技术测量基本知识详解

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,5,章 技术测量基本知识,9/21/2024,第,5,章 技术测量基本,知识,5.1,概述,5.2,长度基准与长度量值传递系统,5.3,计量器具与测量方法的分类,5.4,测量误差的基本知识,思考题与习题,5.1,概 述,在机械制造业中，判断加工完成的零件是否符合设计要求， 需要通过测量技术来进行。测量技术主要是研究对零件的几何量进行测量和检验的一门技术，,其中零件的几何量包括长度、 角度、 几何形状、 相互位置以及表面粗糙度等。 国家标准是实现互换性的基础， 测量技术是实现互换性的保证。 测量技术就像机械制造业的眼睛一样， 处处反映着产品质量的优劣， 在生产中占据着举足轻重的地位。 ,所谓“测量”，是指确定被测对象的量值而进行的实验过程。通俗地讲，就是将一个被测量与一个作为测量单位的标准量进行比较的过程。这一过程必将产生一个比值，比值乘以测量单位即为被测量值。测量可用一个基本公式来表示，即,L=q E,式中：,L,被测量值； ,E,测量单位； ,q,比值。,（,5-1,）,式,L=q E,被称为基本测量方程式。它说明：如果采用的测量单位,E,为,mm,，,与一个被测量比较所得的比值,q,为,50,，则其被测量值也就是测量结果应为,50 mm,。,测量单位愈小， 比值就越大。测量单位的选择取决于被测几何量所要求的测量精度，精度要求越高，测量单位就应选得越小。 ,分析整个测量过程可知，一个完整的测量过程包括以下四个方面的内容： ,(1),被测对象：主要指零件的几何量。 ,(2),计量单位：是指国家的法定计量单位，长度的基本单位是米（,m,），,其它常用单位有毫米（,mm,）,和微米,(m),。 ,(3),测量方法：是指测量时所采用的测量器具、测量原理以及检测条件的综合。,(4),测量精度：是指测量结果与真值的一致程度。任何测量都避免不了会产生测量误差。因此，精度和误差是两个相互对应的概念。精度高，说明测量结果更接近真值，测量误差更小；反之，精度低，说明测量结果远离真值，测量误差大。由此可知，任何测量结果都是一个表示真值的近似值。,“检验”是一个比“测量”含义更广泛的概念。对于金属内部质量的检验、表面裂纹的检验等，就不能用“测量”这一概念。对于零件几何量的检验，通常只是判断被测零件是否在规定的验收极限范围内，确定其是否合格，而不一定要确定其具体的量值。,5.2,长度基准与长度量值传递系统,5.,2. 1,长度基准,为了保证工业生产中长度测量的精确度， 首先要建立统一、 可靠的长度基准。 国际单位制中的长度单位基准为米（,m,），,机械制造中常用的长度单位为毫米（,mm,），,精密测量时，多用微米,(m),为单位， 超精密测量时， 则用纳米（,nm,）,为单位。 它们之间的换算关系如下： ,1 m=1000 mm,，,1 mm=1000 m,，,1 m=1000 nm,所以在,1983,年的第十七届国际计量大会上审议并批准了一个米的新定义： “米等于光在真空中在,1/299 792 458,秒的时间间隔内的行程长度”。 新定义带有根本性变革， 它建立在一个重要的基本物理常数（真空中的光速,c,= 299 792 458,米,/,秒）的基础上。,c,常数是一个不存在误差的精确值，用它作为米的定义，精度上不受任何条件的限制，其稳定性和复现性是原定义的,100,倍以上，实现了质的飞跃。,4. 2. 2,长度量值传递系统,使用光波长度基准，虽然可以达到足够的准确性， 但却不便直接应用于生产中的量值测量。为了保证长度基准的量值能准确地传递到工业生产中去，就必须建立从光波基准到生产中使用的各种测量器具和工件的尺寸传递系统（见图,5-1,）。