精密量測(cè)學(xué)-第二章-測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)概要.ppt

1,測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ),第二章,2,教學(xué)內(nèi)容,1.概述-測(cè)量的概念及基本要素;2.量值傳遞系統(tǒng)；3.測(cè)量方法和測(cè)量器具的選擇；4.測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理。,學(xué)習(xí)要求,1.了解測(cè)量的概念及量值傳遞系統(tǒng)；2.了解測(cè)量方法,掌握如何選擇測(cè)量器具；3.能進(jìn)行測(cè)量誤差的分析及數(shù)據(jù)處理。,3,2.1概述,測(cè)量的任務(wù)：確定物理量的數(shù)量特征。幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：檢驗(yàn)：判斷被測(cè)物理量是否合格的過(guò)程，不一定要得到其具體數(shù)值。測(cè)量：以確定量值為目的的全部操作過(guò)程。測(cè)試：具有試驗(yàn)研究性質(zhì)的測(cè)量。,4,測(cè)量,概念：以確定量值為目的的全部操作過(guò)程。即將被測(cè)量與具有計(jì)量單位的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定二者比值的實(shí)驗(yàn)認(rèn)知過(guò)程。L/E=qL=qE,被測(cè)量值,計(jì)量單位,測(cè)量四要素：1）被測(cè)對(duì)象,2）計(jì)量單位,3）測(cè)量方法,4）測(cè)量精度,如長(zhǎng)度、角度、形位公差等。,如長(zhǎng)度單位m、mm等。,指測(cè)量器具、測(cè)量原理、測(cè)量條件等。,測(cè)量結(jié)果與真值的接近程度。,5,1.基本計(jì)量單位的定義和計(jì)量基準(zhǔn),如米：“米是在光在真空中1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)過(guò)的距離”。,2.2量值傳遞,2.量值傳遞系統(tǒng),長(zhǎng)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(cè)量面：極為光滑、平整具有粘合性.,標(biāo)稱長(zhǎng)度,工作長(zhǎng)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(biāo)稱長(zhǎng)度5.5mm，其值印在上測(cè)量面的左側(cè)平面上；,標(biāo)稱長(zhǎng)度5.5mm，其值印在上測(cè)量面上。,7,2.量塊的用途,（1）作為長(zhǎng)度尺寸標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)物載體，將國(guó)家的長(zhǎng)度基準(zhǔn)按照一定的規(guī)范逐級(jí)傳遞到機(jī)械產(chǎn)品制造環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)量值統(tǒng)一。（2）作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度標(biāo)定量?jī)x，檢定量?jī)x的示值誤差。（3）相對(duì)測(cè)量時(shí)調(diào)整儀器零位，用測(cè)量器具比較量塊與被測(cè)尺寸的差值。（4）也可直接用于精密測(cè)量、精密劃線和精密機(jī)床的調(diào)整。,8,3.量塊的精度（分級(jí)）,按制造精度分6級(jí)，即00、0、k、1、2、3級(jí)。,3,2,1,k,0,00,-0+,L,假設(shè)代表制造精度,等級(jí)依次降低,L,按級(jí)使用以標(biāo)稱長(zhǎng)度L為工作長(zhǎng)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(zhǎng)度,La-檢定后給出的量塊中心長(zhǎng)度實(shí)際值。La：含測(cè)量誤差，不含制造誤差.,量塊按“等”使用測(cè)量精度比按“級(jí)”使用要高,量塊按“等”使用以標(biāo)稱長(zhǎng)度L為工作長(zhǎng)度；按“級(jí)”使用以實(shí)測(cè)中心長(zhǎng)La為工作長(zhǎng)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(yīng)盡量減少量塊數(shù)量，一般不超過(guò)5塊，以減少組合誤差；2.從所需尺寸的最后一位數(shù)開(kāi)始選取量塊，每選一塊應(yīng)至少減去最后一位尾數(shù)。,11,一.計(jì)量器具的分類,計(jì)量器具是測(cè)量?jī)x器和測(cè)量工具的總稱。1.標(biāo)準(zhǔn)量具：以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具。2.