它的床面上鑲有刻線尺7和分劃板（分米尺）14?？叹€尺7上從0到100mm內共有刻線1000條故每格為0.1mm；分劃板14共有10塊（1米），每塊相距100mm，在每一塊上面刻著兩條刻線和0、1、29之間的一個數字，分別代表每一塊分劃板距刻線尺7零刻線的距離的分米數值。 光線自光源15，經聚光鏡，濾光片、反射鏡后照亮了分劃板14。由于分劃板位于物鏡組11的焦平面上，故光線通過分

26、劃板14后，經直角棱鏡12和物鏡組11后便形成平行光束，經過同樣焦距的物鏡組9和棱鏡8后，使分劃板14成象于刻線尺7上(因刻線尺7亦放置在物鏡組9的焦平面上)。通過讀數顯微鏡3和光學計管2進行讀數。 1) 按獲得被測結果的方法按獲得被測結果的方法分類分類 直接測量直接測量：測量時，直接從測測量時，直接從測量器具上讀出被測幾何量的大量器具上讀出被測幾何量的大小值小值 間接測量間接測量 ：被測幾何量無法直被測幾何量無法直接測量時，首先測出與被測幾接測量時，首先測出與被測幾何量有關的其他幾何量，然后，何量有關的其他幾何量，然后，通過一定的數學關系式進行計通過一定的數學關系式進行計算來求得被測幾何量的

27、尺寸值算來求得被測幾何量的尺寸值3.3.3. 測量方法及其分類測量方法及其分類2) 據被測結果讀數值的不同分類據被測結果讀數值的不同分類（讀（讀數值是否直接表示被測尺寸）數值是否直接表示被測尺寸） 絕對測量（全值測量）絕對測量（全值測量）： 測量器測量器具的讀數值直接表示被測尺寸。具的讀數值直接表示被測尺寸。 相對測量（微差或比較測量）相對測量（微差或比較測量） 測測量器具的讀數值表示被測尺寸相對量器具的讀數值表示被測尺寸相對于標準量的微差值或偏差。于標準量的微差值或偏差。 (特點：對零、精度高）特點：對零、精度高）例如：在測量一個截面為圓的劣在測量一個截面為圓的劣弧的幾何量所在圓的直徑弧的幾

28、何量所在圓的直徑D。由。由于無法直接測量，可以間接測量于無法直接測量，可以間接測量圓的直徑圓的直徑1.測出該劣弧的弦長b以及相應的弦高h2. 通過公式D=h+b2/4h計算出其直徑D3) 根據零件的被測表面是根據零件的被測表面是否與測量器具的測量頭有否與測量器具的測量頭有機械接觸分類機械接觸分類 接觸測量：接觸測量：測量器具的測量頭與零件被測表面以機械測量力接觸。 非接觸測量：非接觸測量：測量器具的測量頭與被測表面不接觸，不存在機械測量力。 4) 根據同時測量參數的根據同時測量參數的多少分類多少分類 單項測量單項測量：單獨測量零件的每一個參數。 綜合測量綜合測量：測量零件兩個或兩個以上相關參數

29、的綜合效應或綜合指標。 5)按測量在加工過程所起的作用不同按測量在加工過程所起的作用不同 被動測量被動測量：在零件加工后進行的測量 。 主動測量主動測量：在零件加工過程中進行的測量 。 6) 按被測工件在測量中時所處狀態(tài)分類按被測工件在測量中時所處狀態(tài)分類 靜態(tài)測量靜態(tài)測量：測量時，被測表面與測量頭處于相對靜止狀態(tài) 。 動態(tài)測量動態(tài)測量：測量時，被測表面與測量頭處于工作（或模擬）過程中的相對運動狀態(tài) 。 3.4 測量誤差及數據處理測量誤差及數據處理 1.1.測量誤差測量誤差 被測量的實際測得值與被測量的真值之間的差異被測量的實際測得值與被測量的真值之間的差異 =Xl0X實際測得的值實際測得的值

