第二章测量技术基础.ppt

,测量技术基础,第,2,章 测量技术基础,互换性与技术测量,第一节 概述,测量的基本概念,测量：获取被测量量值的,实验过程,。,测量的四个基本要素,被测物理量的实体。,作为标准与被测物理量进行比较的同类物理量的量值。,参与测量过程的各种因素和测量条件的总和。,测量结果与真值的一致程度。,第二节 长度基准与量值传递,一、长度基准,测量,基准,是用来,保存和复现计量单位,，并具有规定计量特性的计量器具。几何量的测量基准有,长度基准,和,角度基准,。,长度基准,应,准确、可靠地复现,长度基准量。,米的定义,：,1889,年第一次国际计量大会 定义了米，制作了,国际米原器,1960,年第十一次国际计量大会 重新定义了米,氪,-86,光辐射在真空中波长的若干倍,1983,年第十七次国际计量大会 又重新定义了米,光在真空中规定时间间隔内的行程,米的复现,：,只要能获得高频率稳定度的辐射，利用频率、波长的关系，可复现出辐射的波长。,长度基准的分类,：,长度基准,国家基准、副基准,工作基准,线纹,（,1m,石英基准尺,1-1000mm,殷钢基准线纹尺,1-200mm,石英基准线纹尺）,端度,（,0.5-200mm,基准量块组）,二、长度量值传递系统,量值传递系统,是国家为确保量值的合理的统一，建立的量计量检定系统，通过该系统,将具有最高计量特性的国家基准逐级传递,，直到对零件进行测量的各种测量器具。,三、,量块,量块（块规）是一种平行平面端度量具。,上、下测量面（极为光滑、平整，具有粘合性）,标称长度,量块的用途：用于长度量值传递的工作基准、,用于检定和校准计量器具的计量标准。,量块的等与级,GB/T 6093-2001,几何量技术规范 长度标准 量块,规定：,量块按制造技术要求分为：,k,、,0,、,1,、,2,、,3,级。,制造技术要求（指标）,量块长度极限偏差,量块长度变动允许量,测量面的平面度,量块的研合性及测量面的表面粗糙度,标称,长度,中心长度,的实际值,40,40,40.001,标称长度,理想量块,实际量块,JJG 146-2003,量块检定规程,规定：按量块的检定精度将量块分为,5,级：,1,、,2,、,3,、,4,、,5,等，,1,等量块检定精度最高，,5,等检定精度最低。,按“级”和按“等”使用量块的比较,按“级”使用量块，以量块标称尺寸为工作尺寸，影响量块使用准确度的是量块的量块长度的极限偏差。,按“等”使用时，以量块的实际尺寸为工作尺寸，影响量块使用准确度的是检定时的测量总不确定度。,一般来说，按“等”使用比按“级”使用的准确度高。,量块的组合,量块按套别生产，利用量块的研合性能可以实现量块的组合。,17,种套别，每套数量有,91,块、,83,块、,46,块等等。,量块组合的原则和方法,原则：,组合的数量尽量少，一般不超过,4,块。,方法：,组合量块的选择，按照消去所需组合尺寸的最小尾数开始，逐一顺序选择。,第三节 测量方法与计量器具,一、测量方法分类,按实测几何量是否是被测几何量分类,直接测量,间接测量,弦长弓高法测量圆的直径,弦长、弓高与直径的函数关系,测量结果的准确度比较：直接测量,间接测量,按示值是否是被测几何量的量值分类,绝对测量,相对测量,计量器具的示值是被测几何量相对标准量的偏差。