03第2章机械精度设计测量技术基础02

1第2章测量技术基础2.3测量误差及其数据处理2.3.1测量误差及其表示方法1.测量误差的含义测量误差——2.测量误差的表示方法（1）绝对误差Δ——0xxΔ即（2-3）绝对误差为代数值。测得值与被测量真值之差。测得值与被测量真值之差。2（2）相对误差ε——例如用i=0.05mm游标卡尺测量某零件，测得尺寸为40.05mm,再用高精度量具测得尺寸为40.025mm。求（1）绝对误差Δ；（2）相对误差ε。%100x(2-4).测量的绝对误差的绝对值与被测量真值之比。000xxxx3解（1）根据式（2-3）得绝对误差为0xx（2）根据式（2-4）得相对误差为0x比较测量精度高低基本尺寸相同用Δ评定基本尺寸不相同用ε评定mm025.0025.4005.40%06.0%100025.40025.04（3）极限误差——表示。用lim则有（2-5）lim0xx或测量的绝对误差的变化范围，lim0limxxx52.3.2测量误差来源与减小方法1.计量器具误差计量器具误差是由于计量器具本身内在因素引起的。（1）原理误差原理误差是由于计量器具的测量原理和结构设计不合理造成的。此类误差一般为系统误差，加修正值可消除。但有时为方便而不消除，因而带来误差。6（2）阿贝误差阿贝误差是由于在测量中不按阿贝原则进行测量而引起误差。是指在设计计量器具或测量工件时，应该将被测长度与仪器的基准长度安置在同一条直线上。如图2-9所示为阿贝测长仪原理图。图2-9阿贝测长仪原理图阿贝原则——标准刻线尺被测刻线尺7图2-10用卡尺测轴，由于不符合阿贝原则引起的误差为图2-10用卡尺测轴SLLtanS标准刻线尺被测零件8(3)仪器基准件误差仪器基准件误差是指量仪的基准件本身的误差。如千分尺中测微螺杆的螺距误差、测长仪的刻线尺刻度误差等。2.相对测量中的标准件误差如长度基准量块按级使用。3.测量方法误差9如用齿厚卡尺测量齿轮分度圆齿厚(图2-11)。图2-11齿厚齿轮（1）测量基准与设计基准不统一而引起的误差。10(2)被测件安装、定位不正确而引起的误差如图2-12为套筒轴线与工作台不垂直而引起的误差为)cos1(DcosDDDDD图2-12套筒测量11(3)测量力引起的误差接触测量时，如被测件硬度、刚度低，测量力过大，使零件有接触变形或弹性变形，而引起的误差。(4)测量条件误差测量条件是指温度、湿度、振动、环境等外界因素所引起误差。尤其是温度。①被测件偏离标准温度200产生的误差为)20(20011022ctctLL（2-8）L引起的系统可以消除12②被测件与基准件温差和室温变化产生的误差为212212212)(tttLL（2-9）为不定系统误差L可作为随机误差处理式中L—被测件的尺寸;线胀系数；基准件、被测件材料的—、21；基准件、被测件的温度—、21tt室温的变化量。—t132.3.3测量误差分类、特性及其处理原则按其性质可分系统误差——随机误差——粗大误差——1.随机误差的评定及其处理原则随机误差是指在一定测量条件下，多次测量同一量值时，测量误差的绝对值和符号以不可预定的方式变化。产生原因——温度的波动、振动、测量力不稳及测量人的视差等。（1）随机误差可消除。不可消除，只能减小。剔除。14随机误差符合统计规律，如图2-13所示为正态分布。（2）正态分布的随机误差基本特性①单峰性——绝对值小的误差比绝对值大的误差出现概率大。图2-13正态分布曲线11y22y15②对称性——绝对值相等的正、负误差出现的概率相等。③有界性——在一定的测量条件下，随机误差的绝对值有一定的界限。图2-13正态分布曲线④抵偿性——随着测量次数的增加，各次随机误差的算术平均值趋于零。即各次随机误差的代数和趋于零。16正态分布曲线的密度函数数学式为22221ey（2-10）概率密度；—式中y随机误差；—标准偏差。—底的指数函数。为以自然对数的底—e222e17和图2-14可见：时，当0图2-14分布形状与σ的关系测得值越集中，即测量精度越高。,21222ey由。21maxyy,)(1如分布曲线越陡峭maxy18图2-14分布形状与σ的关系图2-14中为三种不同测量精度分布曲线。321即可见,σ表征测量精度高低。maxy分布曲线越平坦，测得值越分散，测量精度越低。19在实际测量中，标准偏差和算术平均值按下式计算：112nxxnii（2-11）niixnx11(2-12)。测量次数，一般取—20~10n次测量值；第—式中ixi测量的算术平均值；—x20由概率论可知，全部随机误差的概率之和为121222deydP（2-13）率为）内出现随机误差的概，在（deP22221（2-14）于是有则令,,ddtt)(2222102222tdtedtePttttt(2-15)21式（2-15）中dtettt02221)(（2-16））值。（拉普拉斯函数表由tt0.000640.999364σ40.00270.99733σ30.04560.95442σ20.31740.68261σ1超出｜δ｜的概率p=2Φ(t)不超出｜δ｜的概率p=2Φ(t)δ=±tσt表2-4摘自拉普拉斯函数表为拉普拉斯函数，)(t22在符合正态分布测量中，其极限误差一般为3lim（2-17）①单次测量结果表示为30ixx测量结果的表示方法为（见上表）。