目前，,量块,和,线纹尺,仍是实际工作中的两种实体基准，是实现光波长度基准到测量实践之间的量值传递媒介。,图,5-1,长度量值传递系统,4. 2. 3,量块,由图,5-1,长度量值传递系统可知，量块是机械制造中精密长度计量应用最广泛的一种实体标准，它是没有刻度的平面平行端面量具，是以两相互平行的测量面之间的距离来决定其长度的一种高精度的单值量具。 量块的形状一般为矩形截面的长方体和圆形截面的圆柱体（主要应用于千分尺的校对棒）两种，常用的为长方体（见图,5-2,）。 量块有两个平行的测量面和四个非测量面， 测量面极为光滑平整， 非测量面较为粗糙一些。 两测量面之间的距离,L,为量块的工作尺寸。,量块一般用铬锰钢或其他特殊合金钢制成，其线膨胀系数小，性质稳定，不易变形，且耐磨性好。 量块除了作为尺寸传递的媒介， 用以体现测量单位外， 还广泛用来检定和校准量块、量仪；相对测量时用来调整仪器的零位；有时也可直接检验零件， 同时还可用于机械行业的精密划线和精密调整等。,1.,量块的中心长度,量块长度是指量块上测量面的任意一点到与下测量面相研合的辅助体（如平晶）平面间的垂直距离。 虽然量块精度很高， 但其测量面亦非理想平面， 两测量面也不是绝对平行的。可见，量块长度并非处处相等。因此，规定量块的尺寸是指量块测量面上中心点的量块长度，用符号,L,来表示，即用量块的中心长度尺寸代表工作尺寸。量块的中心长度是指量块上测量面的中心到与此量块下测量,面相研合的辅助体（如平晶）表面之间的距离， 如图,5-3,所示。 量块上标出的尺寸为名义上的中心长度， 称为名义尺寸（或称为标称长度），如图,5-2,所示。尺寸小于,6 mm,的量块，名义尺寸刻在上测量面上；尺寸大于等于,6 mm,的量块， 名义尺寸刻在一个非测量面上， 而且该表面的左右侧面分别为上测量面和下测量面。,图,5-2,量块,图,5-3,量块的中心长度,2.,量块的研合性,每块量块只代表一个尺寸， 由于量块的测量平面十分光洁和平整， 因此当表面留有一层极薄的油膜时（约,0.02 m,），,用力推合两块量块使它们的测量平面互相紧密接触，因分子间的亲和力，两块量块便能粘合在一起，量块的这种特性称为研合性，也称为粘合性。利用量块的研合性，就可以把各种尺寸不同的量块组合成量块组，得到所需要的各种尺寸。,3.,量块的组合,为了组成各种尺寸，量块是按一定的尺寸系列成套生产的， 一套包含一定数量不同尺寸的量块，装在一特制的木盒内。国家量块标准中规定了,17,种成套的量块系列，从国家标准,GB 6093,85,中摘录的几套量块的尺寸系列如,附表,5-1,（,P,126),所示。,量块组合方法及原则,:,(1,）选择量块时，无论是按“级”测量还是按“等”测量，都应按照量块的名义尺寸进行选取。若为按“级”测量，则测量结果即为按“级”测量的测得值；若为按“等”测量，则可将测出的结果加上量块检定表中所列各量块的实际偏差，即为按“等”测量的测得值。 ,(2,）组合量块成一定尺寸时， 应从所给尺寸的最后一位小数开始考虑，每选一块应使尺寸至少去掉一位小数。 ,(3,）使量块块数尽可能少，以减少积累误差，一般不超过,35,块。 ,(4,）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两套以上的量块中混选。 ,(5,）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。,(6,）组合时，下测量面一律朝下。,例如：要组成,28.935,的尺寸，若采用,83,块一套的量块，参照附表,3-1,，其选取方法如下： ,以上四块量块研合后的整体尺寸为,28.935,。