第3章 测量技术基础1.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,测量技术基础,（时间：,2,次课，,4,学时）,第,3,章 测量技术基础,本章要点及学习指导,(1),测量过程四要素：被测对象、测量单位、测量方法和测量精度。,(2),两个测量原则：阿贝比长原则和圆周封闭原则。,(3),量块的“等”和“级”。,(4),计量器具的主要度量指标。,(5),产生测量误差的原因。,(6),系统误差的产生原因、发现和消除方法。,(7),随机误差的特性和处理方法。,(8),粗大误差的评定准则。,(9),间接测量误差的计算与处理。,(10),测量结果的表达式。,第,3,章 测量技术基础,3.1,概述,3.2,测量误差及数据处理,3.3,习题与练习,3.1,概述,3.1.1,测量与检验的概念,3.1.2,计量单位与长度基准,3.1.3,长度量值传递系统,3.1.4,量块及其应用,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,3.1,概述,本节介绍测量几何量方面的基础知识，包括测量与检验的概念，计量单位与长度基准，长度量值传递系统以及在生产实际中的标准量具,量块及其应用。,3.1.1,测量与检验的概念,完工零件的几何精度是否满足设计时所规定的要求，需要经过测量或检验。,测量是指为确定被测量的量值而进行的实验过程，即将被测的量,L,与复现计量单位的标准量,E,进行比较，从而确定两者比值的过程。被测量的量值可表示为,L,=,q,E,(3-1),检验是指判断被测量是否合格的实验过程。,任何一个完整的测量过程必须有被测对象和所采用的计量单位，同时要采用与被测对象相适应的测量方法，并使测量结果达到所要求的测量精度。因此，测量过程应包括被测对象、计量单位、测量方法和测量精度等四个要素。,3.1.2,计量单位与长度基准,1.,计量单位,为了保证计量的准确度，首先需要建立统一、可靠的计量单位。,1984,年国务院颁布了,关于在我国统一实行法定计量单位的命令,，在采用国际单位制的基础上，规定我国计量单位一律采用,中华人民共和国法定计量单位,，其中规定“米”,(m),为长度的基本单位。机械制造中常用的长度单位为毫米,(mm),。,2.,长度基准,在国际单位制中，长度的基本单位是米,(m),，那么，多长为,1,米,(m),呢？显然必须严格定义并用实物来复现和保存它。定义、复现及保存长度单位并通过它传递给其他测量器具的物体就叫做长度基准。,3.1.3,长度量值传递系统,在工程上，一般不能直接按照米的定义用光波来测量零件的几何参数，而是采用各种计量器具。为了保证量值的准确和统一，必须建立由光波基准到被测工件尺寸,(,或工程技术中应用的刻线尺,),的量值传递系统。,我国长度量值传递的主要标准器是量块和线纹尺，其传递系统如图,3.1,所示。,3.1.3,长度量值传递系统,图,3.1,长度量值传递系统,3.1.4,量块及其应用,量块又称块规，它是端面量具，多用铬锰钢制成，具有尺寸稳定，不易变形和耐磨性好等特点。量块的用途广泛，除作为标准器具进行长度量值的传递外，还可用来调整仪器、机床和其他设备，也可以用来直接测量零件。,量块通常制成长方形六面体，如图,2.2(a),所示。其中两个表面光洁且平面度误差很小的平行平面，称为测量面或工作面。量块的精度极高，但是两个工作面也不是绝对平行的。因此，量块的尺寸规定为：把量块的一个工作面研合在平晶的工作平面上，另一个工作面的中心到平晶平面的垂直距离称为量块尺寸，如图,2.2(b),所示。量块上表示出尺寸称为量块的标称尺寸。标称尺寸,(,即名义尺寸,)6mm,的量块，有数字的一面为上测量面。,6mm,的量块，有数字面的右侧面为上测量面。,3.1.4,量块及其应用,为了满足不同生产的要求，量块按其制造精度分为,00,、,0,、,K,、,1,、,2,、,3,级。其中,00,级精度最高，,3,级精度最低，,K,级为校准级。按级使用时各级量块的标称长度偏差,(,极限偏差,),和长度变动量的允许值见表,3.1,。,量块按其检定精度分,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,等。其中,1,等精度最高，,6,等精度最低。各量块长度测量的不确定度允许值和长度变动量的允许值见表,3.2,。,为了能用较少的块数组合成所需要的尺寸，量块按一定的尺寸系列成套生产。,GB/T 60932001,中规定的量块系列有,91,块、,83,块、,46,块、,38,块、,10,块等,17,套，见表,3.3,。