1測量的基礎(chǔ)知識

1、第一篇 機械工程測量技術(shù)基礎(chǔ)第一章 測量的基礎(chǔ)知識11.思考一個問題： 為什么要測量？汽車乘坐舒適性的臺架試驗 2測量中獲取的信息是人們認識客觀事物內(nèi)在規(guī)律、研究事物之間的相互關(guān)系、預(yù)測未來發(fā)展的依據(jù)。2.測量的作用3主要內(nèi)容1.1 量和測量1.2 測量方式和方法1.3 測量誤差1.4 測量器具的誤差1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達方式1.6 間接測量結(jié)果的綜合1.7 小結(jié)4一、量和量綱量是指現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。不同類的量彼此可以定性區(qū)別，如長度與質(zhì)量是不同類的量。 1.量值（1）表示：數(shù)值*單位（2）作用：定量地表達被測對象相應(yīng)屬性的大?。?）舉例：3.4m1

2、.1 量和測量5一、量和量綱2.基本量和導(dǎo)出量（1）基本量：長度、質(zhì)量、時間、溫度、電流、發(fā)光強度、物質(zhì)的量。（2）導(dǎo)出量：定量地表達被測對象相應(yīng)屬性的大?。?）基本量與導(dǎo)出量的關(guān)系 基本量是獨立的，導(dǎo)出量則是由基本量按一定函數(shù)關(guān)系來定義的。1.1 量和測量6一、量和量綱3.量綱和量綱法則 “量綱”代表一個實體(被測量)的確定特征，而量綱單位則是該實體的量化基礎(chǔ)。例如，長度是一個量綱，而厘米則是長度的一個單位；時間是一個量綱，而秒則是時間的一個單位。七個基本量的量綱：L、M、T、I、N、J “量綱法則”任何一個量與其他量之間的關(guān)系中，等號兩側(cè)的的量綱應(yīng)當(dāng)相同。1.1 量和測量7二、法定計量單位

3、1基本單位 根據(jù)國際單位制(SI)，七個基本量的單位分別是：長度米(Metre)、質(zhì)量千克(Kilogram)、時間秒(Second)、溫度開爾文(Kelvn)、電流安培(Ampere)、發(fā)光強度坎德拉(Candela)、物質(zhì)的量摩爾(mol)。 它們的單位代號分別為：米(m)、千克(kg)、秒(s)、開(K)、安(A)、坎(cd)、摩(mol)。2輔助單位 在國際單位制中，平面角的單位弧度和立體角的單位球面度未歸入基本單位或?qū)С鰡挝?，而稱之為輔助單位。輔助單位既可以作為基本單位使用，又可以作為導(dǎo)出單位使用。 3導(dǎo)出單位 在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關(guān)系，由基本單位和輔助單位

4、以相乘或相除的形式所構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位。1.1 量和測量8三、測量、計量、測試 測量：以確定被測對象的量值為目的而進行的實驗過程。 計量：如果測量涉及實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠則被稱為計量。研究測量、保證測量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的科學(xué)被稱為計量學(xué)。計量一詞只用做某些專門術(shù)語的限定語，如計量單位、計量管理、計量標(biāo)準(zhǔn)等。所組成的新術(shù)語都與單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠有關(guān)。 測試：指具有試驗性質(zhì)的測量，或測量和試驗的綜合。 一個完整的測量過程必定涉及到被測對象、計量單位、測量方法和測量誤差。它們被稱為測量四要素。1.1 量和測量9四、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)：是用來保存、復(fù)現(xiàn)計量單位的計量器具。它是具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達

5、到的最高準(zhǔn)確度的計量器具?；鶞?zhǔn)通常分為國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)三種等級。它們所處的位置是逐級降低的。 計量標(biāo)準(zhǔn)：是指用于檢定工作計量器具的計量器具。工作計量器具是指用于現(xiàn)場測量而不用于檢定工作的計量器具。一般測量工作中使用的絕大部分就是這一類計量器具。1.1 量和測量10五、量值的傳遞和計量器具的檢定量值傳遞：通過對計量器具實施檢定或校準(zhǔn)，將國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計量單位量值經(jīng)過各級計量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計量器具，以保證被測對象量值的準(zhǔn)確和一致。計量器具檢定：是指為評定計量器具的計量特性，確定其是否符合法定要求所進行的全部工作。所有的計量器具都必須實施相應(yīng)的檢定。1.1 量和測量11六、小結(jié)1.幾個概