,第一块量块尺寸为,1.005,第二块量块尺寸为,1.43,第三块量块尺寸为,6.5,第四块量块尺寸为,20,4.,量块的精度,1,） 量块的分级,按国标的规定，量块按制造精度分为,6,级，即,00,、,0,、,1,、,2,、,3,和,K,级。其中,00,级精度最高，依次降低，,3,级精度最低，,K,级为校准级。各级量块精度指标见,附表,5-2,。 ,量具生产企业根据各级量块的国标要求，在制造时就将量块分了“级”，并将制造尺寸标刻在量块上。使用时，就使用量块上的名义尺寸。这叫做按“级”测量。 ,2,） 量块的分等,量块按其检定精度，可分为,1,、,2,、,3,、,4,、,5,、,6,六等，其中,1,等精度最高，依次降低，,6,等精度最低。各等量块精度指标见,附表,5-3,。 ,当新买来的量块使用了一个检定周期后（一般为一年），再继续按名义尺寸使用即按“级”使用，组合精度就会降低（由于长时间的组合、 使用， 量块有所磨损）。 所以，就必须对量块重新进行检定，测出每块量块的实际尺寸，并按照各等量块的国家标准将其分成“等”。使用量块检定后的实际尺寸进行测量，叫做按“等”测量。,这样，一套量块就有了两种使用方法。按“级”使,用时，所根据的是刻在量块上的名义尺寸，其制造误差忽略不计；按“等”使用时，所根据的是量块的实际尺寸，而忽略的只是检定量块实际尺寸时的测量误差，但可用较低精度的量块进行比较精密的测量。因此，按“等”测量比按“级”测量的精度高。 ,5.3,测量方法与测量器具,5.,3. 1,计量器具的分类,计量器具可按其测量原理、结构特点及用途分为以下五类： ,(1),基准量具和量仪：在测量中体现标准量的量具和量仪。例如：量块、角度量块、激光比长仪、基准米尺等。 ,(2),通用量具和量仪：可以用来测量一定范围内的任意尺寸的零件，它有刻度，可测出具体尺寸值。按结构特点可分为以下几种： , 固定刻线量具：如米尺、钢板尺、卷尺等, 游标量具：如三用游标卡尺（含带表游标卡尺、数显游标卡尺等）、游标深度尺、游标高度尺、齿厚游标卡尺、游标量角器等。 , 螺旋测微量具：如外径千分尺、内径千分尺、 螺纹中径千分尺、公法线千分尺等。 , 机械式量仪：如百分表、内径百分表、千分表、杠杆齿轮比较仪、扭簧仪等。 , 光学量仪：如工具显微镜、光学比较仪等。 , 气动量仪：是将零件尺寸的变化量通过一种装置转变成气体流量（或压力等）的变化，然后将此变化测量出来即可得到零件的被测尺寸。 如浮标式、 压力式、 流量计式气动量具等。 , 电动量仪：是将零件尺寸的变化量通过一种装置转变成电流（或电感、电容等）的变化，然后将此变化测量出来即可得到零件的被测尺寸。如电接触式、电感式、电容式电动量仪等。 ,(3,),量规：为无刻度的专用量具。它只能用来检验零件是否合格，而不能测得被测零件的具体尺寸。 如：塞规、卡规、环规、螺纹塞规、螺纹环规等。 ,(4),检验装置：是量具量仪和其它定位元件等的组合体，用来提高测量或检验效率，提高测量精度，便于实现测量自动化，在大批量生产中应用较多。 ,5.,3. 2,计量器具的基本技术指标,度量的技术指标是指测量中应考虑的测量工具的主要性能，它是选择和使用测量工具的依据。计量器具的基本度量指标如图,5-4,所示。,图,5-4,计量器具的基本度量指标,(1),刻度间隔,C,：,也叫刻度间距，简称刻度，它是标尺上相邻两刻线中心线之间的实际距离（或圆周弧长）。为了便于目测估读，一般刻线间距在,12.5 mm,范围内。 ,(2),分度值,i,：,也叫刻度值、精度值，简称精度，它是指测量器具标尺上一个刻度间隔所代表的测量数值。