测量技术及数据处理基础相关教材

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1、第四章第四章测量技术及数据处理基础测量技术及数据处理基础测量的基本概念尺寸的传递测量方法与计量器具测量误差及数据处理测量技术中的基本原则简介4.1 4.1 测量的基本概念测量的基本概念一、检验、计量、测试与测量一、检验、计量、测试与测量检验：检验：确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性确定产品是否满足设计要求的过程，即判断产品合格性的过程。的过程。定性检验定性检验的方法的方法只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能只能得到被检验对象合格与否的结论，而不能得到其具体的量值。得到其具体的量值。例如：用极限量规检验工作的尺寸，用目例如：用极限量规检验工作的尺寸，用目测法检验工件的表面粗糙度

2、，用功能量规检验工件的位置误差测法检验工件的表面粗糙度，用功能量规检验工件的位置误差等都是定性检验的方法等都是定性检验的方法检验的方法可以分为两类：检验的方法可以分为两类：定性检验和定量检验定性检验和定量检验。定量检验又称为测量检验定量检验又称为测量检验，它是将被被检验对象进行测量后，它是将被被检验对象进行测量后，得到其实际值并判断其是否合格的方法。简称为得到其实际值并判断其是否合格的方法。简称为“检测检测”。一、检验、计量、测试与测量（一、检验、计量、测试与测量（2 2）测量是测量是以确定被测对象量值为目的的全部操作。以确定被测对象量值为目的的全部操作。测量操作过程测量操作过程中，需要将被测

3、对象与复现测量单位的标准量进行比较，中，需要将被测对象与复现测量单位的标准量进行比较，并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。并以被测量与单位量的比值及其准确度表达测量结果。用用一个基本公式表示，即：一个基本公式表示，即：L=qEL=qE。E E即为标准量，即为标准量，q q为比值。为比值。测试是测试是具有试验性质的测量，测试也可以理解为测量和试验的具有试验性质的测量，测试也可以理解为测量和试验的综合。综合。计量是计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量。实现单位统一和量值准确可靠的测量。研究有关测量知识领域的一门科学称之为研究有关测量知识领域的一门科学称之为计量学计量学 例如轴径的测量

4、，就是将被测轴的直径与特定的长度单位（例如毫米）相例如轴径的测量，就是将被测轴的直径与特定的长度单位（例如毫米）相比较若其比值为比较若其比值为30，准确度为，准确度为0.05mm，则测量结果可表达为，则测量结果可表达为（300.05)mm。一个完整的测量过程由下述四个部分组成，即测量过程四要素。一个完整的测量过程由下述四个部分组成，即测量过程四要素。1、测量对象或被测量：、测量对象或被测量：二、测量及测量过程二、测量及测量过程2、测量单位或标准量：、测量单位或标准量：二、测量及测量过程（二、测量及测量过程（2）3、测量方法、测量方法 指完成测量任务所采用的测量原理、测量器具或仪器，以及指完成测

5、量任务所采用的测量原理、测量器具或仪器，以及测量条件的总和。测量条件的总和。而实际工作中，往往是从获得测量结果的而实际工作中，往往是从获得测量结果的方式去理解测量方法。方式去理解测量方法。4、测量精度、测量精度 指测量结果与真值的一致程度。指测量结果与真值的一致程度。由于测量过程中不可避免地由于测量过程中不可避免地 会出现测量误差，测量误差的存在将导致测量值具有不确定会出现测量误差，测量误差的存在将导致测量值具有不确定性，测量误差影响着测量结果与被测量真值的一致程度，因性，测量误差影响着测量结果与被测量真值的一致程度，因此，此，测量结果应该用被测量与单位量的比值测量结果应该用被测量与单位量的比

6、值x x（测得值）和表（测得值）和表达该测值准确度的达该测值准确度的“测量不确定度测量不确定度”u”u表达为：表达为：x xu u 例如：轴径：（例如：轴径：（300.05)mm。4.2 4.2 尺寸的传递尺寸的传递长度的基本单位名称是长度的基本单位名称是“米米”（m）。）。一、长度单位与计量基准一、长度单位与计量基准在古典阶段，在古典阶段，各国多以人体的一部分作为长度基准。如我国的各国多以人体的一部分作为长度基准。如我国的“布手为尺布手为尺”，英国的英国的“码码”和和“英尺英尺”等。等。18751875年国际年国际“米制公约米制公约”的签订，开始了以科学为基础的经典阶段。的签订，开始了以科学

7、为基础的经典阶段。18891889年年在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，规定规定“以地球子午线长度以地球子午线长度的四千万分之一定义一米的四千万分之一定义一米”，并用铂铱合金制成基准米尺：，并用铂铱合金制成基准米尺：国际米原器。国际米原器。19831983年年第第1717届国际计量大会又更新了米的定义，规定：届国际计量大会又更新了米的定义，规定：“米米”是在真空中在是在真空中在1/299 792 458s1/299 792 458s的时间间隔内行进路程的长度。的时间间隔内行进路程的长度。18601860年第年第1111届国际计量大会决定：届国际计量大会决定

