土木專業(yè)建筑學(xué)幾何量測(cè)量基礎(chǔ)隨堂講義剖析PPT課件

1、/ =q=q2.測(cè)量過(guò)程四要素1) :為確定被測(cè)幾何量的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。第1頁(yè)/共82頁(yè)檢測(cè)是測(cè)量和檢驗(yàn)的統(tǒng)稱。測(cè)量：被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，得出其比值的全過(guò)程。檢驗(yàn)：只知道工件是否合格，而不知道具體的數(shù)值。 在檢測(cè)過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生或大或小的測(cè)量誤差，這將導(dǎo)致兩種誤判：誤收：是把不合格品誤認(rèn)為合格品而給予接收 。誤廢：是把合格品誤認(rèn)為廢品而給予報(bào)廢第2頁(yè)/共82頁(yè)1)被測(cè)對(duì)象-幾何量(以及的各幾何參數(shù)等。)2)計(jì)量單位 我國(guó)計(jì)量法明確規(guī)定，國(guó)家實(shí)行法定計(jì)量單位。 第3頁(yè)/共82頁(yè)我國(guó)法定計(jì)量單位的構(gòu)成：1. 國(guó)際單位制（SI）的基本單位(international system o

2、f units):m、kg、 s、A、mol、 K、cd）；2. SI輔助單位（2個(gè)平面角、立體角）；3. SI導(dǎo)出單位（米/秒、米2）；4. 國(guó)家選定的非SI單位（如分鐘、小時(shí)、天、噸）；5.由以上形式構(gòu)成的組合單位（如千米/小時(shí)）；6.由SI詞頭與由以上形式構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù) 單位。 第4頁(yè)/共82頁(yè) 單位和詞頭一律用正體。第5頁(yè)/共82頁(yè)3) 測(cè)量方法是指測(cè)量時(shí)所采用的和的綜合4) 測(cè)量精度指測(cè)得值與被測(cè)量真值的第6頁(yè)/共82頁(yè)一、長(zhǎng)度基準(zhǔn) 1983年第17屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上通過(guò)的米的定義是：1米等于光在真空中1/299792458秒的時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)過(guò)的距離。 米是自然基準(zhǔn)，米的定義

3、主要采用能輻射穩(wěn)定波長(zhǎng)的激光來(lái)復(fù)現(xiàn)。第7頁(yè)/共82頁(yè)二、長(zhǎng)度量值傳遞系統(tǒng) 國(guó)家基準(zhǔn)波長(zhǎng)工作基準(zhǔn)器激光光波干涉儀一等量塊二等量塊三等量塊四等量塊五等量塊比較測(cè)量法絕對(duì)測(cè)量法各種計(jì)量器具工作尺寸比較測(cè)量法比較測(cè)量法比較或直接測(cè)量法比較或直接測(cè)量法量值傳遞量值溯源第8頁(yè)/共82頁(yè)第9頁(yè)/共82頁(yè)材料：線膨脹系數(shù)小、性能穩(wěn) 定、耐磨、不易變形 4040.001量塊中心長(zhǎng)度的實(shí)際值量塊的標(biāo)稱長(zhǎng)度(=基本長(zhǎng)度)L上、下測(cè)量面極為光滑、平整，具有粘合性4040第10頁(yè)/共82頁(yè) 量塊的精度等級(jí) 量塊的: 按分為級(jí)。 LLa按級(jí)使用:L中含制造誤差:L- LaLLa按級(jí)使用:L中含制造誤差:L- La第11頁(yè)

4、/共82頁(yè) 量塊的量塊按檢定時(shí)的分為: 精度依次降低La-檢定后給出的量塊中心長(zhǎng)度的實(shí)際值. La中不含制造誤差，含測(cè)量誤差。LLa第12頁(yè)/共82頁(yè)量塊的組合使用 量塊具有，因此，可在一定的范圍內(nèi)將不同尺寸的量塊所需的工作尺寸83塊一套量塊的組成如下表：209.55 尺寸范圍尺寸范圍 (mm） 間隔（間隔（mm) 小計(jì)（塊）小計(jì)（塊） 1.011.49 0.01 49 1.51.9 0.1 5 2.09.5 0.5 16 10 10 1 / 1 0.5 / 1 1.005 / 1第13頁(yè)/共82頁(yè)1.005301.286.538.785第14頁(yè)/共82頁(yè)第15頁(yè)/共82頁(yè)n計(jì)量器具的分類（一