通用量具：可測(cè)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(cè)量某種特定參數(shù)的計(jì)量器具。,2.3計(jì)量器具和測(cè)量方法,20,9,5,量塊（單值量具）,千分尺（螺旋副式量?jī)x，多值量具）,百分表,帶表游標(biāo)卡尺,12,立式光學(xué)計(jì),萬(wàn)能工具顯微鏡,通用計(jì)量器具,13,專用計(jì)量器具,光滑塞規(guī),光滑環(huán)規(guī),14,二.計(jì)量器具的基本度量指標(biāo),度量指標(biāo)：是選擇和使用計(jì)量器具、研究和判斷測(cè)量方法正確性的依據(jù)，是表征計(jì)量器具的性能和功能的指標(biāo)?；局笜?biāo)主要有：1.刻線間距2.分度值（或分辨率）3.示值范圍4.測(cè)量范圍5.靈敏度,15,1.刻線間距（c）：測(cè)量器具標(biāo)尺或刻度盤(pán)上兩相鄰刻線中心線間的距離。2.分度值（i）：測(cè)量器具的標(biāo)尺上，相鄰兩刻線所代表的量值之差。分辨率：計(jì)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(cè)量器具所顯示或指示的最低值到最高值的范圍4.測(cè)量范圍：在允許不確定度內(nèi)，測(cè)量器具所能測(cè)量的被測(cè)量值的下限值至上限值的范圍。,16,5.靈敏度（s）：計(jì)量器具反映被測(cè)幾何量微小變化的能力。S=x/L=K當(dāng)量?jī)x刻度均勻時(shí)：S=K=c/i,被測(cè)參數(shù)的變化量,測(cè)量器具示值變化量,放大比,17,1、按實(shí)測(cè)幾何量是否為被測(cè)幾何量分類：直接測(cè)量被測(cè)幾何量的量值直接由計(jì)量器具讀出。間接測(cè)量被測(cè)幾何量的量值由實(shí)測(cè)幾何量的量值按一定的函數(shù)關(guān)系式求得。,三.測(cè)量方法的分類,通常按獲得測(cè)量結(jié)果的方式分類。,da,直接測(cè)量,用千分尺測(cè)量,間接測(cè)量,D=L2/4H+H先測(cè)L和H，再代入式求D。,“弦高法”測(cè)大尺寸圓柱體直徑,18,2、按讀數(shù)值是否為被測(cè)量的量值分類絕對(duì)測(cè)量從計(jì)量器具上直接讀到被測(cè)幾何量的量值。相對(duì)測(cè)量在計(jì)量器具上讀到的是被測(cè)量相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)量的偏差值。,3、按被測(cè)件表面與測(cè)量器具測(cè)頭是否有機(jī)械接觸分類接觸測(cè)量測(cè)量器具的測(cè)頭與零件被測(cè)表面接觸后有機(jī)械作用力的測(cè)量。非接觸測(cè)量測(cè)量器具的感應(yīng)元件與被測(cè)零件表面不直接接觸，因而不存在機(jī)械作用的測(cè)量力。,19,4、按零件上同時(shí)被測(cè)參數(shù)的多少分類單項(xiàng)測(cè)量單獨(dú)地、彼此沒(méi)有聯(lián)系地測(cè)量零件的單項(xiàng)參數(shù)。綜合測(cè)量檢測(cè)零件幾個(gè)相關(guān)參數(shù)的綜合效應(yīng)或綜合參數(shù)，從而綜合判斷零件的合格性。,5、按測(cè)量中測(cè)量因素是否變化分類等精度測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中，決定測(cè)量精度的全部因素或條件不變。不等精度測(cè)量在測(cè)量過(guò)程中，決定測(cè)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(dòng)測(cè)量、被動(dòng)測(cè)量，靜態(tài)測(cè)量、動(dòng)態(tài)測(cè)量。,20,一、測(cè)量誤差的基本概念,測(cè)量誤差（）：被測(cè)量測(cè)得值x與其真值Q的差值。即xQ（絕對(duì)誤差）測(cè)量極限誤差：真值Q落在測(cè)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(cè)量精度。,2.4測(cè)量誤差及數(shù)據(jù)處理,不同尺寸？,相對(duì)誤差r=Q100%rx100%r用于比較不同尺寸的測(cè)量精度。,21,二.測(cè)量誤差的分類（按測(cè)量誤差的性質(zhì)、規(guī)律及特點(diǎn)分）,在相同測(cè)量條件下，n次測(cè)取同一量值x，則可得：測(cè)量列n個(gè)測(cè)得值xi（i=1，2，3n）Xi中含測(cè)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(duì)值和符號(hào)均保持不變或按某一確定的規(guī)律變化的測(cè)量誤差。2）隨機(jī)誤差：絕對(duì)值大小和符號(hào)均以不可預(yù)知的方式變化的測(cè)量誤差。3）粗大誤差：明顯超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差。,22,三、測(cè)量精度,按隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的影響：1）精密度：反映測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響。