30、 l0被測量的真值被測量的真值 測量誤差測量誤差絕對誤差絕對誤差：=Xl0相對誤差相對誤差： =|/ l0 100%（/X） 用來判定相同被測幾用來判定相同被測幾何量的測量精確度何量的測量精確度 用來判定不同大小的用來判定不同大小的同類幾何量的測量精同類幾何量的測量精確度確度 例如：有兩個被測量的實際測得值例如：有兩個被測量的實際測得值X1=100mm，X2=10mm，1=2=0.01mm，則其相對誤差為：則其相對誤差為：1=1/ X1100%=0.01/100100%=0.01%2=2/ X2100%=0.01/10100%=0.1%由上例可以看出，兩個不同大小的被測量，雖然具有相同由上例可

31、以看出，兩個不同大小的被測量，雖然具有相同大小的絕對誤差，其相對誤差是不同的，大小的絕對誤差，其相對誤差是不同的，顯然，顯然，12，表示前者的精確度比后者高。，表示前者的精確度比后者高。 2.2.測量誤差產生的原因測量誤差產生的原因 計量器具誤差計量器具誤差計量器具誤差是指由于計量器具誤差是指由于計量器具本身存在的誤差而計量器具本身存在的誤差而引起的測量誤差。引起的測量誤差。具體地說是由于計量器具體地說是由于計量器具本身的設計、制造以及裝具本身的設計、制造以及裝配、調整不準確而引起的誤配、調整不準確而引起的誤差，一般表現在計量器具的差，一般表現在計量器具的示值誤差和重復精度上。示值誤差和重復精

32、度上。 基準件誤差基準件誤差所有的基準件或基準量所有的基準件或基準量具，雖然制作的非常精確，具，雖然制作的非常精確，但是都不可避免的存在誤差。但是都不可避免的存在誤差?；鶞始`差就是指作為標準基準件誤差就是指作為標準量的基準件本身存在的誤差。量的基準件本身存在的誤差。基準件的誤差應不超過基準件的誤差應不超過總測量誤差的總測量誤差的1/31/5 方法誤差方法誤差方法誤差是指選擇的測量方方法誤差是指選擇的測量方法和定位方法不完善所引起的誤差。法和定位方法不完善所引起的誤差。 環(huán)境誤差環(huán)境誤差環(huán)境誤差是指由于環(huán)境因素環(huán)境誤差是指由于環(huán)境因素與要求的標準狀態(tài)不一致所引起的與要求的標準狀態(tài)不一致所引起的

33、測量誤差。測量誤差。影響測量結果的環(huán)境因素有影響測量結果的環(huán)境因素有溫度、濕度、振動和灰塵等。溫度、濕度、振動和灰塵等。長度計量中規(guī)定標準溫度長度計量中規(guī)定標準溫度20 人員誤差及讀數誤差人員誤差及讀數誤差人員誤差是指由于人的主觀人員誤差是指由于人的主觀和客觀原因所引起的測量誤差。和客觀原因所引起的測量誤差。測量力引起的變形誤差測量力引起的變形誤差使用計量器具進行接觸測量使用計量器具進行接觸測量時，測量力使零件與測量頭接觸時，測量力使零件與測量頭接觸的部分發(fā)生微小變形而產生測量的部分發(fā)生微小變形而產生測量誤差。誤差。2.測量誤差產生的原因測量誤差產生的原因 3 3、誤差分類、誤差分類按掌握程度

34、：已知誤差、未知誤差按特性規(guī)律：系統誤差、隨機誤差、粗大誤差按變化速度：靜態(tài)誤差、動態(tài)誤差 系統誤差系統誤差- 有規(guī)律可循有規(guī)律可循性質：有規(guī)律，可再現，可以預測原因：原理誤差、方法誤差、環(huán)境誤差、使用誤差處理：理論分析、實驗驗證 修正在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的約定真值之差。 概念定值系統誤差：在相同條件下，多次測量同一量值時，該誤差的絕對值和符號保持不變。變值系統誤差：在條件改變時，測量誤差按某一確定規(guī)律變化的誤差。 用天平計量物體質用天平計量物體質量時，砝碼的質量量時，砝碼的質量偏差偏差用千分表讀數時，用千分表讀數時，表盤安裝偏心引起表盤安裝偏心