,3.1.4,量块及其应用,图,3.2,量块的形状与尺寸,3.1.4,量块及其应用,表,3.1,各级量块的精度指标,(,摘自,GB/T 60932001),3.1.4,量块及其应用,表,3.2,各等量块的精度指标,(,摘自,JJG 1461994),3.1.4,量块及其应用,表,3.3,成套量块的尺寸,(,摘自,GB/T 60932001),3.1.4,量块及其应用,表,3.3,成套量块的尺寸,(,摘自,GB/T 60932001),续表,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,1.,计量器具的分类,计量器具按其测量原理、结构特点和用途可分为以下几类。,1),基准量具,基准量具是用来调整和校对一些计量器具或作为标准尺寸进行比较测量的器具。它又分为：,(1),定值基准量具，如量块、角度块等。,(2),变值基准量具，如线纹尺等。,2),极限量规,极限量规是一种没有刻度的用于检验零件的尺寸和形位误差的专用计量器具。它只能用来判断被测几何量是否合格，而不能得到被测几何量的具体数值。如光滑极限量规、位置和螺纹量规等。,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,3),检验夹具,检验夹具也是一种专用计量器具，它与有关计量器具配合使用，可以方便、快速地测得零件的多个几何参数。如检验滚动轴承的专用检验夹具可同时测得内、外圈尺寸和径向与端面圆跳动误差等。,4),通用计量器具,通用计量器具是指能将被测几何量的量值转换成可直接观测的指示值或等效信息的器具。,5),微机化量仪,微机化量仪是指在微机系统控制下，可实现数据的自动采集、自动处理、自动显示和打印测量结果的机电一体化量仪。如计算机圆度仪、计算机形位误差测量仪和计算机表面粗糙度测量仪等。,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,2.,计量器具的技术性能指标,1),刻度间距,刻度间距是指刻度尺或刻度盘上相邻两刻线中心线间的距离。为便于目力估读一个分度值的小数部分。一般将刻度间距取为,1,2.5mm,。,2),分度值,分度值又称刻度值，它是指刻度尺或刻度盘上每一刻度间距所代表的量值。几何量计量器具的常用分度值有,0.1mm,，,0.05mm,，,0.02 mm,，,0.0lmm,，,0.002mm,和,0.001mm,。,3),示值范围,示值范围是指由计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。例如，机械比较仪的示值范围是,0.1mm,。,4),测量范围,测量范围是指在允许误差限内计量器具所能测量的最小和最大被测量值的范围。例如，某一千分尺的测量范围是,50,75mm,。,5),灵敏度和放大比,灵敏度是指计量器具对被测量变化的反映能力。,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,6),灵敏限,灵敏限是指引起计量器具示值可察觉变化的被测量的最小变化值。它表示量仪反映被测量微小变化的能力。,7),测量力,测量力是指在测量过程中，计量器具与被测表面之间的接触力。在接触测量时，测量力可保证接触可靠，但过大的测量力会使量仪和被测零件变形和磨损，而测量力的变化会使示值不稳定，影响测量精度。,8),示值误差,示值误差是指测量仪器的示值与被测量真值之差。,9),示值变动,示值变动是指在测量条件不变的情况下，对同一被测量进行多次重复测量,(,一般,5,10,次,),时，各测得值的最大差值。,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,10),回程误差,回程误差是指在相同条件下，对同一被测量进行往返两个方向测量时，测量示值的变化范围。,11),修正值,修正值是指为了消除或减少系统误差，用代数法加到未修正测量结果上的数值。修正值等于示值误差的负值。例如，若示值误差为,-0.003mm,，则修正值为,+0.003mm,。,12),测量不确定度,测量不确定度是指由于测量误差的影响而使测量结果不能肯定的程度。不确定度用误差界限表示。,3.1.5,计量器具和测量方法的分类,3.,测量方法的种类及其特点,测量方法是指测量原理、测量器具、测量条件的总和。但在实际工作中，往往从获得测量结果的方式来划分测量方法的种类。,1),按计量器具的示值是否是被测量的全值，可分为绝对测量和相对测量。