5、）量具（二）量規(guī)（三）計(jì)量?jī)x器1、機(jī)械式 2、光學(xué)式3、電動(dòng)式 4、氣動(dòng)式（四）計(jì)量裝置第16頁(yè)/共82頁(yè)第17頁(yè)/共82頁(yè)第18頁(yè)/共82頁(yè)誤差是測(cè)量?jī)x器本身各種誤差的綜合反映。因此，儀器示值范圍內(nèi)的不同工作點(diǎn)，示值誤差是不相同的。一般可用適當(dāng)精度的量塊或其它計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器，來(lái)檢定測(cè)量器具的示值誤差。第19頁(yè)/共82頁(yè)第20頁(yè)/共82頁(yè)第21頁(yè)/共82頁(yè)（1）：指被測(cè)幾何量的量值由計(jì)量器具讀出 D用千分尺測(cè)球直徑直接測(cè)量 1. 按是否為分類第22頁(yè)/共82頁(yè)HHSD42dHHSdSHSdD22412（2）：指欲測(cè)量的幾何量的量值由實(shí)測(cè)幾何量的量值按一定的關(guān)系式運(yùn)算后獲得第23頁(yè)/共82頁(yè)2.按是

6、否為被測(cè)幾何量的分類 1絕對(duì)測(cè)量：指計(jì)量器具顯示的示值即為被測(cè)幾何量的量值. 2相對(duì)測(cè)量：指計(jì)量器具顯示出被測(cè)幾何量相對(duì)于已知標(biāo)準(zhǔn)量的偏差，被測(cè)幾何量量值為已知標(biāo)準(zhǔn)量與該偏差的代數(shù)和第24頁(yè)/共82頁(yè) 3.按測(cè)量時(shí)與計(jì)量器具的是否接觸分類 接觸測(cè)量：指測(cè)量時(shí)計(jì)量器具的測(cè)頭與被測(cè)表面接觸，并有機(jī)械作用的測(cè)量力非接觸測(cè)量：指測(cè)量時(shí)計(jì)量器具的測(cè)頭不與被測(cè)表面接觸 第25頁(yè)/共82頁(yè) 單項(xiàng)測(cè)量：指分別對(duì)工件上的各被測(cè)幾何量進(jìn)行 獨(dú)立測(cè)量。綜合測(cè)量：指同時(shí)測(cè)量工件上幾個(gè)相關(guān)幾何量的綜合效應(yīng)，以判斷綜合結(jié)果是否合格。第26頁(yè)/共82頁(yè)一、 測(cè)量誤差的基本概念 測(cè)量誤差- 測(cè)得值與被測(cè)量真值的差異。 測(cè)量誤

7、差分為絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差1.絕對(duì)誤差是指被測(cè)幾何量的測(cè)得值與其真值之差，即 =x-x0 絕對(duì)誤差 x 測(cè)得值 x0 真值 第27頁(yè)/共82頁(yè)2.相對(duì)誤差是絕對(duì)誤差（取絕對(duì)值）與其真值之比，由于被測(cè)幾何量的真值無(wú)法得到，在實(shí)際應(yīng)用中常一被測(cè)幾何量的測(cè)得值代替真值進(jìn)行估算，即0100%100%fxx第28頁(yè)/共82頁(yè)例：用兩種方法測(cè)量真值為L(zhǎng)1=40mm、L2=80mm的長(zhǎng)度，測(cè)得值分別為40.004mm和80.006mm。試評(píng)定兩種方法測(cè)量精度的高低。第29頁(yè)/共82頁(yè)二、測(cè)量誤差的來(lái)源1. 計(jì)量器具的誤差2. 方法誤差3. 與主客觀因素有關(guān)的誤差（環(huán)境、人員）StgLL)cos1 (L221L

8、 第30頁(yè)/共82頁(yè)測(cè)量的基本原則阿貝測(cè)長(zhǎng)原則最小變形原則基準(zhǔn)統(tǒng)一原則最短測(cè)量鏈原則重復(fù)原則閉合原則第31頁(yè)/共82頁(yè)影響測(cè)量精度的因素測(cè)量人員第32頁(yè)/共82頁(yè)第33頁(yè)/共82頁(yè)螺旋副類量?jī)x普通外徑千分尺高度千分尺厚度外徑千分尺第34頁(yè)/共82頁(yè)機(jī)械類量?jī)x 機(jī)械類量?jī)x是利用機(jī)械結(jié)構(gòu)將直線位移經(jīng)傳動(dòng)、放大后、通過(guò)讀數(shù)裝置表示出來(lái)的一種測(cè)量器具。主要有杠桿變換、齒輪變換和彈簧變換。第35頁(yè)/共82頁(yè)光學(xué)類量?jī)x 第36頁(yè)/共82頁(yè)氣動(dòng)類量?jī)x 第37頁(yè)/共82頁(yè)電學(xué)類量?jī)x電感測(cè)量頭軸向式傳感器電子塞規(guī)卡規(guī)第38頁(yè)/共82頁(yè)電學(xué)類量?jī)x第39頁(yè)/共82頁(yè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)第40頁(yè)/共82頁(yè)CHXY系列單臂三維

