互换性与测量技术基础 教学课件 ppt 作者 同长虹 第3章　测量技术基础

互换性与测量技术基础,主编,第3章 测量技术基础,3.1 概述 3.2 计量器具与测量方法 3.3 测量误差及数据处理,3.1 概述,3.1.1 测量技术的概念 1.测量 (1)测量对象 主要指几何量，包括长度、角度、表面粗糙度、表面形状与位置误差，以及螺纹、齿轮的各种参数等。 (2)计量单位 长度单位为米(m)，工程上常用毫米(mm)、微米(m)；角度单位为弧度(rad)，实用中常以度(°)、分()、秒()为单位。 (3)测量方法 是指在进行测量时所采用的测量器具、测量原理和测量条件的总和。 (4)测量精度 是指测量结果与真值的一致程度。 2.检验 3.检定,3.1 概述,3.1.2 长度基准与尺寸传递 1.长度基准 2.尺寸传递,图3-1 长度尺寸的传递系统,3.1 概述,3.1.3 量块的基本知识 量块是一种没有刻度的端面量具，其形状一般为长方体结构，其中两个精度很高的平行平面为测量面，其他四个面为非工作面。 1. 量块的尺寸,图3-2 量块的形状和尺寸,3.1 概述,(1)标称长度L 是指标记量块上的名义尺寸值，即量块的标称尺寸。 (2)量块长度Li 是指量块一个测量面上任意一点到另一测量面之间的垂直距离。 (3)量块中心长度L0 是指量块的一个测量面上的中心点到相研合的量块或辅助体表面的垂直距离，如图3-2所示。 (4)量块长度变动量 量块测量面上最大和最小长度之差。 2. 量块的精度 1)根据量块中心长度的极限偏差和长度变动量的允许值等精度指标，量块的制造精度分为五级，分别为00、0、1、2、(3)级。 2)根据量块中心长度的极限误差和长度变动量的测量(检定)值等精度指标，量块的精度分为六等，分别为1、2、3、4、5、6等。,3.1 概述,3. 量块的使用,表3-1 成套量块的尺寸(摘自GB/T 60932001),4.量块的组合,3.2 计量器具与测量方法,3.2.1 计量器具的分类 计量器具包括量具和量仪两大类，分类方法如下。 1. 按用途分 (1)标准计量器具 是指测量时体现标准量的测量器具。 (2)通用计量器具 是指通用性强、可用来测量某一范围内各种尺寸(或其他几何量)并能获得具体量值的计量器具。 (3)专用计量器具 是指用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具，如各种极限量规，圆度仪、基节仪等。 2.按结构和工作原理分 (1)机械式计量器具 是指通过机械结构实现对被测量的感应、传递和放大的计量器具,如机械式比较仪、指示表和扭簧比较仪等。,3.2 计量器具与测量方法,(2)光学式计量器具 是指利用光学原理实现对被测量的转换和放大的计量器具，如光学比较仪、投影仪、自准直仪和工具显微镜、光学分度头、干涉仪等。 (3)气动式计量器具 是指依靠压缩空气通过气动系统的状态(流量或压力)变化来实现对被测量的转换的计量器具，如水柱式和浮标式气动量仪等。 (4)电动式计量器具 是指将被测量通过传感器转变为电量(如电压、电流、电阻等)，再经过变换而获得读数的计量器具。 (5)光电式计量器具 是指利用光学方法放大或瞄准，通过光电组件再转换为电量进行检测，以实现几何量的测量的计量器具，如光电显微镜、光电测长仪等。 3.2.2 计量器具的主要度量指标,3.2 计量器具与测量方法,度量指标是用来表明计量器具的技术性能和功用的指标，也是选择和使用计量器具的依据，主要有以下几种。 1.标尺间距 2. 分度值 3. 示值范围 4. 测量范围 5. 灵敏度 6. 测量力 7. 示值误差 8. 示值变动 9. 回程误差 10. 测量不确定度,3.2 计量器具与测量方法,3.2.3 测量方法的分类 测量方法可以从不同角度进行分类。 1. 按所获得被测结果的方法不同，分为直接测量和间接测量 (1)直接测量 是指直接从计量器具上获得被测量的量值的测量方法。 (2)间接测量 是指测量与被测量有一定函数关系的量，然后通过函数关系计算出被测量值的测量方法，如测量大尺寸圆柱形零件直径D时，先测量出其周长L，然后再按公式D=L/求得零件的直径D。 2. 按读数值是否为被测量的整个量值，分为绝对测量和相对测量 (1)绝对测量 是指被测量的整个值能从计量器具的读数装置直接读出。,3.2 计量器具与测量方法,(2)相对测量 是指计量器具上的读数仅为被测量与已知标准量的偏差值，而被测量的量值为计量器具的示值与标准量的代数和,如用比较仪测量时，先用量块调整仪器零位，然后测量被测量，所获得的示值就是被测量相对于量块尺寸的偏差。 3. 按被测表面与计量器具的测量头是否接触，分为接触测量和非接触测量 (1)接触测量 是指计量器具在测量时，其测头与被测表面直接接触的测量。 (2)非接触测量 是指计量器具在测量时，其测头与被测表面不直接接触的测量。 4.按提示测量参数的多少，分为单项测量和综合测量 (1)单项测量 是指分别测量构件的各个参数的测量。,3.2 计量器具与测量方法,(2)综合测量 是指同时测量工件上某些相关的几何量的综合结果，以判断综合结果是否合格,如用螺纹量规检验螺纹的就属于综合测量。 5. 按测量在加工中所起的作用，分为主动测量和被动测量 (1)主动测量 是指在加工过程中对零件的测量。 (2)被动测量 是指在零件加工完后对零件进行的检验测量。 6.按被测量在测量过程中所处的状态，分为静态测量和动态测量 (1)静态测量 是指在测量时被测表面与计量器具的测量头相对静止的测量。 (2)动态测量 是指测量时被测表面与计量器具的测量头相对运动的测量。,3.2 计量器具与测量方法,7.按决定测量结果的全部因素或条件是否改变，分为等精度测量和不等精度测量 (1)等精度测量 是指决定测量精度的全部因素或条件都不变时的测量。 (2)不等精度测量 是指在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量。,3.3 测量误差及数据处理,3.3.1 测量误差的概念 在测量过程中，由于计量器具本身的误差以及测量方法和测量条件的限制，任何一次测量都会含有误差。 1. 绝对误差 2. 相对误差 3.3.2 测量误差的来源 产生测量误差的因素很多，主要有以下几个方面。 1.计量器具误差 2.测量方法误差 3.测量环境误差 4.人员误差 3.3.3 测量误差的分类及其特性,3.3 测量误差及数据处理,根据测量误差的性质不同可以分为随机误差、系统误差和粗大误差。 1. 随机误差 (1)随机误差的分布规律及其特性 随机误差可用试验方法发现其规律。,3.3 测量误差及数据处理,表3-2 测量数据统计表,3.3 测量误差及数据处理,图3-3 频率直方图,3.3 测量误差及数据处理,图3-4 正态分布曲线,1)对称性。,3.3 测量误差及数据处理,2)单峰性。 3)抵偿性。 4)有界性。 (2)随机误差的评定指标,图3-5 标准偏差与正态分布曲线的关系,3.3 测量误差及数据处理,(3)随机误差的极限值 由随机误差的有界性可知，随机误差不会超出某一范围。,3.3 测量误差及数据处理,表3-3 四个特殊z值对应的概率,2. 系统误差 (1)线性变化的系统误差 是指在整个测量过程中，随着测量时间或量程的增减，误差值按线性关系变化的误差。 (2)周期性变化的系统误差 是指测得值呈周期性变化的误差。 (3)复杂变化规律的系统误差 按复杂的函数变化或按某种实验曲线图变化的误差。,3.3 测量误差及数据处理,3.粗大误差 3.3.4 测量结果的数据处理 对测量结果进行数据处理是为了找出被测量最可信的数值以及评定这一数值所包含的误差。 1. 测量列中随机误差的处理 (1) 计算算术平均值 用于测量误差的存在，在同一条件下，对同一被测量进行多次重复测量，将得到一系列不同的测量值，设测量列为x1,x2,xn，则算术平均值为 (2)计算残余误差vi 残余误差简称为残差，是指每个测得值的量值与算术平均值的代数差。 (3)计算标准偏差 标准偏差是表征随机误差分散程度的指标。 (4)计算测量列算术平均值的标准偏差,3.3 测量误差及数据处理,(5)测量列测量结果 2.系统误差的发现和处理 (1)对于定值系统误差 一般通过用更高精度的计量器具进行检测确定。 (2)对于变值系统误差 一般采用“残差观察法”，即根据测量值的残差，进行列表或作图进行观察，发现其误差变化规律。 1)若残差大体正负相同，无明显的变化规律，如图3-6a所示，则可认为不存在变值系统误差。 2)若残差有规律地递增或递减，如图3-6b所示，则存在线性变化系统误差。 3)若残差周期性地逐渐由负变正或由正变负、或符合某种函数变化，如图3-6c所示，则存在周期性系统误差。,3.3 测量误差及数据处理,图3-6 变值系统误差的变化规律,3.粗大误差的判断和处理 例3-1 用立式光学仪对某一轴的某个部位等精度测量12次，测得数据见表3-4 ，假定定值系统误差已被消除。试求其测量结果。 解：1)计算算术平均值为,3.3 测量误差及数据处理,2)计算残差。,3.3 测量误差及数据处理,表3-4 计算残差,3.3 测量误差及数据处理,3)判断变值系统误差。 4)计算标准偏差为,5)判断粗大误差。 6)计算算术平均值的标准偏差为,7)计算测量结果。,29.875 48.98 40.79,(1) 分度值与刻度间距。 (2) 示值范围与测量范围。 (3) 绝对误差与相对误差。 (4) 绝对测量与相对测量。,