,(3),示值范围：是指测量器具标尺上全部刻度间隔所代表的测量数值。 ,(4),量程：计量器具示值范围的上限值与下限值之差。,(5),测量范围：测量器具所能测量出的最大和最小的尺寸范围。一般地，将测量器具安装在表座上，它包括标尺的示值范围、表座上安装仪表的悬臂能够上下移动的最大和最小的尺寸范围。 ,(6),灵敏度：能引起量仪指示数值变化的被测尺寸的最小变动量。灵敏度说明了量仪对被测数值微小变动引起反应的敏感程度。,(7),示值误差：量具或量仪上的读数与被测尺寸实际数值之差。 ,(8),放大比,K,：,也叫传动比，它是指量仪指针的直线位移（或角位移）与引起这个位移的原因（即被测量尺寸变化）之比。这个比等于刻度间隔与分度值之比， 即,K,=,C,/,i,。,(9),修正值：是指为了消除和减少系统误差，用代数法加到测量结果上的数值。它的大小和示值误差的绝对值相等，而符号相反。在测量结果中加入相应的修正值后，可提高测量精度。,(10),不确定度：是指在规定条件下测量时，由于测量误差的存在，被测几何量值不能肯定的程度。,5.,3. 3,测量方法的分类,在测量中， 测量方法是根据测量对象的特点来选择和确定的，其特点主要是指测量对象的尺寸大小、精度要求、形状特点、材料性质以及数量等。主要可分为以下几种： ,(1),据获得被测结果的方法不同，测量方法可分为,直接测量,和,间接测量,。 ,直接测量：测量时，可直接从测量器具上读出被测几何量的大小值。例如：用千分尺、卡尺测量轴径，就能直接从千分尺、卡尺上读出轴的直径尺寸。 ,间接测量：被测几何量无法直接测量时，首先测出与被测几何量有关的其他几何量，然后，通过一定的数学关系式进行计算来求得被测几何量的尺寸值。,例如： 如下图所示，在测量一个截面为圆的劣弧的几何量所在圆的直径,D,（,或测量一个较大的柱体直径,D,）,时，由于无法直接测量，可以先测出该劣弧的弦长,b,以及相应的弦高,h,，,然后通过公式,D,=,h,+,b,2,/4,h,计算出其直径,D,。 ,间接测量圆的直径,通常为了减小测量误差，都采用直接测量，而且， 也比较简单直观。但是，间接测量虽然比较繁琐，当被测几何量不易测量或用直接测量达不到精度要求时， 就不得不采用间接测量了。 ,(2),根据被测结果读数值的不同，即读数值是否直接表示被测尺寸，测量方法可分为,绝对测量,和,相对测量,。,绝对测量（全值测量）：测量器具的读数值直接表示被测尺寸。例如：用千分尺测量零件尺寸时可直接读出被测尺寸的数值。,相对测量（微差或比较测量）：测量器具的读数值表示被测尺寸相对于标准量的微差值或偏差。该测量方法有一个特点，即在测量之前必须首先用量块或其他标准量具将测量器具对零。例如：用杠杆齿轮比较仪或立式光学比较仪测量零件的长度，必须先用量块调整好仪器的零位，然后进行测量，测得值是被测零件的长度与量块尺寸的微差值。 ,一般地，相对测量的测量精度比绝对测量的高， 但测量较为麻烦。 ,(3),根据零件的被测表面是否与测量器具的测量头有机械接触，测量方法可分为,接触测量,和,非接触测量,。,接触测量：测量器具的测量头与零件被测表面以机械测量力接触。例如：千分尺测量零件、百分表测量轴的圆跳动等。,非接触测量：测量器具的测量头与被测表面不接触，不存在机械测量力。例如：用投影法（如：万能工具显微镜、大型工具显微镜等）测量零件尺寸、用气动量仪测量孔径等。 ,接触测量由于存在测量力，会使零件被测表面产生变形，引起测量误差，使测量头磨损以及划伤被测表面等，但是对被测表面的油污等不敏感；非接触测量由于不存在测量力，被测表面也不会引起变形误差，因此， 特别适合薄结构易变形零件的测量。 ,(4),根据同时测量参数的多少，测量方法可分为,单项测量,和,综合测量,。 ,单项测量：单独测量零件的每一个参数。例如：用工具显微镜测量螺纹时可分别单独测量出螺纹的中径、螺距、牙型半角等。 ,综合测量：测量零件两个或两个以上相关参数的综合效应或综合指标。例如：用螺纹塞规或环规检验螺纹的作用中径。 ,综合测量一般效率较高，对保证零件的互换性更为可靠，适用于只要求判断工件是否合格的场合。单项测量能分别确定每个参数的误差，一般用于工艺分析,(,即分析加工,),过程中产生废品的原因等。 ,(5),根据被测量或敏感元件（测量头）在测量中相对状态的不同，测量方法可分为,静态测量,和,动态测量,。,静态测量：测量时，被测表面与敏感元件处于相对静止状态。 ,动态测量：测量时，被测表面与敏感元件处于（或模拟）工作过程中的相对运动状态。,动态测量生产效率高，并能测出工件上一些参数,连续变化的情况，常用于目前大量使用的数控机床,(,如数控车床、数控铣床、数控加工中心等设备,),的测量装置。由此可见，动态测量是测量技术的发展方向之一。,(6),根据测量对机械制造工艺过程所起的作用不同， 测量方法可分为,被动测量,和,主动测量,。 ,被动测量：在零件加工后进行的测量。这种测量只能判断零件是否合格，其测量结果主要用来发现并剔除废品。 ,主动测量：在零件加工过程中进行的测量。这种测量可直接控制零件的加工过程，及时防止废品的产生。 ,5.4,测量误差的基本知识,5.,4. 1,测量误差的基本概念及产生原因,1,测量误差的基本概念,从长度测量的实践中可知，当测量某一量值时，用一台仪器按同一测量方法由同一测量者进行若干次测量，所获得的结果是不同的。若用不同的仪器、不同的测量方法、由不同的测量者来测量同一量值，则这种差别将会更加明显，这是由于一系列不可控制的和不可避,免的主观因素或客观因素造成的。所以，对于任何一次,测量，无论测量者多么仔细，所使用的仪器多么精密，采用的测量方法多么可靠，在测得结果中，都不可避免地会有一定的误差。也就是说，所得到的测量结果，仅仅是被测量的近似值。,被测量的实际测得值与被测量的真值之间的差异,，叫做,测量误差,。即,=,x,x,0,式中：,测量误差； ,x,被测量的实际测得值； ,x,0,被测量的真值。 ,测量误差分为绝对误差和相对误差。其中，上式所表示的测量误差叫做测量的绝对误差，用来判定相同被测几何量的测量精确度。由于,X,可能大于、等于或小于,q,，,因此，,可能是正值、零或负值。这样，上式可写为,x,0,=,x,上式说明：测量误差,的大小决定了测量的精确度，,越大，则精确度越低；,越小，则精确度越高。 ,另外，对于不同大小的同类几何量，要比较测量精确度的高低，一般采用相对误差的概念进行比较。相对误差是指绝对误差,和被测量的真值,x,0,的比值。常用被测量的实际测得值代替真值,即, 式中： ,f,相对误差。 ,由上式可以看出，相对误差,f,是一个没有单位的数值，一般用百分数（,%,）来表示。,x,0,x,例如：有两个被测量的实际测得值,X,1,=100 ,X,2,= 10,，,则其相对误差为,由上例可以看出 两个不同大小的被测量，虽然具有相同大小的绝对误差，其相对误差是不同的，显然， ，表示前者的精确度比后者高。,f,1,f,2,f,1,f,2,2,测量误差产生的原因,测量误差是不可避免的，但是由于各种测量误差的产生都有其原因和影响测量结果的规律，因此测量误差是可以控制的。要提高测量精确度，就必须减小测量误差。要减小和控制测量误差，就必须对测量误差产生的原因进行了解和研究。产生测量误差的原因很多，主要有以下几个方面： ,(,1),测量器具误差,测量器具误差是指由于计量器具本身存在的误差而引起的测量误差。具体地说，是由于计量器具本身的设计、制造以及装配、调整不准确而引起的误差， 一般表现在计量器具的示值误差和重复精度上。 ,(2),基准件误差,所有基准件或基准量具，虽然制作得非常精确， 但是都不可避免地存在误差。基准件误差就是指作为标准量的基准件本身存在的误差。例如，量块的制造误差等。 ,基准件误差直接影响测得值。在相对测量中，基准件误差包含在测量误差内，因为在测量时用来与被测几何量进行比较的基准件（如量块）误差将直接反映到测量结果中，引起测量误差。例如，在光学比较仪上用,2,级量块作为基准件将仪器调零，测量,20 mm,的零件时， 仅仅由,2,级量块就可能产生,0.60 m,的测量误差。在测量中，要合理选择基准件的精度，一般地，基准件的误差应不超过总测量误差的,1/31/5,。 ,(3),环境误差,环境误差是指由于环境因素与要求的标准状态不一致所引起的测量误差。 影响测量结果的环境因素有温度、湿度、振动和灰尘等。其中温度影响最大，这是由于各种材料几乎对温度都非常敏感，都具有热胀冷缩的现象。因此，在长度计量中规定标准温度为,20,。 ,(4,),测量方法误差,测量方法误差是指选择的测量方法和定位方法不完善所引起的误差。例如：测量方法选择不当、工件安装不合理、计算公式不精确、采用近似的测量方法或间接测量法等造成的误差。,(5),人员读数误差,指测量人员因生理差异和技术不熟练引起的误差。常表现为视差、观测误差、估读误差和读数误差等。,5.,4. 2,测量误差的分类和测量方法,1.,测量误差的分类,根据误差的特点与性质，以及误差出现的规律， 可将测量误差分为,系统误差,、,随机误差,和,粗大误差,三种基本类型。 ,(1),系统误差,系统误差是指在同一条件下，对同一被测几何量进行多次重复测量时，误差的数值大小和符号均保持不变；或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。前者称为,定值系统误差,，如，量块检定后的实际偏差，千分尺不对零而产生测量误差等。后者称为,变值系统误差,，所谓确定规律，是指这种误差可表达为一个因素或几个因素的函数。例如：尺长是温度的函数，改变温度， 尺长将按照热胀冷缩的确定规律变化， 从而引起误差。 又如：分度盘偏心所引起的按正弦规律周期变化的测量误差。,系统误差由于具有一定的规律，理论上讲比较容易发现和剔除。但是，也有一些系统误差由于变化规律非常复杂，一般不太容易发现和剔除。 ,(2),随机误差,随机误差是指在同一条件下， 对同一被测几何量进行多次重复测量时，绝对值和符号以不可预定的方式变化的误差。从表面看，随机误差没有任何规律， 表现为纯粹的偶然性，因此也将其称为偶然误差。 ,单次测量时，误差出现是无规律可循的；若进行多次重复测量，误差的变化服从统计规律，所以，可利用统计原理和概率论对它进行处理。,(3),粗大误差,粗大误差（也叫过失误差）是指超出了在一定条件下可能出现的误差。它的产生是由于测量时疏忽大意（如读数错误、计算错误等）或环境条件的突变（冲击、振动等）而造成的某些较大的误差。在处理数据时，必须按一定的准则从测量数据中剔除。 ,粗大误差常用,3,准则，即拉依达准则来判断。它主要用于测量次数多于,10,次，且服从正态分布的误差。 所谓,3,准则，是指在测量值数列中，凡是测量值与算术平均值之差即残余误差,的绝对值大于标准偏差 的,3,倍的，都认为该测量值具有粗大误差，应从测量列中将其剔除。,(4),测量精度,测量精度是指几何量的测得值与其真值的接近程度。 它与测量误差是相对应的两个概念，即是从两个不同的角度说明同一概念的术语。测量误差越大，测量精度就越低；反之，测量误差越小，测量精度就越高。为了反映系统误差与随机误差的区别及其对测量结果的影响，以打靶为例进行说明。