8、：“一米的长度等于一米的长度等于KrKr8686在在2p102p10和和5d55d5能级之能级之间跃迁时所产生的辐射在真空中的波长的间跃迁时所产生的辐射在真空中的波长的1 650 763.731 650 763.73倍倍”。二、尺寸传递系统二、尺寸传递系统 由此可见，长度基准的建立经历了一个由由此可见，长度基准的建立经历了一个由自然基准、实物基自然基准、实物基准到物理常数的准到物理常数的发展阶段。发展阶段。我国长度量值传递系统如我国长度量值传递系统如图图4-1所示，从最高基准谱线向下传所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线端面量

9、具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。其中尤以量块传递系统应用最广。使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因使用波长作为长度基准，虽然可以达到足够的精确度，但因对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测对复现的条件有很高的要求，不便在生产中直接用于尺寸的测量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量。因此，需要将基准的量值按照定义的规定，复现在实物计量标准器上。量标准器上。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。常见的实物计量标准器有量块（块规）和线纹尺。二、尺寸传递系统（二、尺寸传递系统（2）二、尺寸传递系统（二、

10、尺寸传递系统（3）国家基准：国家基准：根据定义复现和保存计量单位并具有最高计量特性，经国家根据定义复现和保存计量单位并具有最高计量特性，经国家检定、批准作为统一全国量值最高依据的计量器具。检定、批准作为统一全国量值最高依据的计量器具。副基准：副基准：通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、批准的计量器具。批准的计量器具。工作基准：工作基准：通过与国家基准或副基准比对或校准，用以栓定计量标准的计通过与国家基准或副基准比对或校准，用以栓定计量标准的计量器具。量器具。三、量块三、量块量块的构成量块的构成 量块是一种端面单值量具，它一量块

11、是一种端面单值量具，它一般用铬锰钢等特殊合金钢或线膨般用铬锰钢等特殊合金钢或线膨胀系数小、性质稳定、耐磨以及胀系数小、性质稳定、耐磨以及不易变形的其它材料制成。其形不易变形的其它材料制成。其形状有长方体和圆柱体两种，常用状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体。的是长方体。两相互平行的测量面之间的距离两相互平行的测量面之间的距离为量块的工作尺寸，称之为标称为量块的工作尺寸，称之为标称长度（公称尺寸）。长度（公称尺寸）。量块是定尺寸量具，一个量块只量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。有一个尺寸。三、量块三、量块量块的选用量块的选用o 量块是成套生产的。量块是成套生产的。p 根据根据GB6093

12、85的规定，的规定，量块共有量块共有17种套别，每套的块数分种套别，每套的块数分别为别为91、83、46、12、10、8、6、5等。等。下表所列为下表所列为83块组和块组和91块组一套的量块的尺寸系列块组一套的量块的尺寸系列。例如，从例如，从83块一套的量块中选取尺寸为块一套的量块中选取尺寸为36.745mm的量块组，选取方法为：的量块组，选取方法为：36.745 所需尺寸所需尺寸 1.005 第一块量块尺寸第一块量块尺寸 35.74 1.24 第二块量块尺寸第二块量块尺寸 34.5 4.5 第三块量块尺寸第三块量块尺寸 30.0 第四块量块尺寸第四块量块尺寸 三、量块三、量块量块的组合量块的

13、组合p 选用量块时，选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。块至少应减去所需尺寸的一位尾数。p 量块具有可粘合特性，利用此特性可使不同尺寸的量块组合量块具有可粘合特性，利用此特性可使不同尺寸的量块组合成所需要的尺寸。为了减少量块的组合误差，成所需要的尺寸。为了减少量块的组合误差，应尽量减少量应尽量减少量块的组合块数，一般不超过块的组合块数，一般不超过4 4块。块。三、量块三、量块量块的精度（级）量块的精度（级）o按国标按国标GB6093-85，量块按制造精度分量块按制造精度分6级，即级，即00、0、1、2、3和

14、和K级，其中级，其中00级精度最高，级精度最高，3级最低，级最低，K级为校准级。级为校准级。o分级的主要根据量块中心长度极限偏差、量块长度变动量的分级的主要根据量块中心长度极限偏差、量块长度变动量的允许值和粘合性等。允许值和粘合性等。o量块生产企业大都按量块生产企业大都按“级级”向市场销售量块。向市场销售量块。用量块长度极限偏用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范围；量块的长度变动范围；用量块长度变动量（量块最大长度与最用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对

15、应点的长度变动小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围。范围。用户则按量块的标称尺寸使用量块。用户则按量块的标称尺寸使用量块。因此，按因此，按“级级”使用使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差带入测量结果。量结果。三、量块三、量块量块的精度（等）量块的精度（等）o制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制制造高精度的量块的工艺要求高、成本也高，而且即使制造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起造成高精度量块，在使用一段时间后，也会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或

16、尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等等”，并在检定证，并在检定证书中给出的标称尺寸的修正值。书中给出的标称尺寸的修正值。o标准规定了量块标准规定了量块按其检定精度分为六等按其检定精度分为六等，即即1、2、3、4、5、6等，其中等，其中1等精度最高，等精度最高，6等精度最低。等精度最低。o分等的主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行分等的主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分的。性允许