6、念量、量綱；測量、計量、測試；基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)基本量；基本單位；2.量綱法則1.1 量和測量12一、測量方法分類1.直接測量和間接測量（1）直接測量：直接將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進行比較1.2 測量方法和測量裝置標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計量單位（如米尺、光柵尺、激光、） 絕對測量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸） 相對測量13一、測量方法分類1.直接測量和間接測量1.2 測量方法和測量裝置14一、測量方法分類1.直接測量和間接測量（2）間接測量： 測量與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測量由計算獲得。1.2 測量方法和測量裝置15一、測量方法分類2.直接比較測量和替代測量3.接觸測量和非接觸測量1.2 測量方法和測量裝置16二、

7、測量裝置及有關(guān)術(shù)語 測量裝置(測量系統(tǒng))是指為了確定被測量值所必需的器具和輔助設(shè)備的總體。1傳感器 它是直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。2測量變換器 提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的測量器件。顯然，當(dāng)測量變換器的輸入量為被測量時，該測量變換器實際上就是傳感器；反過來，傳感器也就是第一級的測量變換器。當(dāng)測量變換器的輸出量為標(biāo)準(zhǔn)信號時，它就被稱為變送器。在自動控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到變送器。3檢測器 用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。在某些情況下，只有當(dāng)量值達到規(guī)定的閾值時才有指示?；瘜W(xué)試紙就是一種檢測器。1.2 測量方法和測量裝置17二、測量

8、裝置及有關(guān)術(shù)語4測量器具的示值 由測量器具所指示的被測量值。示值用被測量的單位表示。5準(zhǔn)確度等級 用來表示測量器具的等級或級別。每一等級的測量器具都有相應(yīng)的計量要求，用來保持其誤差在規(guī)定極限以內(nèi)。6.標(biāo)稱范圍 也稱為示值范圍。測量器具標(biāo)尺范圍所對應(yīng)的被測量示值的范圍。例如溫度計的標(biāo)尺范圍的起點示值為一30，終點示值為+20，其標(biāo)稱范圍即為一30+20。7量程 標(biāo)稱范圍的上下限之差的模。上例的量程就是50。8測量范圍 在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下，測量器具所能測量的被測量值的范圍。9漂移 測量器具的計量特性隨時間的慢變化。1.2 測量方法和測量裝置18三、小結(jié)1.測量方式分類（1）直接

9、測量與間接測量（2）直接比較測量和替代測量（3）接觸測量和非接觸測量2.測量裝置及有關(guān)的術(shù)語傳感器1.2 測量方法和測量裝置191.3 測量誤差一、測量誤差的定義：測量誤差 = 測得值 - 真值客觀真實值（未知） 約定真值：世界各國公認的幾何量和物理量的最高基準(zhǔn)的量值如：米 - 公制長度基準(zhǔn)測量所得數(shù)據(jù)與其相應(yīng)的真值之差- 1）絕對誤差x = x x0 理論真值：設(shè)計時給定或用數(shù)學(xué)、物理公式計算出的給定值光在真空中1s時間內(nèi)傳播距離的1/29979248520二、誤差的分類1.按誤差來源：裝置誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差2.按特性規(guī)律：系統(tǒng)誤差、隨機誤差、粗大誤差 系統(tǒng)誤差由特定原因引起

10、、具有一定因果關(guān)系并按確定規(guī)律產(chǎn)生 - 有規(guī)律可循裝置、環(huán)境、動力源變化、人為因素再現(xiàn)性 - 偏差（Deviation）理論分析/實驗驗證 - 原因和規(guī)律 - 減少/消除1.3 測量誤差21二、誤差的分類 隨機誤差因許多不確定性因素而隨機發(fā)生偶然性（不明確、無規(guī)律）概率和統(tǒng)計性處理（無法消除/修正） 粗大誤差檢測系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)發(fā)生異常和故障等引起分離 - 防止 1.3 測量誤差22三、誤差表示的方法1.絕對誤差：測量某量所得值與其真值（約定真值）之差。 2.相對誤差：絕對誤差與約定真值之比。用百分數(shù)表示。 相對誤差越小，測量精度越高。 3.引用誤差：裝置示值絕對誤差與裝置量程之比。 4.分貝誤

