1、测量技术基础2.1 2.1 测量的基本概念测量的基本概念一个完整的测量过程由四个部分组成，即测量过程四要素：一个完整的测量过程由四个部分组成，即测量过程四要素：o 1、测量对象或被测量：、测量对象或被测量：o 2、测量单位或标准量：、测量单位或标准量：o 3、测量方法、测量方法o 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。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值x x（测得值）和表达（测得值）和表达该测值准确度的该测值准确度的“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
2、)mm。测量：将被测量与作为单位或标准的量进行比较测量：将被测量与作为单位或标准的量进行比较,从而确定二从而确定二者比值的实验过程者比值的实验过程.即：即：L=qE。E即为标准量，即为标准量，q为比值。为比值。2.2 2.2 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19831983年第年第1717届国际计量大会给米下了第三次定届国际计量大会给米下了第三次定义，规定：义，规定：“米米”是在真空中在是在真空中在1/299 792 1/299 792 458s458s的时间间隔内行进路程的长度。的时间间隔内行进路程的
3、长度。二、尺寸传递系统二、尺寸传递系统我国长度量值传递系统如图我国长度量值传递系统如图4-1所示，从最高基准谱线向下所示，从最高基准谱线向下传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。（线纹尺）系统。其中尤以量块传递系统应用最广。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）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
4、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，用以检定计量标准的计通过与国家基准或副基准比对或校准，用以检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
5、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GB609385的规定，量块共有的规定，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
6、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组合p 选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一选用量块时，应从所需组合尺寸的最后一位数开始，每选一块至少应减去所需尺寸的一位尾数。块至少应减
7、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，应尽量减少量成所需要的尺寸。为了减少量块的组合误差，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、量块量块的精度量块的精度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
8、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标准规定了量块按其检定精度分为六等，即：标准规定了量块按其检定精度分为六等，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等精等精度最低。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。平面平行性允许偏差来划分的。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。同的角度出发，对其精度进行划分的两种形
9、式。按按“级级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，该尺寸包含其制造误差。尺寸，该尺寸包含其制造误差。按按“等等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，使用时，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，但包含了检定时的测量误差。该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时的测量误差。就同一量块而言，检定时的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，量块按所以，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，且使用要高，且能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。能在
10、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。由于常用角度单位（度）角度基准与长度基准有本质的区别。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，无需建立角度的自然基准。o机械制造业中，常用的角度基准有多面棱体、测角仪或分度机械制造业中，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。多面棱体主面等。多面棱体主要用于检定角度测量仪器
11、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
12、基准棱体起逐级传递。体起逐级传递。2.32.3计量器具与测量方法计量器具与测量方法主要内容：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：直接测量、间接测量按实测量与被测量关系可分为：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：综合测量、单项测量；按零件上同时被测参数的多少可分为：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：接触测量、非接触按被测表面与量仪之间的接触关系可分为：接触测量、非接触测量；测量；p按测量结果与工艺过程控制的关系可分
13、为：主动测量、被动按测量结果与工艺过程控制的关系可分为：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：静态测量、动态测量；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；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等精度测量与不等精度测量。法分为等精度测量与不等精度测量。p按读数是否被测之量的整个数值分为：按读数是否被测之量的整个数值分为：绝对测量、相对测量绝对测量、相对测量二、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
14、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，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
15、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
16、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。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。如读数错误、温度的突然变动等。算术平均值的极限误差1、定值系统误差的发现与消除3、随机误差的处理结果及表达24 第二块量块尺寸L=lilim=li3s测量结果应该用被测量与单位量的比值x（测得值）和表达该测值准确度的“测量不确定度”u表达为：xu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。下表所列为83块组和91块组一套的量块的尺寸系列。量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。图c:若残余误差有周期性变化规律，则存在
17、周期性系统误差。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。测量结果的表达形式有：根据误差理论，按一定的规则予以剔除。1、分度间距与分度值：加工完成后进行的测量。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。（5）求标准偏差及极限误差；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。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
18、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）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。
19、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
20、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。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
21、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
22、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
23、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