,被测几何量的量值,=,标准量,+,偏差,测量精确度比较：一般情况，相对测量,绝对测量,按测量时被测表面与计量器具的测头是否接触分类,接触测量,非接触测量,按工件上是否有多个被测几何量同时被测量分类,单项测量,综合测量,用螺纹塞规综合检,测螺纹的多个几何量,按计量器具测头和被测表面之间是,否处于相对运动状态分类,动态测量,静态测量,按是否在工件加工过程中测量分类,离线测量,在线测量,二、计量器具的分类,量具类,量规类,计量仪器,计量装置,分类,有刻度或无刻度的通用的量具和量块,无刻度的专用检验器具,极限量规,能将被测的量值转换成可直接观察的指示值或,等效信息的计量器具,一般指为确定被测几何量值所必需的计量器具,和辅助设备的总体。,三、计量器具的基本技术参数,一般技术性能指标,刻线间距：,计量器具度盘或刻度尺上相邻,2,刻线的间距,分度值：,相邻两标尺标记的数值的差,测量器具的示值：,计量器具所指示的被测量值,测量器具的标称值：,标记在量具上用以标明其特性指导其使用的量值,分辨力：,显示装置能有效辨别的最小的示值差,示值范围：,计量器具的标尺能显示的被测量数值的范围,测量范围：,在计量器具特性允许范围内，所能测量的被测量的上、下限,灵敏度：,计量器具对被测量值变化的反应能力,测量力：,采用接触法测量时，测量头与被测对象之间的接触力,重复性：,实际测量条件不变，对同一对象多次重复测量所得数据的一致性,稳定性：,计量器具保持其测量特性的能力,示值误差：,计量器具的示值与被测量（约定）真值的差,回程误差：,以不同行程方向对同一被测量测量，所得示值之差的绝对值,鉴别力阈：,使计量器具的示值产生可觉察变化的被测量值的最小变化值,测量不确定度：,测量结果中用于表征被测量值分散性的参数,精度性能指标,第四节 测量误差及其处理,一、测量误差的基本概念,测得值与被测量真值之间的差异称为,测量误差,。,测量误差的来源：,测量误差的表示方式：,绝对误差,相对误差,测量误差表示形式,一般情况下，被测量真值未知，代之以“约定真值”。在等精度重复测量数据处理中，以测量数据列的,算数平均值代替真值，并将由其所得“测量误差”称为“残差”,。,二、测量误差的分类,在一定测量条件下，对同一量值进行多次重复测量，并将各次测量误差按测量顺序作图表示。根据测量误差的出现规律可将测量误差分为：,随机误差、系统误差和粗大误差,。,随机误差,同一测量条件下，多次重复测量同一量值，,测量误差的绝对值和符号以不可预知的方式变化,，但是,随机误差（数据列）服从一定的统计规律,。,系统误差,同规定测量条件下，绝对值和符号保持不变（,定值系统误差,）或按某种规律变化的误差（,变值系统误差,）。,粗大误差,明显,超出规定条件下预期,的误差。,单次测量误差的数值本身不能说明其所属类型。,为什么？,有关测量精度的术语,精密度,表示一定条件下，多次测量同一量值，测量结果,重复性,的高低。,随机误差越小，则测量结果的精密度越高。,正确度,表示测量结果中,系统误差的大小,。,系统误差越小，则测量结果的正确度越高。,准确度（精确度）,表示测量结果与被测量真值的一致程度。,随机误差和系统误差的综合程度越低，准确度越高。,用精密度、正确度和,准确度评价射击精度,三、测量误差的处理方法,（一）随机误差的处理方法,随机误差服从一定的统计规律，可用概率论和数理统计的方法处理。,在正常的测量条件下，随机误差服从正态分布规律。,单峰性,对称性,有界性,抵偿性,正态分布的随机误差,1.,随机误差的特性及分布规律,正态分布曲线的数学表达式（概率密度函数）,置信概率与随机误差的极限值,意义？,变量置换,随机误差的极限值,：一定置信概率下，随机误差出现范围的边界值。一般取 作为随机误差的极限值。,测量结果的表示：,表示被测量真值以一定的置信概率在 之间。,表示了测得值以一定置信概率，在 之间。,随机误差的极限值,：一定置信概率下，随机误差出现范围的边界值。一般取 作为随机误差的极限值。