17、偏差来划分的。三、量块三、量块量块的量块的“级级”与与“等等”量块的量块的“级级”和和“等等”是从成批制造和单个检定两种不同的是从成批制造和单个检定两种不同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式。角度出发，对其精度进行划分的两种形式。按按“级级”使用使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸寸，该尺寸包含其制造误差包含其制造误差。按按“等等”使用使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。包含了检定时的测量误差。就同一量块而言，检定时的

18、测量误差要比制造误差小得多。就同一量块而言，检定时的测量误差要比制造误差小得多。所以，所以，量块按量块按“等等”使用时其精度比按使用时其精度比按“级级”使用要高，使用要高，且能在且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。四、角度传递系统四、角度传递系统o角度基准与长度基准有本质的区别。角度基准与长度基准有本质的区别。由于常用角度单位（度）由于常用角度单位（度）是由圆周角定义的，即圆周角是由圆周角定义的，即圆周角=360，弧度与度、分、秒又，弧度与度、分、秒又有确定的换算关系，因此，无需建立角度的自然基准。有确定的换算关系，因此，无需建立角度的

19、自然基准。o机械制造业中，机械制造业中，常用的角度基准有多面棱体、测角仪或分度常用的角度基准有多面棱体、测角仪或分度头。多面棱体有头。多面棱体有4，8，12，24，36，72面等。面等。多面棱体主多面棱体主要用于检定角度测量仪器和精密圆周度盘。要用于检定角度测量仪器和精密圆周度盘。o与长度基准中的量块相似，在实际工作中也常采用角度量块与长度基准中的量块相似，在实际工作中也常采用角度量块检定一般角度测量器具或直接测量零件。检定一般角度测量器具或直接测量零件。o利用适当的夹具，可以将若干角度量块的工作角累加，以获利用适当的夹具，可以将若干角度量块的工作角累加，以获得要求的角度。角度量块常与其夹具一

20、起成套供应。得要求的角度。角度量块常与其夹具一起成套供应。四、角度传递系统四、角度传递系统o以多面棱体为角度基准的量值传递系统如以多面棱体为角度基准的量值传递系统如图图4-3所示。角度计量传递系统由基准棱所示。角度计量传递系统由基准棱体起逐级传递。体起逐级传递。4.3 4.3 测量方法与计量器具测量方法与计量器具主要内容：主要内容：测量方法的分类测量方法的分类计量器具的分类计量器具的分类计量器具的基本度量指标计量器具的基本度量指标一、测量方法的分类一、测量方法的分类p按实测量与被测量关系可分为：按实测量与被测量关系可分为：直接测量、间接测量直接测量、间接测量；p按零件上同时被测参数的多少可分为

21、：按零件上同时被测参数的多少可分为：综合测量、单项测量；综合测量、单项测量；p按被测表面与量仪之间的接触关系可分为：按被测表面与量仪之间的接触关系可分为：接触测量、非接触接触测量、非接触测量；测量；p按测量结果与工艺过程控制的关系可分为：按测量结果与工艺过程控制的关系可分为：主动测量、被动主动测量、被动测量；测量；p按被测零件在测量中所处的状态可分为：按被测零件在测量中所处的状态可分为：静态测量、动态测量；静态测量、动态测量；此外，按测量条件在整个测量过程中是否恒定，还可将测量方此外，按测量条件在整个测量过程中是否恒定，还可将测量方法分为法分为等精度测量与不等精度测量等精度测量与不等精度测量。

22、二、计量器具的分类二、计量器具的分类p标准量具标准量具 测量中体现标准量的器具，有定值量具与变值量具之分。常用的定值量测量中体现标准量的器具，有定值量具与变值量具之分。常用的定值量具有：量块、直角尺、曲线样板等；变值量具有：游标卡尺、千分尺、具有：量块、直角尺、曲线样板等；变值量具有：游标卡尺、千分尺、游标量角器等游标量角器等p量规量规 一种没有刻度的专用检验工具，只能判断被测件是否合格，而不能得出一种没有刻度的专用检验工具，只能判断被测件是否合格，而不能得出被测量的具体数值。如光滑极限量规。被测量的具体数值。如光滑极限量规。p检验夹具检验夹具 一种专用的检验辅助工具。当与各种比较仪配套使用时

23、，能方便地检一种专用的检验辅助工具。当与各种比较仪配套使用时，能方便地检验更多、更复杂的参数。验更多、更复杂的参数。p计量仪器计量仪器 能将被测量值直接观察的指示值或等效信息的仪器。如比较仪、干涉仪、能将被测量值直接观察的指示值或等效信息的仪器。如比较仪、干涉仪、测长机等。测长机等。直接测量与间接测量 直接测量直接测量 无需对被测量与其它实测量进行函数关系的辅助计算而无需对被测量与其它实测量进行函数关系的辅助计算而直接得到被量值的测量。例如用游标卡尺、外径千分尺直接得到被量值的测量。例如用游标卡尺、外径千分尺测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等。间接测量间

24、接测量 需要对被测量与其它实测量进行一定的需要对被测量与其它实测量进行一定的 函数关系计算而间接得到的被测量值的函数关系计算而间接得到的被测量值的 测量。如用弓高弦长法测大型零件的直径。测量。如用弓高弦长法测大型零件的直径。绝对测量与相对测量绝对测量与相对测量绝对测量绝对测量 从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。从测量器具上直接得到被测参数的整个量值的测量。例如用游标卡尺测量零件轴径值。例如用游标卡尺测量零件轴径值。相对测量相对测量 将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量将被测量和与其量值只有微小差别的同一种已知量（一般为测量标准量）相比较，得到被测量与已知量（一般为测量标准量