9、測(cè)量劃線儀 第41頁(yè)/共82頁(yè)三、測(cè)量誤差的分類 系統(tǒng)誤差測(cè)量誤差按其性質(zhì)可分為： 隨機(jī)誤差 粗大誤差第42頁(yè)/共82頁(yè)1.系統(tǒng)誤差：在相同測(cè)量條件下，多次測(cè)取同一量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)均保持不變，或誤差的絕對(duì)值和符號(hào)按某一規(guī)律變化.n定值系統(tǒng)誤差0變值系統(tǒng)誤差第43頁(yè)/共82頁(yè)2、隨機(jī)誤差：在相同的測(cè)量條件下，多次測(cè)取同一量值時(shí)，誤差的絕對(duì)值和符號(hào)以不可預(yù)定的方式變化著的測(cè)量誤差。如溫度的波動(dòng)、測(cè)量力的不恒定等。 隨機(jī)誤差n0第44頁(yè)/共82頁(yè)n3.粗大誤差：粗大誤差是指在超出規(guī)定條件下預(yù)計(jì)的測(cè)量誤差，即對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生明顯歪曲的測(cè)量誤差。按一定的判別準(zhǔn)則予以剔除。粗大誤差粗大誤差0第45

10、頁(yè)/共82頁(yè)四、測(cè)量精度的分類測(cè)量精度-被測(cè)幾何量的測(cè)得值和其真值的接近程度。測(cè)量精度可分為：正確度、精密度、準(zhǔn)確度。1.精密度：反映測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度。2.正確度：反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度。3.準(zhǔn)確度（精確度）：反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的綜合影響程度。 第46頁(yè)/共82頁(yè)精密度高(隨機(jī)誤差小)準(zhǔn)確度高(系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差小)準(zhǔn)確度低(系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差大)正確度高(系統(tǒng)誤差小)第47頁(yè)/共82頁(yè)測(cè)量結(jié)果: x即 x在 - +之間按測(cè)量誤差的特性規(guī)律分類隨機(jī)誤差的處理系統(tǒng)誤差的處理粗大誤差的處理第48頁(yè)/共82頁(yè)測(cè)量誤差的處理第49頁(yè)/共82頁(yè)一、測(cè)量列中隨機(jī)誤差的處

11、理第50頁(yè)/共82頁(yè) 用立式光學(xué)比較儀，對(duì)一光滑圓柱的直徑，重復(fù)進(jìn)行測(cè)量200次，并設(shè)被測(cè)量的真值為20.000mm。尺寸分組區(qū)間 mm組號(hào)區(qū)間中心值 mm每組出現(xiàn)的次數(shù)（頻數(shù)n i）頻率（n i / n）19.99019.99219.99219.99419.99419.99619.99619.99819.99820.00020.00020.00220.00220.00420.00420.00620.00620.00820.00820.01020.01020.012123456789101119.99119.99319.99519.99719.99920.00120.00320.00520.0

12、0720.00920.0112410243745392312310.010.020.050.12 0.185 0.225 0.195 0.1150.06 0.015 0.005第51頁(yè)/共82頁(yè)x = 20.000 實(shí)際分布曲線19.99120.0070.2250.120.01ni/nxi第52頁(yè)/共82頁(yè)0ni /n0n第53頁(yè)/共82頁(yè)22212nn22/212y=e第54頁(yè)/共82頁(yè)y-3 0.135%0 +3 0.135% -+ 全部隨機(jī)誤差的概率之和為1, 即, 隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率: 68.26%, 隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率: 100% 2, 隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率: 95.44% 3, 隨機(jī)

13、誤差出現(xiàn)的概率: 99.73%第55頁(yè)/共82頁(yè) 3 置信概率: 99.73%例：某次測(cè)量的測(cè)得值為40.002mm，若已知標(biāo)準(zhǔn)偏差=0.0003mm，置信概率取 99.73%，寫出其測(cè)量結(jié)果:xe = xi 3 =40.002 0.001mm第56頁(yè)/共82頁(yè) 測(cè)量列中隨機(jī)誤差的處理步驟若測(cè)量列為x1、x2、xn，則算術(shù)平均值為（1）測(cè)量列的算術(shù)平均值nx1ii 1nx x第57頁(yè)/共82頁(yè)（2）計(jì)算殘差= xi -ivx殘差具有下述兩個(gè)特性：1）殘差的代數(shù)和等于零，2）殘差的平方和為最小 。0iv 第58頁(yè)/共82頁(yè)（3）估算測(cè)量列中單次測(cè)量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差： =i 12i11nvnlim 3