如图,5-7,所示，圆心表示靶心，黑点表示弹孔。图,5-7(a,),表现为弹孔密集但偏离靶心，说明随机误差小而系统误差大；图,5-7(b,),表现为弹孔较为分散， 但基本围绕靶心分布，说明随机误差大而系统误差小；图,5-7(c,),表现为弹孔密集而且围绕靶心分布，说明随机误差和系统误差都非常小；图,5-7(d,),表现为弹孔既分散又偏离靶心，说明随机误差和系统误差都较大。,图,5-7,测量精度,(a,）,精密度高；,(b,）,正确度高；,(c,）,准确度高；,(d,）,准确度低,根据以上分析，为了准确描述测量精度的具体情况，可将其进一步分类为精密度、 正确度和准确度。,1.,精密度,精密度是指在同一条件下对同一几何量进行多次测量时，该几何量各次测量结果的一致程度。它表示测量结果受随机误差的影响程度。若随机误差小，则精密度高。,2.,正确度,正确度是指在同一条件下对同一几何量进行多,次测量时，该几何量测量结果与其真值的符合程度。 它表示测量结果受系统误差的影响程度 。若系统误差小，则正确度高。 ,3.,准确度（或称精确度）,准确度表示对同一几何量进行连续多次测量所得到的测得值与真值的一致程度。它表示测量结果受系统误差和随机误差的综合影响程度。若系统误差和随机误差都小，则准确度高。 ,按照上述分类可知，图,5-7,(a),为精密度高而正确度低； 图,5-7,(b),为正确度高而精密度低；图,5-,7,(c),为精密度和正确度都高，因而准确度也高；图,5-7,(d),为精密度和正确度都低，所以准确度也低。 ,3. 4. 5,随机误差的特性与处理,1.,随机误差的特性,随机误差的特性可以用实验统计法总结出来。 先做一个实验： 对某一零件用相同的方法进行,150,次重复测量，可得,150,个测得值，然后将测得的尺寸进行分组， 将,7.131,，,7.132,，,，,7.141,，每隔,0.001,为一组，分为,11,组，各测得值及出现次数如表,5-2,所示。,5,若以横坐标表示测得值,X,i,，,纵坐标表示相对出现次数,n,i,/,N,，,其中,n,i,为某一测得值出现的次数，,N,为测量总次数，则得如图,5-8(a,),所示的图形，称为频率直方图。连接每个小方图的上部中点，得一折线，称为实际分布曲线。,图,5-8,随机误差的正态分布曲线,(a),实际分布曲线；,(b),正态分布曲线,如果将上述实验的测量总次数,N,无限增大（,N,），,而分组间隔,x,无限减小,(,x,0),，,且用横坐标表示随机误差，纵坐标表示对应的随机误差的概率密度，则可以得到如图,5-8(b,),所示的光滑曲线，即随机误差的正态分布曲线，也称高斯曲线。,从测量结果中可以看出，随机误差具有下列四大特性：,(1,）,对称性,：绝对值相等、符号相反的误差出现的概率相等。,(2,）,单峰性,：绝对值小的误差出现的概率比绝对值大的误差出现的概率大。,(3,）,有界性,：在一定的测量条件下，误差的绝对值不会超过一定的界限。,(4,）,抵偿性,：在相同条件下，当测量次数足够多时，各随机误差的算术平均值随测量次数的增加而趋近于零。该特性是对称性的必然反映。,根据概率论原理，正态分布曲线可用下列数学公式表示，即,式中：,y,概率密度； ,随机误差（,=,测得值真值）； ,e,自然对数的底（,e=2.71828,）； ,标准偏差， 也称为均方根误差， 即,由上式可知，概率密度,y,与随机误差,及标准偏差,有关。当,=0,时，正态分布的概率密度最大， 即,。 若 ,， 则,y,1max,y,2max,y,3max,，即,越小，,y,max,越大，正态分布曲线越陡， 随机误差的分布范围越小，说明测量精度越高；反之，,越大，,y,max,越小，正态分布曲线越平坦， 随机误差的分布范围越分散，说明测量精度越低。 