25、）相比较，得到被测量与已知量的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直的相对偏差。例如比较仪用量块调零后，测量轴的直径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。径，比较仪的示值就是量块与轴径的量值之差。单项测量与综合测量单项测量与综合测量单项测量单项测量 单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的量齿轮的齿厚、齿形、齿距等。这种方法一般用于量规的检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。检定、工序间的测量，或为了工艺分析、调整机床等目的。综合测量综合测量 检测零件几个相关参数

26、的综合效应或综合参数，从而综合检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量、用螺纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中验，其测量效率高，能有效保证互换性，在大批量生产中应用广泛。应用广泛。接触测量与非接触测量接触测量与非接触测量接触测量接触测量 测量器具的测头与零件被测表面直接接触，有机械作用力测量器具的测头与零件被测表面直接接触，有机械作用力的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等

27、。为了保的测量。如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等。为了保证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具证接触的可靠性，测量力是必要的，但它可能使测量器具及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被测表面质量的损坏。测表面质量的损坏。非接触测量非接触测量 测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利用光、气、电、磁等作为感应元件与被测件表面联系。如用光、气、电、磁等作为感应元件与被

28、测件表面联系。如干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。干涉显微镜、磁力测厚仪、气动量仪等。主动测量与被动测量主动测量与被动测量主动测量主动测量 在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的是否正常、是否需要进行调整，故能及时防止废品的发生，所以又称为积极测量。发生，所以又称为积极测量。被动测量被动测量 加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废品，所以被动测量又称

29、消极测量。品，所以被动测量又称消极测量。静态测量与动态测量静态测量与动态测量静态测量静态测量 测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如测量时被测件表面与测量器具测头处于静止状态。例如用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。用外径千分尺测量轴径、用齿距仪测量齿轮齿距等。动态测量动态测量 测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，测量时被测零件表面与测量器具测头处于相对运动状态，或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它或测量过程是模拟零件在工作或加工时的运动状态，它能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比能反映生产过程中被测参数的变化过程。例如用激光比长仪测量

30、精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。长仪测量精密线纹尺，用电动轮廓仪测量表面粗糙度等。等精度测量与不等精度测量等精度测量与不等精度测量等精度测量等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变。例如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同如，由同一个人，用同一台仪器，在同样的环境中，以同样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了样方法，同样仔细地测量同一个量。在一般情况下，为了简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝简化测量结果的处理，大都采用等精度测量。实际上，绝对的等精度测量是做不到的。对的等精度测

31、量是做不到的。不等精度测量不等精度测量 在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件可能完全在测量过程中，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。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，改变或部分改变。由于不等精度测量的数据处理比较麻烦，因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。因此一般用于重要的科研实验中的高精度测量。三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量指标1、分度间距与分度值：、分度间距与分度值：分度间距分度间距c：测量器具标尺或测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。为便于读数，间的距离。为便于读数，一般做成刻线间距为一般做成刻线间距为0.7

32、52.5mm的等距离刻的等距离刻线。线。分度值分度值i：测量器具上每一分测量器具上每一分度间距所代表的被测量值。度间距所代表的被测量值。三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量指标（2）2、示值范围与测量范围、示值范围与测量范围示值范围：示值范围：由测量由测量器具所显器具所显示或指示的最低值到最高示或指示的最低值到最高值的范围。值的范围。测量范围：测量范围：在允许不确定度在允许不确定度内，测量器具所能测量的内，测量器具所能测量的被测量值的下限值至上限被测量值的下限值至上限值的范围。例如，外径千值的范围。例如，外径千分 尺 的 测 量 范 围 有分 尺 的 测 量 范 围 有 0 25m

33、m、2550mm等，等，机械式比较仪示值范围为机械式比较仪示值范围为0.1mm，而测量范围为，而测量范围为0180mm。三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量指标（3）3、灵敏度、阈值、灵敏度、阈值o灵敏度灵敏度 测量器具的响应变化与相应的激励变化之比。对于一般等分测量器具的响应变化与相应的激励变化之比。对于一般等分刻度的量仪，其放大比示常数，刻度的量仪，其放大比示常数，k=c/i。o灵敏阈（阈值）灵敏阈（阈值）引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反引起测量器具示值可觉察变化的被测量值的最小变化量。反映量仪对被测量值微小变动的不敏感程度。映量仪对被测量值微小变动的不敏感

34、程度。o重复性重复性 在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出在规定的使用条件下，重复用相同的激励，测量仪器给予出非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。非常相似响应的能力。反映的是测量仪器的工作稳定性。三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量指标（4）4、示值误差与示值稳定性：、示值误差与示值稳定性：o 示值误差示值误差 测量器具的示值合被测量真值之间的差值，真值一般可测量器具的示值合被测量真值之间的差值，真值一般可用量块尺寸体现。示值误差是测量器具本身各种误差的用量块尺寸体现。示值误差是测量器具本身各种误差的综合反映。综合反映。o 示值稳定性示值稳定性 在测量