35、引起的示值誤差的示值誤差刻線尺的溫度刻線尺的溫度變化引起的示變化引起的示值誤差值誤差系統誤差舉例 在實際估計測量器具示值的系統誤差時，常常用適當次數的重復測量的算術平均值減去約定真值來表示，又稱其為測量器具的偏移或偏畸（bias）。 由于系統誤差具有一定的規(guī)律性，因此可以根據其產生原因，采取一定的技術措施，設法消除或減??；也可以在相同條件下對已知約定真值的標準器具進行多次重復測量的辦法，設法找出其系統誤差的規(guī)律后，對測量結果進行修正。 隨機誤差隨機誤差-因不確定性因素而隨機發(fā)生因不確定性因素而隨機發(fā)生性質：偶然性（不明確、無規(guī)律）原因：裝置誤差、環(huán)境誤差、使用誤差處理：概率和統計分析、計算處理

36、 減小測得值與在重復性條件下對同一被測量進行無限多次測量結果的平均值之差。又稱為偶然誤差。 雖然一次測量的隨機誤差沒有規(guī)律，不可預定，也不能用實驗的方法加以消除。但是，經過大量的重復測量可以發(fā)現，它是遵循某種統計規(guī)律的。因此，可以用概率統計的方法處理含有隨機誤差的數據，對隨機誤差的總體大小及分布做出估計，并采取適當措施減小隨機誤差對測量結果的影響。隨機誤差：絕對值和符號以不可預定的方式變化著的測量誤差。概念 粗大誤差粗大誤差性質：偶然出現，誤差很大，異常數據，與有用數據混 在一起原因：裝置誤差、使用誤差處理：判斷、剔除 (分離 /防止 )由檢測系統各組成環(huán)節(jié)發(fā)生異常和故障等引起指明顯超出統計規(guī)

37、律預期值的誤差。又稱為疏忽誤差、過失誤差或簡稱粗差。 由于該誤差很大，明顯歪曲了測量結果。故應按照一定的準則進行判別，將含有粗大誤差的測量數據（稱為壞值或異常值）予以剔除。概念三類誤差的關系及其對測得值的影響三類誤差的關系及其對測得值的影響 系統誤差和隨機誤差的定義是科學嚴謹，不能混淆的。但在測量實踐中，由于誤差劃分的人為性和條件性，使得他們并不是一成不變的，在一定條件下可以相互轉化。也就是說一個具體誤差究竟屬于哪一類，應根據所考察的實際問題和具體條件，經分析和實驗后確定。4、關于測量精度的幾個概念不同場合 - 檢測精度要求不同例：服裝裁剪（身長/胸圍）- 半厘米； 發(fā)動機活塞直徑 - 微米級

38、精度高 - 系統復雜 - 造價高定性概念定性概念：精度：精度測量結果與真值的吻合程度測量結果與真值的吻合程度- 系統誤差大小的反映 正確度：表征測量結果接近真值的程度 精密度：反映測量結果的分散程度（針對重復測量而言）- 表示隨機誤差的大小 準確度：表征測量結果與真值之間的一致程度- 系統誤差和隨機誤差的綜合反映 準確度（精度）在數值上一般多用相對誤差來表示，但不用百分數。如某一測量結果的相對誤差為0.001%，則其精度為10-5。 測量精度舉例不精密（隨機誤差大） 準確（系統誤差小） 精密（隨機誤差?。┎粶蚀_（系統誤差大）不精密（隨機誤差大）不準確（系統誤差大）精密（隨機誤差小）準確（系統誤