因此标准偏差,的大小反映了随机误差的分散特性和测量精度的高低。通过,计算，随机误差在,3,范围内出现的概率为,99.73%,，已接近,100%,，所以一般以,3,作为随机误差的极限误差。 图,5-9,表示三种不同标准偏差的正态分布曲线，其中 。,图,5-9,标准偏差对随机误差分布特性的影响,由于被测量的真值是未知量，在实际应用中常常进行多次测量， 测量次数,n,足够多时，可以测量,x,1,，,x,2, ,x,n,的算术平均值 ， 将其作为真值，即,测量列中各测得值与测量列的算术平均值的代数差，称为残余误差 ， 即,通过推导，得,2.,随机误差的处理,通过采用多次重复测量，可以减少随机误差的影响，一般为,515,次。取多次测量的算术平均值作为测量结果，可以提高测量精度。若在相同条件下，重复测量,n,次，单次测量的标准偏差为,，,则,n,次测量的算术平均值标准偏差,，测量结果为,x,3,。 ,附表,5-1,成套量块尺寸表,(,摘自,GB 609385),注：带（）的等级，根据订货供应。,5,5,思考题与习题,5-1,填空题：,（,1,）测量误差中被测几何量的测量值与其真值之差称为,。,（,2,）测量过程应包括被测对象、计量单位、,和测量精度等,4,个要素。,（,3,）测量是将,与,进行比较，并确定其比值的实验过程。,（,4,）正态分布曲线中，,决定了分布曲线的,，决定了分布曲线的,。,（,5,）按“级”使用量块时，量块分为,级。,（,6,）按测量方法分类，用游标卡尺测量轴的直径属于直接测量，,测量以及,测量。,（,7,）量块是没有,的平行端面量具，利用量块的,性，可将,尺寸的量块组合成所需的各种尺寸。,（,8,）使用量块时，为减少量块的,误差，应尽量减少使用的块数，一般要求不超过,块。,（,9,）单项测量和综合测量：一般来说，,结果便于工艺分析，,适用于只要求判断合格与否的场合。,5-2 ,选择题：,（,1,）测量与被测几何量有一定函数关系的几何量，然后通过函数关系，求出该被测几何量的数值的方法，称为（）。,A,相对测量,B,被动测量,C,综合测量,D,间接测量,（,2,）测量过程中由于不确定因素引起的测量误差属于（）。,A,方法误差,B,系统误差,C,粗大误差,D,随机误差,（,3,）测量过程中温度波动引起的测量误差属于（）。,A,系统误差,B,随机误差,C,粗大误差,D,方法误差,（,4,）用螺纹量规检验螺纹单一中径、螺距和牙侧角实际值的综合结果是否合格属于（）。,A,综合测量,B,直接测量,C,非接触测量,D,单项测量,（,5,）用双管显微镜测量表面粗糙度，采用的是（）测量方法。,A,综合测量,B,直接测量,C,非接触测量,D,接触测量,5-3 ,测量技术的基本任务是什么？,5-4,测量的实质是什么？一个几何量的完整测量过程包含哪几个方面的要素？,5-5,什么是测量器具？常用测量器具有哪些？,5-6,什么是测量误差,?,测量误差分哪几类？ ,5-7,随机误差有几个特性？各是什么？ 随机误差能消除吗？,5-8,对同一几何量在等精度的情况下连续测量,12,次，各次测得的值如下（单位：,mm,）：,40.042,，,40.043,，,40.040,，,40.041,，,40.039,，,40.040,，,40.039,，,40.041,，,40.043,，,40.042,，,40.043,，,40.041,，设测量中不存在定值系统误差，试确定其测量结果。,5-9,量块按“级”使用与按“等”使用有何区别？,5-10,测量误差按性质可分为哪几类？各有什么特征？,5-11,举例说明什么是绝对测量和相对测量、直接测量和间接测量。,