35、条件不变的情况下，对同一被测量值进行多次重在测量条件不变的情况下，对同一被测量值进行多次重复测量时，其测量结果的最大差异。示值稳定性是由测复测量时，其测量结果的最大差异。示值稳定性是由测量器具本身各种不稳定因素综合影响所致。量器具本身各种不稳定因素综合影响所致。三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量指标（5）5、回程误差（滞后误差）：、回程误差（滞后误差）：在测量条件不变的情况下在测量条件不变的情况下,测量器具对同一被测量沿正、测量器具对同一被测量沿正、反行程在同一点上的测量结果的差值。主要是由于量仪传反行程在同一点上的测量结果的差值。主要是由于量仪传动元件之间的间隙以及测量系统中弹

36、性元件的存在等因素动元件之间的间隙以及测量系统中弹性元件的存在等因素所致。所致。6、测量不确定度、测量不确定度 测量不确定度是在测量结果中表达被测量值分散性的参数。测量不确定度是在测量结果中表达被测量值分散性的参数。反映了测量误差对测值分散程度影响的极限范围。反映了测量误差对测值分散程度影响的极限范围。4.4 4.4 测量误差及数据处理测量误差及数据处理主要内容主要内容:测量误差的基本概念测量误差的基本概念随机误差的特性及评定随机误差的特性及评定系统误差的发现与消除系统误差的发现与消除粗大误差的判别与剔除粗大误差的判别与剔除等精度（直接）测量数据处理步骤等精度（直接）测量数据处理步骤间接测量误

37、差处理间接测量误差处理一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念1、测量误差的定义及测量结果的表达：、测量误差的定义及测量结果的表达：（1）测量误差：测得值与被测量真值之差，即：）测量误差：测得值与被测量真值之差，即：=l-L,其中其中是测量误差是测量误差,l l是测得值是测得值,L,L是被测值真值是被测值真值.由于测得值可能大于或小于其真值由于测得值可能大于或小于其真值,因此上式可以表示为因此上式可以表示为:lLlLf（2）测量误差的表示方法有两种）测量误差的表示方法有两种:绝对误差与相对误差。绝对误差与相对误差。其相对误差其相对误差f可以表示为可以表示为:2 2、测量误差的来源、测量误差

38、的来源测量误差的来源主要有：测量误差的来源主要有：测量器具、测量方法、测量环境和测测量器具、测量方法、测量环境和测量人员等。量人员等。（1）测量器具：）测量器具：测量器具的制造和装配误差都会引起其示值测量器具的制造和装配误差都会引起其示值误差。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺的误差。误差。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺的误差。（2）测量方法：）测量方法：因测量方法产生的误差，除了某些间接测量因测量方法产生的误差，除了某些间接测量法中的原理误差以外，主要有阿贝误差和对准误差两种。法中的原理误差以外，主要有阿贝误差和对准误差两种。（3）测量环境：）测量环境：主要包括温度、气压、湿度、振动

39、、噪声以主要包括温度、气压、湿度、振动、噪声以及空气净化程度等因素。在一般测量过程中，温度是重要的及空气净化程度等因素。在一般测量过程中，温度是重要的因素，其它因素只在精密测量中才考虑。因素，其它因素只在精密测量中才考虑。（4）测量人员）测量人员：主要有视觉、估读误差、观测误差、调整误：主要有视觉、估读误差、观测误差、调整误差以及对准误差等。差以及对准误差等。一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念3 3、测量误差的分类、测量误差的分类（1）系统误差）系统误差 在同一条件下，多次测量同一量值时，其误差的绝对值与符号保持不变在同一条件下，多次测量同一量值时，其误差的绝对值与符号保持不变（定值

40、系统误差），（定值系统误差），绝对值和符号按某一确定的的规律变化的误差绝对值和符号按某一确定的的规律变化的误差（变（变值系统误差）值系统误差）；对于已定的系统误差，可以从测得值中予以消除或修正。对于未定的系对于已定的系统误差，可以从测得值中予以消除或修正。对于未定的系统误差，要用不确定度给出估计。统误差，要用不确定度给出估计。（2）随机误差（偶然误差）随机误差（偶然误差）在同一条件下在同一条件下,多次测量同一量值时多次测量同一量值时,其误差的绝对值与符号均不定；其误差的绝对值与符号均不定；随机误差不可能完成消除。它是造成测得值分散的主要因素。随机误差不可能完成消除。它是造成测得值分散的主要因素

41、。（3）粗大误差（过失误差）粗大误差（过失误差）超出规定条件下预计的误差。超出规定条件下预计的误差。粗大误差由于某种非正常原因造成的。如读数错误、温度的突然变动等。粗大误差由于某种非正常原因造成的。如读数错误、温度的突然变动等。根据误差理论，按一定的规则予以剔除。根据误差理论，按一定的规则予以剔除。一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念4 4、精度、精度反映测量结果与真接近程度反映测量结果与真接近程度的量称为精度。的量称为精度。精度与误差是相对的概念精度与误差是相对的概念,相相应地分为应地分为:o正确度正确度用来描述系统误用来描述系统误差对测量结果的影响程度差对测量结果的影响程度o精密度