39、差?。? 確定測量誤差的方法1）逐項分析法要求具備與被測對象有關的專業(yè)知識 - 物理過程、數學手段對測量中可能產生的誤差進行分析、逐項計算出其值，并對其中主要項目按照誤差性質的不同，用不同的方法綜合成總的極限測量誤差2）實驗統計法利用實際測量數據估算 - 反映各種因素的實際綜合作用反映出各種誤差成分在總誤差中所占的比重產生誤差的主要原因 - 減小誤差應主要采取的措施應用數理統計的方法對在實際條件下所獲得的測量數據進行分析處理，確定其最可靠的測量結果和估算其測量誤差的極限適用： 一般測量 適用： 擬定測量方案 研究新的測量方法、設計新的測量裝置和系統 對測量方法和測量儀器的實際精度進行估算和校驗

40、3、粗大誤差的減少辦法和剔除準4、測量誤差的合成 3.4.23.4.2測量誤差的特征及測量誤差的特征及數據處理與評定數據處理與評定1）分布：正態(tài)分布（高斯分布） - 大多數；2）特點:3）隨機誤差的評定指標：）測量結果的處理（等精度測量）：1）直接測量誤差的合成2）間接測量誤差的合成 對稱性 有界性 抵償性 單峰性算術平均值 與殘余誤差標準偏差 與 標準不確定度極限誤差x1、系統誤差的發(fā)現與消除：修正值2、隨機誤差的分析處理1、系統誤差的發(fā)現與消除 優(yōu)化測量方法 - 避免出現系統誤差 - 防止系統誤差出現的最基本辦法 找出規(guī)律 - 確定修正值2）引入修正值進行校正3）檢測方法上消除或減小- 現

41、有儀器設備取得更好的效果（提高測量準確度）1）分析系統誤差產生的原因 - 已出現的系統誤差經過理論分析/專門的實驗研究 - 確定系統誤差的具體數值和變化規(guī)律- 確定修正值（溫度、濕度、頻率修正等）測量前 - 對可能產生的誤差因素進行分析，采取相應措施- 修正表格、修正曲線、修正公式 - 按規(guī)律校正- 實際測量中，采取有效的測量方法（1）定值系統誤差的發(fā)現：預先檢定法、標準量值代替法、反向補償法實驗對比法：改變測量條件（2）變值系統誤差的發(fā)現：殘余誤差觀察法1)系統誤差的發(fā)現2)系統誤差的消除（1）定值系統誤差的消除：P76誤差根除法誤差修正法抵消法對稱消除法半周期消除法修正值修正值( (cor

42、rection) 與誤差絕對值相等、符號相反的值，一般用c表示。 在測量儀器中，修正值常以表格、曲線或公式的形式給出。在自動測量儀器中，可將修正值編成程序存儲在儀器中，儀器輸出的是經過修正的測量結果。修正結果是將測得值加上修正值后的測量結果，這樣可提高測量準確度。 C、隨機誤差的分析處理、隨機誤差的分析處理 - - 統計方法統計方法 隨機誤差不可能被修正或消除，但可應用概率論與數理統計的方法，估計出隨機誤差的大小和規(guī)律，并設法減小其影響。隨機誤差的分布規(guī)律及其特征隨機誤差的分布規(guī)律及其特征 通過對大量的測試實驗數據進行統計后發(fā)現，隨機誤差通常服從正態(tài)分布規(guī)律(隨機誤差還存在其他規(guī)律的分布，如等

43、概率分布、三角分布、反正弦分布等)，其正態(tài)分布曲線如圖所示(橫坐標 表示隨機誤差，縱坐標y 表示隨機誤差的概率密度)。 對稱性 有界性 抵償性 單峰性 - 可正可負 - 絕對值相等的正負誤差出現 的機會相等 y() - 曲線對稱于縱軸 - 絕對值不會超過一定的范圍（一定的測量條件下）絕對值很大的誤差幾乎不出現 - 測量次數 n 時（相同條件下）全體隨機函數的代數和趨近于零01limniin - 絕對值小的誤差出現的機會多（概率密度大） =0 處隨機誤差概率密度有最大值由概率論理論可知，概率密度函數由概率論理論可知，概率密度函數(正態(tài)分布函數正態(tài)分布函數)可表示為可表示為dedfF22221)()