1、关于课程名称关于课程名称 精度设计与质量控制基础精度设计与质量控制基础 互换性与测量技术基础互换性与测量技术基础 公差（配合）与技术测量公差（配合）与技术测量 精度设计与质量控制基础精度设计与质量控制基础 特点：特点： 定义多，概念多，符号多定义多，概念多，符号多,标准多，记忆内容多，但标准多，记忆内容多，但 简单，易学。简单，易学。 重要性：重要性： 承上启下。承上启下。 从课程设计至毕业设计的应用，毕业后的应用。从课程设计至毕业设计的应用，毕业后的应用。 在机械制图、机械设计、机械制造工艺学、课程设计及毕业在机械制图、机械设计、机械制造工艺学、课程设计及毕业 设计中都将用到本课程的内容。设
2、计中都将用到本课程的内容。 授课形式授课形式: 课堂讲授、实验课堂讲授、实验 本课程的内容本课程的内容 基本几何精度基本几何精度 典型零部件的精度典型零部件的精度 绪绪 论论 尺尺 寸寸 精精 度度 及及 孔孔 轴轴 结结 合合 的的 互互 换换 性性 形形 状状 和和 位位 置置 精精 度度 互互 换换 性性 表表 面面 粗粗 糙糙 度度 测测 量量 技技 术术 及及 数数 据据 处处 理理 基基 础础 光光 滑滑 工工 件件 尺尺 寸寸 的的 检检 验验 典典 型型 零零 部部 件件 精精 度度 及及 互互 换换 性性 尺尺 寸寸 链链 与与 几几 何何 精精 度度 设设 计计 本课程的任
3、务本课程的任务 机械产品的设计过程包括三个基本的组成部分：机械产品的设计过程包括三个基本的组成部分： 总体设计：总体设计：主要是通过运动、动力分析和计算，以确定产品主要是通过运动、动力分析和计算，以确定产品 的主要性能参数。如轴的转速是多少？的主要性能参数。如轴的转速是多少？ 结构设计结构设计：通过强度、刚度计算，首先设计出产品的结构装：通过强度、刚度计算，首先设计出产品的结构装 配图、零件图。配图、零件图。 几何精度设计：几何精度设计：即综合考虑产品的性能要求和加工的经济性，即综合考虑产品的性能要求和加工的经济性， 以给出零件的尺寸、形位、表面质量精度值等。以给出零件的尺寸、形位、表面质量精
4、度值等。 任务之一：几何精度设计任务之一：几何精度设计 任务之二：掌握基本的测量原理和测量方法任务之二：掌握基本的测量原理和测量方法 本课程的要求本课程的要求 学完本课程后应达到如下要求：学完本课程后应达到如下要求： 掌握掌握互换性、标准化、优先数及优先数系基本概念；互换性、标准化、优先数及优先数系基本概念； 了解了解本课程所介绍的各个公差标准和基本内容，掌握其本课程所介绍的各个公差标准和基本内容，掌握其 特点和应用原则；特点和应用原则； 学会学会根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配根据机器和零件的功能要求，选用合适的公差与配 合，即进行精度设计，并能正确地标注到图样上；合，即进行精度
5、设计，并能正确地标注到图样上； 掌握掌握一般几何参数测量的基础知识；一般几何参数测量的基础知识； 了解了解各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量器各种典型零件的测量方法，学会使用常用的计量器 具。具。 绪绪 言言 互换性问题互换性问题 标准化问题标准化问题 优先数和优先数系优先数和优先数系 一、互换性概述一、互换性概述 60 ? 030. 0 0 60 引子：引子： 公差的概念公差的概念 允许零件尺寸和几何参数的变动量就称为“公差”。允许零件尺寸和几何参数的变动量就称为“公差”。 尺寸公差：尺寸公差：是指允许实际尺寸的变动范围。是指允许实际尺寸的变动范围。 尺寸精度：尺寸精度：是指实际尺寸
6、相对于设计要求的理论的一是指实际尺寸相对于设计要求的理论的一 致程度致程度。 尺寸公差与尺寸精度的关系：尺寸公差与尺寸精度的关系： 030. 0 0 60 025. 0 0 60 按图示要求加工一批轴（如按图示要求加工一批轴（如100根），这批轴有何根），这批轴有何 共同点？共同点？ 共同点：共同点： 1）规格相同，基本尺寸都是）规格相同，基本尺寸都是60 2）装配时，不用挑选；装配时，不用挑选； 3）更换时，不需修配；）更换时，不需修配； 且装上（换上）即可且装上（换上）即可 满足预期的功能要求。满足预期的功能要求。 030. 0 0 60 互换性的例子互换性的例子 U盘盘,电视机上的集成芯