42、精密度用来描述随机误用来描述随机误差对测量结果的影响程度差对测量结果的影响程度;o精确度精确度用来描述随机误用来描述随机误差和系统误差对测量结果差和系统误差对测量结果的综合影响程度。的综合影响程度。一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定1 1、随机误差的分布及特性、随机误差的分布及特性2 2、随机误差评定的几个重要参数、随机误差评定的几个重要参数（1 1）算术平均值）算术平均值（2 2）标准偏差）标准偏差（3 3）极限误差）极限误差3 3、随机误差的处理结果及表达、随机误差的处理结果及表达二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定1

43、1、随机误差的分布及特性、随机误差的分布及特性p 呈正态分布呈正态分布p 随机误差的特性随机误差的特性:（1）对称性（抵偿性）：）对称性（抵偿性）：绝对值相等的正负绝对值相等的正负误差出现的次数大致相等误差出现的次数大致相等;（2）单峰性（集聚性）：单峰性（集聚性）：绝对值小的误差绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的次数多比绝对值大的误差出现的次数多;（3）有界性（极限性）：有界性（极限性）：在一定的测量条在一定的测量条件下件下,误差的绝对值不会超出一定的限度误差的绝对值不会超出一定的限度.22221ey为标准偏差为标准偏差;为随机误差为随机误差;=测得值测得值li 真值真值L y为概率密度。

44、为概率密度。根据随机误差的上述特性及概率论原理根据随机误差的上述特性及概率论原理,正态分布的分布密度为正态分布的分布密度为:limy2 2、随机误差评定的几个重要参数、随机误差评定的几个重要参数（1）算术平均值）算术平均值o 对某一量进行一系列等精度测量，由于存在随机误差，其测对某一量进行一系列等精度测量，由于存在随机误差，其测得值皆不相同，应以全部测得值（得值皆不相同，应以全部测得值（N个）的个）的算术平均值算术平均值作为作为最后测量结果。最后测量结果。NlLip测得值与算术平均值之差测得值与算术平均值之差称为残余误差称为残余误差vi，即：，即：Llviio残余误差有两个特性：残余误差有两个

45、特性：一是残差的代数和等于零；一是残差的代数和等于零；二是残差的平方和最小。二是残差的平方和最小。0iv min2iv二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定（2 2）标准偏差）标准偏差值越小，值越小，y减小得越快，即曲线变减小得越快，即曲线变陡。对应于误差为零的纵坐标也大，陡。对应于误差为零的纵坐标也大，曲线变高。反之，曲线变高。反之，值越大，值越大，y减小减小得越慢，曲线平坦，同时对应于误得越慢，曲线平坦，同时对应于误差为零的纵坐标也小，曲线变低。差为零的纵坐标也小，曲线变低。22221ey由由标准偏差标准偏差小，任一单次测得值相对算术平均值的分散度就小，小，任一单次测得值相对算术

46、平均值的分散度就小，测量的可靠性就大，即测量精度高。测量的可靠性就大，即测量精度高。因此，标准偏差因此，标准偏差是表征是表征同一被测量的同一被测量的n次测量的测得值分散性的参数。可作为测量列次测量的测得值分散性的参数。可作为测量列中单次测量不可靠性的评定标准。中单次测量不可靠性的评定标准。单次测量的标准偏差单次测量的标准偏差二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定（2 2）标准偏差）标准偏差 （续）（续）在等精度测量列中，单次测量的标准差按下式计算：在等精度测量列中，单次测量的标准差按下式计算：NNIN222221.单次测量的标准偏差单次测量的标准偏差当被测量的真值为未知时，不式不能求

47、得标准偏差。当被测量的真值为未知时，不式不能求得标准偏差。根绝误根绝误差理论，用算术平均值代替真值，即用残余误差代替真误差，差理论，用算术平均值代替真值，即用残余误差代替真误差，而得到而得到标准差的估计值标准差的估计值S S：12Nvsi此式称为贝塞尔（此式称为贝塞尔（BesselBessel）公式。）公式。二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定（2 2）标准偏差）标准偏差（续）（续）o如果在如果在相同条件下对同一量值作多组重复相同条件下对同一量值作多组重复的系列测量，每一的系列测量，每一系列测量都有一个算术平均值，由于随机误差的存在，各个系列测量都有一个算术平均值，由于随机误差的存

48、在，各个测量列的算术平均值也不相同，测量列的算术平均值也不相同，它们围绕着被测量的真值有它们围绕着被测量的真值有一定的分散，此分散说明一定的分散，此分散说明 了算术平均值的不可靠性了算术平均值的不可靠性。o L算术平均值的标准偏差算术平均值的标准偏差LNSNL二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定是表征同一被测量的各个独立测量列算术平均值分散是表征同一被测量的各个独立测量列算术平均值分散性的参数，是算术平均值不可靠性的评定标准。性的参数，是算术平均值不可靠性的评定标准。（3 3）极限误差）极限误差 由概率积分可知，随机误差正态分布曲线下的全部面积相由概率积分可知，随机误差正态分布曲线