14、 第59頁(yè)/共82頁(yè)（3）計(jì)算測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差 標(biāo)準(zhǔn)偏差代表一組測(cè)得值中任一測(cè)得值的精密程度，但在多次重復(fù)測(cè)量中是以算術(shù)平均值作為測(cè)量結(jié)果的。測(cè)量列算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差用下式計(jì)算：xn則算術(shù)平均值的極限誤差為：lim3xx limxxx3exx第60頁(yè)/共82頁(yè)例題： 在立式光學(xué)比較儀上，對(duì)某軸同一部位進(jìn)行等精度測(cè)量10次，消除系統(tǒng)誤差和粗大誤差后，按測(cè)量順序記錄測(cè)得值xi（單位mm）為：25.0360，25.0365，25.0362，25.0364，25.0367，25.0363，25.0366，25.0363，25.0366，25.0364。（1）求軸這一部位的算術(shù)平均值；（2）

15、求表示測(cè)量系列值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；（3）求表示算術(shù)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差與極限誤差；（4）寫出最后測(cè)量結(jié)果。第61頁(yè)/共82頁(yè)測(cè)量序號(hào)測(cè)量序號(hào)測(cè)得值測(cè)得值xi(mm)xi(mm)殘差殘差vi(um)vi(um)殘差的平方殘差的平方 vi2 vi2 1 125.03625.036-0.4-0.40.160.162 225.036525.03650.10.10.010.013 325.036225.0362-0.2-0.20.040.044 425.036425.03640 00 05 525.036725.03670.30.30.090.096 625.036325.0363-0.1-0.10.010.01

16、7 725.036625.03660.20.20.040.048 825.036325.0363-0.1-0.10.010.019 925.036625.03660.20.20.040.04101025.036425.03640 00 0i 12i110.21nvnlim(x) 3 0.21x ii 125.0364nxx0.07xn第62頁(yè)/共82頁(yè) 二、測(cè)量列中系統(tǒng)誤差的處理1.發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差的方法i.實(shí)驗(yàn)對(duì)比法-指改變產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的測(cè)量條件而進(jìn)行不同測(cè)量條件下的測(cè)量，以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差，適用于定值系統(tǒng)誤差。第63頁(yè)/共82頁(yè) vnvvnn第64頁(yè)/共82頁(yè)2. 系統(tǒng)誤差的消除方法第65頁(yè)/共8

17、2頁(yè)第66頁(yè)/共82頁(yè)第67頁(yè)/共82頁(yè)三、測(cè)量列中粗大誤差的處理 1.粗大誤差特點(diǎn)：超出預(yù)計(jì)，較明顯。2.粗大誤差的處理：一旦發(fā)現(xiàn)可剔除含粗 的測(cè)得值 xi ，從而消除粗.粗大誤差n粗大誤差第68頁(yè)/共82頁(yè)第69頁(yè)/共82頁(yè)第70頁(yè)/共82頁(yè)例題：對(duì)某軸一徑d進(jìn)行等精度測(cè)量15次，按測(cè)量順序?qū)⒏鳒y(cè)得值依次列于表中，試求測(cè)量結(jié)果。測(cè)量序號(hào)測(cè)量序號(hào)測(cè)得值測(cè)得值xi(mm) 殘差殘差vi(um) 殘差的平方殘差的平方 vi2 12345678910111213141524.95924.95524.95824.95724.958.24.95624.95724.95824.95524.95724.9

18、5924.95524.95624.95724.958+2-2+10+1-10+1-20+2-2-10+1441011014044101第71頁(yè)/共82頁(yè)解判斷定值系統(tǒng)誤差 假設(shè)計(jì)量器具已經(jīng)檢定、測(cè)量環(huán)境得到有效控制，可認(rèn)為測(cè)量列中不存在定值系統(tǒng)誤差。 求測(cè)量列算術(shù)平均值mmNxxNii957241.第72頁(yè)/共82頁(yè)1 =+2 2 =-2 3 =+1 4 =0 5 =+1 6 =-1 7 =0 8 =+1 9 =-2 10 =0 11 =+2 12 =-2 13 =-1 14 =0 15 =+1計(jì)算殘差（m）xxii第73頁(yè)/共82頁(yè)測(cè)量序號(hào)測(cè)量序號(hào)測(cè)得值測(cè)得值xi(mm) 殘差殘差vi(um) 殘差的平方殘差的平方 vi2 12345678910111213141524.95924.95524.95824.95724.958.24.95624.95724.95824.95524.95724.95924.95524.956