24、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
25、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0.752.5mm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：由测量器具所显示值范围：由测量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：在允许不确定度测量范围：
26、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 25mm、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，
27、k=c/i。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程度。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：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
28、，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。示值稳定性示值稳定性 在测量条件不变的情况下，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。（6）判断并剔除粗大误差；对应于误差为零的纵坐标也大，曲线变高。机械制造业中，常用的角度基准有多面棱体、测角仪或分度头。三、系统误差的
29、发现与消除一、测量误差的基本概念0 第四块量块尺寸（1）测量器具：测量器具的制造和装配误差都会引起其示值误差。反映量仪对被测量值微小变动的不敏感程度。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。算术平均值的极限误差分度间距c：测量器具标尺或刻度盘上两相邻刻线中心间的距离。2、变值系统误差的发现与消除24 第二块量块尺寸1、2、3、4、5、6等，其中1等精度最高，6等精度最低。（4）测量人员：主要有视觉、估读误差、观测误差、调整误差以及对准误差等。单次测量的标准偏差（1）判断定值系统误差；测量误差的来源主要有：测量器具、测量方法、测量环境和测量人员等。3、随机误差的处理
30、结果及表达随机误差在-至+范围内的概率为：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
31、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。2.4 2.4 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：
32、=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、测量误差的来源测量误差的来源主要有：测量器具、测量方法、测量环境和测测量误差的来源主要有：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：测量器具的制造和装配误差都会引起其示值）测量器具：测量器具的制造和装配
33、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：由于所用测量方法不当或因对被测对象认识不）测量方法：由于所用测量方法不当或因对被测对象认识不全面而引起的误差，都是方法误差。例如，工件安装定位不正确，全面而引起的误差，都是方法误差。例如，工件安装定位不正确，只在某一截面上测量具有形状误差的圆柱体的直径等。只在某一截面上测量具有形状误差的圆柱体的直径等。（3）测量环境：主要包括温度、气压、湿度、振动、噪声以）测量环境：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
34、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：主要有视觉、估读误差、观测误差、调整误）测量人员：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（定值系统误差），绝对值和符号按某一确定的的规律变化的误差（变（定值系统误差），绝对值和符号按某一确定的的规律
35、变化的误差（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。（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
36、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
37、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 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:
38、（1）对称性（抵偿性）：）对称性（抵偿性）：（2）单峰性（集聚性）：单峰性（集聚性）：（3）有界性（极限性）：有界性（极限性）：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。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
39、相同，应以全部测得值（N个）的算术平均值作为个）的算术平均值作为最后测量结果。最后测量结果。NlLip测得值与算术平均值之差称为残余误差测得值与算术平均值之差称为残余误差vi，即：，即：Llviio残余误差有两个特性：一是残差的代数和等于零；残余误差有两个特性：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
40、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是表征同一被测量的是表征同一被测量的n次测量的测得值分散性的参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。数。可作为测量列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测量结果应该用被测量与单位量的比值x（测得值）和表达该测值准确度的“测量不确定度”u表达为：xu（1）测量器具：测量器具的制造和装配误差都会引起其示值误差。实际上，绝对的等精度测
41、量是做不到的。超出规定条件下预计的误差。以算术平均值作为测量结果：函数关系计算而间接得到的被测量值的（3）测量环境：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。一种专用的检验辅助工具。等精度测量与不等精度测量一、测量误差的基本概念单次测量的标准偏差二、随机误差的特性及评定指测量结果与真值的一致程度。二、随机误差的特性及评定4 测量误差及数据处理量块是定尺寸量具，一个量块只有一个尺寸。二、随机误差的特性及评定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。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。量块具有可粘合特性，利用此特性可使不
42、同尺寸的量块组合成所需要的尺寸。（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，不式不能求得标准偏差。根绝误当被测量的真值为未知时，不式不能求得标准偏差。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，而得到标准差的估计值而得到标准差的估计值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
43、误差的特性及评定（2 2）标准偏差（续）标准偏差（续）o如果在相同条件下对同一量值作多组重复的系列测量，每一如果在相同条件下对同一量值作多组重复的系列测量，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，由于随机误差的存在，各个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
44、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，
45、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-P123412340.68260.95440.99730.99990.31740.04560.00270.00064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=3l
46、im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
47、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：LLLL
48、3lim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。它是改变产生系统误差的条件进行不同条采用实验对比法。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
49、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，它是根据测量列的各个残余误差大小采用残余误差观察法，它是根据测量列的各个残余误差大小和符号的变化规则，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，则无根据怀疑存在系统误则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，存在线性递增或递减，存在线性系统误差。系统误差。图图c:若残
50、余误差有周期性变若残余误差有周期性变化规律，则存在周期性化规律，则存在周期性系统误差。系统误差。图图d:存在线性和周期性系统存在线性和周期性系统误差。误差。四、等精度（直接）测量数据处理步骤四、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