,2),按实测之量是否是被测之量，可分为直接测量和间接测量。,3),按零件上是否同时测量多个被测量，分为单项测量和综合测量。,4),按被测工件表面与计量器具的测头之间是否接触，可分为接触测量和非接触测量。,5),按测量结果对工艺过程所起的作用，可分为被动测量和主动测量。,6),按被测零件在测量中所处的状态，可分为静态测量和动态测量。,3.2,测量误差及数据处理,3.2.1,概述,3.2.2,各类测量误差及其数据处理,3.2.3,测量精度的分类,3.2.4,测量列的数据处理,3.2,测量误差及数据处理,本节介绍测量误差的基本概念，测量误差产生的原因，测量误差的特性及分类，测量误差的数据处理方法及如何获得测量结果等内容。,3.2.1,概述,1.,测量误差的基本概念,测量误差是指测得值与被测量的真值之差。在实际中，任何测量不论使用的仪器多么精密，采用的测量方法多么可靠，工作多么细心，测量误差总是会有的。因此一般说来，真值是难以得到的。在实际测量中，常用相对真值或不存在系统误差情况下的算术平均值来代替真值。,测量误差可用绝对误差和相对误差来表示。,1),绝对误差,绝对误差,是指被测量的实际值,x,与其真值 之差，即,(3-3),绝对误差是代数值，即它可能是正值、负值或零。,3.2.1,概述,2),相对误差,相对误差,是指绝对误差的绝对值与被测量的真值,(,或用约定测得值代替真值,),之比，即,(3-4),2.,测量误差的来源,在测量过程中产生误差的原因很多，主要的误差来源如下。,1),计量器具的误差,计量器具误差是指计量器具本身所具有的误差。计量器具误差的来源十分复杂，它与计量器具的结构设计、制造和安装调试不良等许多因素有关。,3.2.1,概述,2),测量方法的误差,测量方法的误差是指采用近似测量方法或测量方法不当而引起的测量误差。,3),环境条件的误差,环境条件误差是指测量时的环境条件不符合标准条件而引起的测量误差。测量环境的温度、湿度、气压、振动和灰尘等都会引起测量误差。这些影响测量误差的诸因素中，温度的影响是主要的，而其余的各因素一般在精密测量时才予以考虑。,4),人为误差,人为引起的测量误差常指测量者的估计判断误差、眼睛分辨能力的误差、斜视误差等。,3.2.2,各类测量误差及其数据处理,1.,系统误差及其消除方法,系统误差是指在一定的测量条件下，对其一被测几何量进行多次重复测量时，误差的绝对值和符号保持不变或按一定规律变化的测量误差。前者称为定值,(,或已定,),系统误差，后者称为变值,(,或未定,),系统误差。,2.,随机误差的特性及其评定,随机误差是指在一定的测量条件下，对同一被测量连续多次测量时，绝对值和符号以不可预定方式变化的误差。对于随机误差，虽然每一单次测量所产生的误差的绝对值和符号不能预料，但若以足够多的次数重复测量，随机误差的总体将服从一定的统计规律。,3.2.2,各类测量误差及其数据处理,大量的观测实践表明，测量时的随机误差通常服从正态分布规律。正态分布的随机误差具有下列四个基本特性。,单峰性。,绝对值小的随机误差比绝对值大的随机误差出现的概率越大。,离散性,(,或分散性,),。,随机误差的绝对值有大有小、有正有负，即随机误差呈离散型分布。,对称性,(,或相消性,),。,绝对值相等的正负随机误差出现的概率，,=0,。,有界性。,在一定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超出一定的界限。,3.2.2,各类测量误差及其数据处理,评定随机误差的特性时，以服从正态分布曲线的标准偏差作为评定指标。根据概率论，正态分布曲线的数学表达式为,(3-8),按照误差理论，随机误差的标准偏差计算公式为,(3-9),由于超出范围的随机误差的概率仅为,0.27,，因此，可将随机误差的极限值取作，并记作：，如图,3.6,所示。,在式,(3-9),中，随机误差是指消除系统误差后的各测量值减其真值之差，即,(,i,=1,2,n)(3-10),3.2.2,各类测量误差及其数据处理,3.2.2,各类测量误差及其数据处理,在消除系统误差的条件下，对被测几何量进行等精度、有限次测量，若测量列为,x,1,x,2,xn,，则其算术平均值,(3-11),测得值与算术平均值之差称为残余误差,(,简称残差,),，并记作,i,=1,2,n,。,(3-12),由于随机误差是未知的，所以在实际应用中，采用贝塞尔,(Bessel),公式,(3-13),计算标准偏差的估计值,S,，即,(3-13),3.2.2,各类测量误差及其数据处理,3.,粗大误差及其剔除方法,粗大误差,(,简称粗误差,),又称过失误差，它是指超出在一定测量条件下预计的测量误差。