49、下的全部面积相当于全部误差出现的概率，即：当于全部误差出现的概率，即：12122)2/(dededeP0)2/()2/(22222221)(dze21)()(2dze22)P(，z令z0/2zz0/2z22z，z则随机误差在随机误差在-至至+范围内的概率为：范围内的概率为：(z)称为拉普拉斯函数，其值可由概率积分表中查出。称为拉普拉斯函数，其值可由概率积分表中查出。单次测量的极限误差单次测量的极限误差lim二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定（3 3）极限误差）极限误差z误差落在误差落在内的内的概率概率P=2(z)误差超出误差超出范围范围的概率的概率P=1-P123412340.6

50、8260.95440.99730.99990.31740.04560.00270.00064当当z=3，即即|=3 时，误差超出时，误差超出范围的概率只有范围的概率只有.，可视为小概率，可视为小概率事件，由概率论知，小概率事件可以忽略不计。事件，由概率论知，小概率事件可以忽略不计。故单次测量的极限误差故单次测量的极限误差lim:lim=3lim反映了随机误差对单次测量值影响的程度（即最大可能影响反映了随机误差对单次测量值影响的程度（即最大可能影响范围）。范围）。单次测量的极限误差单次测量的极限误差lim二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定（3 3）极限误差）极限误差当多个测量列的算

51、术平均值误差为正态分布时，根据概率当多个测量列的算术平均值误差为正态分布时，根据概率知识，测量列算术平均值的极限误差为：知识，测量列算术平均值的极限误差为：Llim算术平均值的极限误差算术平均值的极限误差LL3lim二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定3 3、随机误差的处理结果及表达、随机误差的处理结果及表达o随机误差不可能从测量结果中消除，只能通过评定与处理，随机误差不可能从测量结果中消除，只能通过评定与处理，减小其对测量结果的影响度，并给出其误差极限范围。减小其对测量结果的影响度，并给出其误差极限范围。o随机误差的评定必须建立在多次重复测量的基础上。随机误差的评定必须建立在多次

52、重复测量的基础上。o随机误差对测量结果的影响程度，即测量的精密度由标准偏随机误差对测量结果的影响程度，即测量的精密度由标准偏差或极限误差表征。差或极限误差表征。o测量结果的表达形式有：测量结果的表达形式有：以单次测量值以单次测量值li作为测量结果：作为测量结果：lilim=li3s以算术平均值作为测量结果：以算术平均值作为测量结果：LLLL3lim二、随机误差的特性及评定二、随机误差的特性及评定三、系统误差的发现与消除三、系统误差的发现与消除1、定值系统误差的发现与消除、定值系统误差的发现与消除o采用实验对比法采用实验对比法。它是改变产生系统误差的条件进行不同条。它是改变产生系统误差的条件进行

53、不同条件的测量。件的测量。o如量块按公称尺寸使用时，在测量结果中就存在由于量块的如量块按公称尺寸使用时，在测量结果中就存在由于量块的尺寸偏差而产生的不变的系统误差，多次重复测量也不能发尺寸偏差而产生的不变的系统误差，多次重复测量也不能发现这一误差，只有用另一块高一级精度的量块进行对比时才现这一误差，只有用另一块高一级精度的量块进行对比时才能发现它。能发现它。2、变值系统误差的发现与消除、变值系统误差的发现与消除采用残余误差观察法，它是采用残余误差观察法，它是根据测量列的根据测量列的各个残余误差大小各个残余误差大小和符号的变化规则和符号的变化规则，直接由误差数据或误差曲线图形来判断，直接由误差数

54、据或误差曲线图形来判断有无系统误差。有无系统误差。残余误差观察法残余误差观察法图图a:若残余误差大体上正负若残余误差大体上正负相间，且无显著变化规律，相间，且无显著变化规律，则则无根据怀疑存在系统误无根据怀疑存在系统误差。差。图图b:若残余误差有规律地若残余误差有规律地递增或递减，递增或递减，存在线性存在线性系统误差。系统误差。图图c:若残余误差有周期性变若残余误差有周期性变化规律，则化规律，则存在周期性存在周期性系统误差。系统误差。图图d:存在存在线性和周期性系统线性和周期性系统误差。误差。四、粗大误差的判别与剔除四、粗大误差的判别与剔除1、3准则（拉依达准则）准则（拉依达准则）o根据随机误

55、差的正态分布规律，其残余误差落在根据随机误差的正态分布规律，其残余误差落在 以外以外的概率约为的概率约为0.3%，将超出，将超出 范围的残差作为粗大误差，即范围的残差作为粗大误差，即粗大误差的判别式为粗大误差的判别式为：3svi33vi333准则是在假定准则是在假定N N次重复测量系列值中有一次是可疑的条件次重复测量系列值中有一次是可疑的条件下导出的，所以下导出的，所以每判断一次每判断一次，无论有几个残余误差的绝对值超，无论有几个残余误差的绝对值超越越33界限，界限，只能剔除一个最大的残余误差只能剔除一个最大的残余误差。实际应用中，可用判别式：实际应用中，可用判别式：仅适用于仅适用于N50的实

56、验统计。不适用于的实验统计。不适用于N10的测量。的测量。2 2、肖维纳准则（等概率准则）、肖维纳准则（等概率准则）该准则是该准则是以正态分布为前提的。以正态分布为前提的。假定假定N次测量中有一次测量是可疑的，此假定成立的概率是次测量中有一次测量是可疑的，此假定成立的概率是50，即，即N次重复测量测值落在正常测值范围的概率为次重复测量测值落在正常测值范围的概率为2(z);落在不正常范围的概率为落在不正常范围的概率为1/2N，根据概率论原理有：，根据概率论原理有：Nz2/121）（肖维纳准则的判别式：肖维纳准则的判别式：zvi实际应用中，可用判别式：实际应用中，可用判别式：svi3根据已知测量次