11、差： 分貝誤差=20lg(測量結(jié)果真值)1.3 測量誤差23三、誤差表示的方法4、練習(xí)測量上限為100克的電子秤，秤重60克的標(biāo)準(zhǔn)重量時，其示值為60.2克，則該測量點的引用誤差為：（60.2-60）100=0.2%1.3 測量誤差24四、測量精度與不確定度1.精度：測量結(jié)果與真值吻合程度定性概念a）精密度.precisionaccuracyb）正確度c）準(zhǔn)確度1.3 測量誤差25四、測量精度與不確定度 精度等級：用來表達裝置在符合一定的計量要求情況下，能保持其誤差在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。 工程上常采用引用誤差作為判斷精度等級的尺度。以允許引用誤差值作為精度級別的代號。工業(yè)儀表常見的精度等級有0.

12、1級，0.2級，0.5級，1.0級，1.5級，2.0級，2.5級，5.0級。 精密度和精確度等級為1.0的儀表，在使用時它的最大引用誤差不超過1.0，也就是說，在整個量程內(nèi)它的絕對誤差最大值不會超過其量程的1。 在具體測量某個量值時，相對誤差可以根據(jù)精度等級所確定的最大絕對誤差和儀表指示值進行計算。1.3 測量誤差26四、測量精度與不確定度精度等級已知的測量儀表只有在被測量值接近滿量程時，才能發(fā)揮它的測量精度。使用測量儀表時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被測量的大小和測量精度要求，合理地選擇儀表量程和精度等級，只有這樣才能提高測量精度。同學(xué)們，記住吧！1.3 測量誤差271.3 測量誤差2.不確定度 ：意味著對測

13、量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個參數(shù)。 所得的被測量值具有分散性，即每次測得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個區(qū)域內(nèi)的許多個值。 測量不確定度就是說明被測量之值分散性的參數(shù)，它不說明測量結(jié)果是否接近真值。 測量不確定度用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，這時稱其為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。 四、測量精度與不確定度28五、小結(jié)1.測量誤差定義2.誤差的分類3.誤差的表示方法4.測量精度與不確定度1.3 測量誤差29一、常用術(shù)語1測量儀器的示值誤差 它是指測量器具的示值與被測量真值(約定真值)之差。例如電壓表的示值Vi為30V，而電壓實際值K為30.5V，則電壓表的示值誤差等于

14、-0.5V。2基本誤差 指測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差，也稱為固有誤差。3允許誤差 指技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程等對測量儀器所規(guī)定的允許的誤差極限值。4測量器具的準(zhǔn)確度 指測量器具給出接近于被測量真值的示值的能力。1.4 測量器具的誤差30一、常用術(shù)語5測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差 測量器具的重復(fù)性是指在規(guī)定的使用條件下，測量器具重復(fù)接收相同的輸入，測量器具給出非常相似輸出的能力。測量器具的重復(fù)性誤差就是測量器具造成的隨機誤差分量。6回程誤差 也稱為滯后誤差，是指在相同條件下，被測量值不變，測量器具行程方向不同時，其示值之差的絕對值。7誤差曲線 表示測量器具誤差與被測量之間的函數(shù)關(guān)系的曲線。8校準(zhǔn)

15、曲線 表示被測量的實際值與測量器具示值之間函數(shù)關(guān)系的曲線。1.4 測量器具的誤差31二、小結(jié)熟悉常用術(shù)語1.測量儀器的示值誤差2.基本誤差3.允許誤差4.測量器具的準(zhǔn)確度5.測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差6.回程誤差7.誤差曲線8.校準(zhǔn)曲線1.4 測量器具的誤差32一、概率統(tǒng)計學(xué)的有關(guān)概念1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達方式 33二、測量數(shù)據(jù)的概率分布 1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達方式 由于測量數(shù)據(jù)分布情況復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過消除系統(tǒng)誤差、正態(tài)性檢驗和剔除含有粗大誤差的數(shù)據(jù)這三個步驟后，數(shù)據(jù)才可作進一步的處理。這樣處理后也才能得到可信的結(jié)果。34三、測量結(jié)果的表達方式1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量