粗大误差是由某些不正常的原因造成的。例如，测量者的粗心大意所造成的读数错误或记录错误，被测零件或计量器具的突然振动等。由于粗大误差会明显歪曲对测量结果，因此要从测量数据中将粗大误差剔除。,判断是否存在粗大误差，可以随机误差的分布范围为依据，凡超出规定范围的误差，就可视为粗大误差。例如，对于服从正态分布的等精度多次测量结果，测得值的残差绝对值超出,3,S,的概率仅为,0.27,，因此可按,3,准则剔除粗大误差。,3.2.3,测量精度的分类,为了反映不同性质的测量误差对测量结果的不同影响，测量精度可分为以下几类。,(1),精密度。,指在一定条件下进行多次测量时，各测得值的一致程度。它表示测量结果中随机误差的大小，即随机误差愈小，精密度愈高；反之，精密度愈低。,(2),正确度。,指在一定条件下进行多次测量时，各测得值的平均值与其真值的一致程度。它表示测量结果中定值系统误差的大小，定值系统误差愈小，正确度愈高。,(3),准确度。,指在一定条件下进行多次测量时，各测得值与其真值的一致程度。它表示系统误差和随机误差的综合影响。,3.2.3,测量精度的分类,图,3.7(c),表示随机误差和系统误差均较大，即精密度和正确度均较低。图,3.7(d),表示随机误差和系统误差都小，即准确度高。,3.2.4,测量列的数据处理,1.,直接测量数据的处理,在测得值中，可能含有系统误差、随机误差和粗大误差，为了获得可靠的测量结果，应对这些测量数据进行如下处理。,对于粗大误差应剔除。,对于已定系统误差按代数和合成，即,(3-17),对于服从正态分布，彼此独立的随机误差和未定系统误差按方和根法合成，即,(3-18),3.2.4,测量列的数据处理,1),单次测量的数据处理,【,例,3.1】,用外径千分尺测量黄铜材料轴的直径。测得的实际直径为,d,a=40.115mm,，千分尺的极限误差为，车间温度为,(232.5),，测量时被测零件与千分尺的温差不超过,1,，千分尺未调零，有,+0.005mm,的误差，试求单次测量结果。,(,已知千分尺材料的线膨胀系数,/,，黄铜的线膨胀系数,/),。,(,实例讲解详见书第,85,页,),2.,间接测量数据的处理,间接测量是指测量与被测量有确定函数关系的其他量，并按照这种确定的函数关系通过计算求得被测量。,若令被测量,y,与实际测量的其他有关量的函数表达式为则被测量,y,的已定系统误差为,3.2.4,测量列的数据处理,【,例,3.3】,在万能工具显微镜上，用弓高弦长法间接测量某样板的圆弧半径。测得弓高,h,=6mm,，弦长,L,=36mm,，若 ，求圆弧半径,R,的测量结果。,【,解,】,已知弓高和弦长，求圆弧半径,R,的几何关系式为,代入实测数据得,又,则,测量结果为,R,=300.0134300.013mm,3.3,习题与练习,填空题,(1),若，则当和的极限测量误差分别为,0.04,和,0.03,时，,Y,的极限测量误差为,_,。,(2),对某尺寸测量四次，若任一测得值的测量极限误差为,0.004mm,，则算术平均值的测量极限误差为,_,。,选择题,(1),用内径千分表测量孔的直径属于,(),。,A.,直接测量和相对测量,B.,间接测量和相对测量,C.,直接测量和绝对测量,(2),预测量箱体上两孔的孔心距，应采用的测量方法是,(),。,A.,直接测量,B.,间接测量,C.,相对测量,判断题,(1),在测量列中若发现有太大或太小的数值，直接将它删去就行。,(),(2),在相对测量,(,比较测量,),中，仪器的示值范围应大于被测尺寸的公差值。,(),3.4,习题与练习,简答题,(1),什么是测量过程的四大要素？,(2),现在“米”的定义是什么？,(3),阿贝原则的含义是什么？,实作题,(1),在立式光学比较仪上，用工作尺寸,L,=30mm,的四等量块做基准，测量通规某处直径尺寸,(,基本尺寸为,30mm,的光滑极限量规,),。测量时室温为,(201),，测量前有等温过程。若所用的立式光学比较仪有,+0.3,的零位误差，所用量块中心长度的实际偏差为,-0.2,，检定四等量块的测量不确定度允许值,(,极限偏差,),为,0.3,，重复,10,次测量的读数,(,单位,),依次为,+4.5,，,+4.3,，,+4.4,，,+4.6,，,+4.2,，,+4.4,，,+4.3,，,+4.6,，,+4.2,，,+4.5,。设,10,次测量列中不存在变值系统误差。试计算多次测量和第,5,次测量的测量结果。,Q&A?Thanks!,