57、数，求出根据已知测量次数，求出（z），反查概率积分表即得相应的），反查概率积分表即得相应的z值。值。四、粗大误差的判别与剔除四、粗大误差的判别与剔除五、等精度（直接）测量数据处理步骤五、等精度（直接）测量数据处理步骤o在等精度条件下，对某一量进行了在等精度条件下，对某一量进行了N次重复测量，得测量列次重复测量，得测量列l1，l2，li，lN,o处理步骤如下：处理步骤如下：NlLi/（1）判断定值系统误差；）判断定值系统误差；（2）求算术平均值）求算术平均值（3）求残余误差；）求残余误差；（4）判断变值系统误差；）判断变值系统误差；（5）求标准偏差及极限误差；）求标准偏差及极限误差；（6）判断并

58、剔除粗大误差；）判断并剔除粗大误差；（7）求算术平均值的标准偏差及极限误差；）求算术平均值的标准偏差及极限误差；（8）测量结果表达：）测量结果表达：以单次测值作测量结果：以单次测值作测量结果：以算术平均值作测量结果：以算术平均值作测量结果：Llvii12Nvsilim=3sNSNLLL3limL=lilim=li3sLLLLL3lim例例1：o对某一工件的同一部位进行多次重复测量，测得值列于表中，对某一工件的同一部位进行多次重复测量，测得值列于表中，其中定值系统误差已消除，试求其测量结果。其中定值系统误差已消除，试求其测量结果。解：解：036.25/NlLi（2）求算术平均值）求算术平均值（3

59、）求残余误差；）求残余误差；（4）判断变值系统误差；）判断变值系统误差；（5）求标准偏差；）求标准偏差；（6）判断并剔除粗大误差；）判断并剔除粗大误差；（7）求算术平均值的标准偏差及极限误差；）求算术平均值的标准偏差及极限误差；（8）测量结果表达：）测量结果表达：Llvii21.011040.012NvsimNSL07.01021.0mLL21.007.033limmmLLL00021.00364.25lim(1）定值系统误差已消除；）定值系统误差已消除；无显著变化，无变值系统误差。无显著变化，无变值系统误差。因因N=10，用肖维纳准则，用肖维纳准则，查表查表4-2得：得：z=1.96,而而z

60、.s=1.960.210.412um六、间接测量误差处理六、间接测量误差处理hhlD42),(21xxfy),.,(21mxxxfy 1、系统误差的合成、系统误差的合成若已知各独立的直接测量值若已知各独立的直接测量值xi具有系统误差，其值分别为具有系统误差，其值分别为x1，x2，xm，则函数，则函数y也必然有系统误差：也必然有系统误差：),.,(2211mmxxxxxxfyy称为误差传递系数),.,2,1(.2211mixfxxfxxfxxfyimmlDh2 2、随机误差的合成、随机误差的合成（1）标准偏差的合成）标准偏差的合成 若已知各独立的直接测量值若已知各独立的直接测量值xi的的标准偏差

61、标准偏差为为x1，x2，xm，则函数，则函数y的标准偏差的标准偏差y的合成表达式为：的合成表达式为：22222221)()()(21mxmxxyxfxfxf2lim222lim222lim21lim)()()(1mxmxxyxfxfxf（2）极限误差的合成）极限误差的合成为误差传递系数的极限误差为直接测量值iixxfxilim3 3、间接测量的结果表达式、间接测量的结果表达式yyylim间接测量中，函数误差的合成分两种情况，即：间接测量中，函数误差的合成分两种情况，即：系统误差和随机误差。其测量结果表达式为：系统误差和随机误差。其测量结果表达式为：例：用弓高弦长法测量工件的直径。例：用弓高弦长

62、法测量工件的直径。已知：已知：l=100mm，l=+10um，liml=2.5um；h=25mm，h=-5um，limh=2um；试计算直径试计算直径D及其测量误差，写出测量结果表达式。及其测量误差，写出测量结果表达式。lDh系统误差D的测量结果的测量结果随机误差解：解：（1）计算直径）计算直径DmmhhlD12542hhfllfDmD35)5()3(102（3）计算）计算D的极限误差的极限误差limD3125210014225210022222hlhfhllf（2）计算）计算D的系统误差的系统误差DmhflfhlD81.72)3(5.22)()(22222lim22lim2lim(4)测量结果表达式为测量结果表达式为mmDDD81007.0035.0125lim4.5 4.5 测量技术中的基本原则简介测量技术中的基本原则简介为了提高测量结果的精确度以及可靠性，应为了提高测量结果的精确度以及可靠性，应该对测量技术中的一些基本原则了解和掌握：该对测量技术中的一些基本原则了解和掌握：o 阿贝测长原则阿贝测长原则o 闭合原则闭合原则o 最小变形原则最小变形原则o 最短测量链原则最短测量链原则o 基准统一原则基准统一原则o 重复原则重复原则o 随机原则随机原则