2）正確度：反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響。3）精確度（準(zhǔn)確度）：反映測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的影響。,（誤差）,精密度高，正確度低（隨機(jī)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(jī)誤差大）,精確度高（系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差?。?測(cè)量誤差如何處理？,23,四.測(cè)量列中各類測(cè)量誤差的處理,測(cè)量結(jié)果：Q=x即Q在x和x+之間。按測(cè)量誤差的特性規(guī)律分：系統(tǒng)誤差隨機(jī)誤差殘余誤差,處理？,24,1.隨機(jī)誤差的處理,1）隨機(jī)誤差的分布及其特性：?jiǎn)畏逍詫?duì)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(jī)誤差出現(xiàn)的概率為99.73%,式中：y-概率密度e-自然對(duì)數(shù)底數(shù)-隨機(jī)誤差-標(biāo)準(zhǔn)偏差,lim=3：,單次測(cè)量的測(cè)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(jī)誤差的評(píng)定指標(biāo),a.算術(shù)平均值b.標(biāo)準(zhǔn)偏差測(cè)量列單次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差值：計(jì)算的三個(gè)條件：Q已知；N；無(wú)“系差”。,27,測(cè)量列單次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值：,Vi為“殘差”=xix,測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值：,（貝塞爾公式）,多次測(cè)量的測(cè)量結(jié)果：,Vi=0（N時(shí)）,28,3）隨機(jī)誤差的處理,計(jì)算測(cè)量列算術(shù)平均值計(jì)算測(cè)量列中單次測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值計(jì)算測(cè)量列算術(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值確定測(cè)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(shí)驗(yàn)對(duì)比法：改變測(cè)量條件，對(duì)同一幾何量測(cè)量，若兩者無(wú)差異則無(wú)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(cè)量順序觀察殘差，若殘差大體正負(fù)相間，無(wú)明顯變化規(guī)律，則無(wú)“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(duì)零位；量塊按“等”使用時(shí)可消除量塊的制造和磨損誤差。誤差修正法：預(yù)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(shí)際測(cè)得值上。（適用定值系差）,誤差抵消法：對(duì)變值系差，進(jìn)行兩頭測(cè)量，使兩次測(cè)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(cè)量結(jié)果的平均值作為測(cè)量結(jié)果。例：螺紋測(cè)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(dá)準(zhǔn)則（3準(zhǔn)則）：若Vi3則有粗大誤差的測(cè)量值。2）粗大誤差的處理：剔除。,32,五.等精度直接測(cè)量測(cè)量列的數(shù)據(jù)處理,步驟：（1）判斷系統(tǒng)誤差。檢查有無(wú)顯著的系統(tǒng)誤差，若有，測(cè)量前加以減小或消除，或在測(cè)量值中進(jìn)行修正。（2）求算術(shù)平均值、殘余誤差、標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值。（3）判斷粗大誤差若有予以剔除并重新進(jìn)行步驟（2），直至無(wú)粗大誤差為止。（4）計(jì)算測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值和測(cè)量極限誤差。（5）寫(xiě)出測(cè)量結(jié)果的表達(dá)式。,P21例題2-1,33,小結(jié),1.測(cè)量的概念及測(cè)量的四要素。四要素：被測(cè)對(duì)象、測(cè)量方法、計(jì)量單位、測(cè)量精度。2.量塊的使用。3.了解測(cè)量方法的分類。4.各種測(cè)量誤差的處理。,34,課堂練習(xí)題,試從8