的概率为不会超过则%73.993)(xxi23（3）随机误差处理原则——不能消除，只能减小。多次测量（即算术平均值）的标准偏差为nx（2-18）多次测量结果表示为xxx30②多次测量24例2-1用某仪器测量一零件，测得值见表2-5所示。及给出测量结果。求：xx,,4-220.005101+120.00891-120.00680020.00771+120.00860020.00754+220.00941+120.00839-320.00421+120.0081测量值xi/mm序号iμm/xxiμm/2xxi007.20101101iixx1010iixx101222ixx表例2-1的测量数据表2-525解：（1）单次测量算术平均值为(见上页的表)mm)(007.20标准偏差为μm6.111022测量结果为0016.03ix30ixx101101iixx11012nxxii26（2）多次测量算术平均值的标准偏差为)μm(5.0106.1测量结果为mm0015.0007.2030xxxnx0005.03007.2027——在一定测量条件下，多次测量同一量值时，测量误差的大小和符号固定不变或按一定的规律变化。2.系统误差及其消除方法（2）系统误差处理原则（3）消除和减小系统误差方法①从产生系统误差的根源消除：仪器调零、基准、温度等因素②用加修正值的方法（1）系统误差——可以消除。若很难消除，设法减小。28③用两次测量的方法④利用被测量之间的内在联系的方法如多面棱体的各角之和为封闭的，即3600。用周节仪测量齿轮齿距累积偏差。3.粗大误差及其剔除——超出在规定条件下预期的误差。粗大误差是由于测量者的粗心大意、测量仪器和测量条件突然振动及读数错误等产生的。（1）粗大误差29（2）粗大误差的判别法——粗大误差按下式判断3ivniixnx11（3）粗大误差的处理方法——剔除（上式中的xi）。3σ法则xxvii式中则xi中含有粗大误差。304.测量精度的分类（1）精密度——测量精度的分类以打靶为例来说明（如图2-15所示）。表示测量结果中随机误差的影响程度(图中（a),(d)精密度高)。图2-15测量精度分类示意图精密度高精密度低31表示测量结果中系统误差的影响程度。（2）正确度——图2-15测量精度分类示意图正确度高正确度低32表示测量结果中随机误差(精密度)和系统误差（正确度）综合的影响程度。（3）准确度——图2-15测量精度分类示意图准确度高准确度低332.3.4测量误差的合成测量误差的合成可分系统误差的合成和随机误差的合成。系统误差随机误差已定系统误差——未定系统误差代数和法合成——方和根法合成1.直接测量法的误差合成（1）已定系统误差Δ系统——按代数和法合成niin121系统（2-20）。各误差分量的系统误差—式中i34（2）随机误差和未定系统误差—按方和根法合成（正态分布和彼此独立）niin12lim2lim2lim22lim1lim（2-21）lim未定系统误差。或各误差分量的随机误差—式中iii3lim352.间接测量法的测量误差合成设Y为被测量，xi为间接测量值，则)(ixfY（1）已定系统误差的合成—按代数和法合成的误差传递系数。间接测量值—式中iixxfinxniixnxxixfxfxfxfY1221（2-22）36（2）随机误差与未定系统误差的合成niiinnYxfxfxfxf12lim22lim22lim2222lim121lim(2-23)nixiYixf122或ii3lim式中YY3lim37例2-2在立式光学计，用四等量块做基准测量100mm的量规。测量室温为（23±2）0C,量规与量块温差不超过10C，光学计有+0.5μm的零位误差，100mm的量块有-0.6μm尺寸误差，量块的线胀系数为10×10-6/0C，量规的线胀系数为11.5×10-6/0C。光学计的示值误差不大于±0.5μm,光学计的读数为+2.5μm。求量规的实际尺寸及极限偏差。38解（1）已定系统误差：μm45.000045.01020231020235.111008263系）得由式（μm35.045.06.05.031ii系系总被测量规的实际尺寸为mm0022.100μm;5.01系光学计μm;6.02系量块引起的误差为测量温度偏离标准温度00035.00025.010039（2）随机误差;3-2m0.42lim由表量块：。被测件与基准件误差未定系统误差：室温CttCt01201;2m1.20.0012101102105.119262222lim3）得由式（m1.436.12.14.05.0222lim总0014.00022.100;μm0.51lim光学计：测量结果为40例2-3设有厚度为1mm的圆弧样板，在万工显用影像法测弦高和弧长。见下图。若测得h=10.1mm,s=32.135mm。求R解：由几何关系可求得间接测量关系式为282hhsRmm1oRsh41（1）代入测量值得半径的基本尺寸为282hhsR①求S、h的传递系数22821hshR（3）求半径的极限误差——随机误差(2)系统误差——s、h不计系统误差。mm830.174hssR21.101.108135.32242②由万工显説明书得测量长度的精度为μm4000303limHLL纵向μm2500503limHLL横向被测零件厚度。—被测零件长