,2.,随机误差的处理步骤,（测量数据列不含系统误差和粗大误差）,（二）系统误差的处理方法,系统误差的处理原则：发现并消除测量数据中的系统误差。,1.,系统误差的发现（判定）方法,变值系统误差,定值系统误差,残差趋势图,2.,系统误差的消除方法,预先将计量器具的系统误差检定出来，得到误差修正值表，,利用修正值消除系统误差,。,对同一被测量从相反方向（对称位置）进行,2,次测量，并,相加求均消除与测量方向有关的系统误差,。,对同一被测量采用反向测量、多点测量或多步测量，,并用数学方法处理所得测量数据，分离（消除）系统误差,。,3.,粗大误差的处理方法,粗大误差的处理原则：,发现并剔除,含有粗大误差的测量数据。,粗大误差的发现方法：,准则,四、等精度直接测量列的数据处理,例,2-1,五、等精度间接测量列的数据处理,1.,被测几何量及实测几何量测量误差的关系,被测几何量与实测几何量的函数关系：,函数的全微分表达式,消去高次小项：,误差传递系数：,函数误差,：采用间接测量获得的被测几何量的测量误差。,函数系统误差的表达式,实测几何量的系统（测量）误差与函数系统（测量）误差的关系：,函数随机误差的表达式,实测几何量的实验标准偏差与函数的实验标准偏差的关系：,例,2-2,2.,等精度测量列的数据处理步骤,例（补充）,在等精度的条件下对某一试件进行了,4,次测量。其测得值分别为（单位：,mm,）,20.001,、,20.002,、,20.000,、,19.999.,若已知单次测量的实验标准偏差为,0.6,m,，求测量结果及其极限误差。,分析,：测量结果为,4,次测得值的算术平均值，则有下列,函数关系,：,测量结果的极限误差取,3,倍的,函数实验标准偏差,由已知条件有：,则,测量结果：,（置信概率,99.73%,）,第五节 计量器具的选择,一、测量不确定度,误差与测量不确定度的区别：,误差,：测量结果与真值的差。,测量不确定度,:,以某一最佳估计值为中心分布的一个范围，,真值以一定的概率处于这个范围之中,。,测量结果,：,测量结果不能肯定的程度。,表征了真值所在范围的一个估计范围。,1.,测量不确定度的概念,2.,测量不确定度的数值,不确定数值的评定方法,利用测量列的统计分布估计,A,类,利用经验或其它信息估计,B,类,分类,测量列的实验标准偏差属于,A,类,测量不确定度的合成,测量不确定度的产生由多方面的因素造成。测量不确定度的数值为各因素产生的测量不确定度分量合成得到。,：第,i,个测量不确定度分量,；,U,：测量不确定度,标准不确定度和扩展不确定度,标准不确定度：由标准偏差表征的不确定度。,扩展不确定度：由标准不确定度乘以置信因数表征的不确定度。,二、计量器具的选择,1.,计量器具选择的主要依据,尺寸公差带,测得值等于极限尺寸时，真值以一定置信概率所处的范围。,因测量不确定度造成的工件尺寸的“误收”和“误废,”,现象。,为降低“误收”等现象的发生，应根据工件尺寸的公差确定对测量不确定的要求。由计量器具引起的测量不确定度是测量不确定度的一个主要分量，应根据工件公差提出计量器具的测量不确定上限，并依此为主要依据选择计量器具。,计量器具测量不确定度允许值的确定方法,有相应标准的依据标准确定（,GB3177-1997,）,没有标准的按工件尺寸公差的,1/10,1/3,确定,方法,表,2-6,计量器具测量不确定度允许值,计量器具测量不确定允许值按工件公差的,1/10,、,1/6,、,1/4,分为,I,、,II,、,III,档。,2.,验收极限的确定方法,内缩方式,不内缩方式,例,2-3,以内缩方式确定验收极限，可以消除“误收”或降低“误收”发生的概率。,作业：第四题,1,、,2,、,3,（本章完）,