7、片电视机上的集成芯片 家用白炽灯泡家用白炽灯泡 自行车、汽车、拖拉机等机械的零件等自行车、汽车、拖拉机等机械的零件等 1、互换性的定义、互换性的定义(interchangeability) 同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选同一规格的一批零部件，任取其一，不经任何挑选 和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求和修配就能装在机器上，并能满足其使用功能要求 的特性叫做互换性。的特性叫做互换性。 2、互换性的意义、互换性的意义 设计方面：设计方面： 可以最大限度地采用标准件（如平键）、通用件（如螺钉、螺母）和可以最大限度地采用标准件（如平键）、通用件（如螺钉、螺母）和 标准部件（如滚动
8、轴承），大大简化了绘图和计算工作，缩短了设标准部件（如滚动轴承），大大简化了绘图和计算工作，缩短了设 计周期，并有利于计算机辅助设计计周期，并有利于计算机辅助设计(CAD)和产品的多样化。和产品的多样化。 制造方面：制造方面： 有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有有利于组织专业化生产，便于采用先进工艺和高效率的专用设备，有 利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。利于计算机辅助制造，及实现加工过程和装配过程机械化、自动化。 使用维修方面：使用维修方面： 减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高了机器的使用价值。减少了机器的使用和维修的时间和费用，提高
9、了机器的使用价值。 分组装配法分组装配法 互换性按其互换程度分为互换性按其互换程度分为完全互换和不完全互换完全互换和不完全互换。 完全互换完全互换装配时不需挑选和修配。装配时不需挑选和修配。100符合符合 定义。定义。 不完全互换不完全互换装配时允许挑选、调整和修配。装配时允许挑选、调整和修配。 3.3.互换性的分类互换性的分类 分组装配法分组装配法 若孔轴配合精度要求较高时，如为若孔轴配合精度要求较高时，如为20m，则孔、轴尺寸公差则孔、轴尺寸公差 必须分别保证在必须分别保证在10 m以内，即以内，即 Th=10 m，TS=10 m 加工难度较大，解决的办法是放大孔、轴公差，如：加工难度较大
10、，解决的办法是放大孔、轴公差，如： Th=30 m，TS=30 m D1 D2 D3 d1 d2 d3 D1对对d1 D2对对d2 D3对对d3 组内具有互换性。组内具有互换性。 一、互换性概述一、互换性概述 4.4.保证互换性的条件保证互换性的条件 按照一定的公差加工制造按照一定的公差加工制造 按一定的标准检验按一定的标准检验 二、标准和标准化二、标准和标准化 标准化标准化 standardization 是制定标准和贯彻标准的全过程是制定标准和贯彻标准的全过程。是互换性生产的基础是互换性生产的基础。 标准标准standard 是对重复性事物和概念所做的统一规定。是对重复性事物和概念所做的统
11、一规定。 标准的范围极广，种类繁多，涉及到人类生活的各个方面。标准的范围极广，种类繁多，涉及到人类生活的各个方面。本本 课程研究的公差标准、检测器具和方法标准，大多属于国家基础课程研究的公差标准、检测器具和方法标准，大多属于国家基础 标准。标准。 机械行业执行的标准有：机械行业执行的标准有： ISO:国际标准化组织国际标准化组织 GB：国家标准，国家标准， 分为两类：必须执行的和推荐执行的（记为分为两类：必须执行的和推荐执行的（记为GB/T） 此外，还有行业标准（如此外，还有行业标准（如JB），），地方标准（地方标准（DB）或企业标准（或企业标准（QB)等。等。 1、优先数和优先数系的引入、优
12、先数和优先数系的引入 在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往在机械设计中，常常需要确定很多参数，而这些参数往往 不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向不是孤立的，一旦选定，这个数值就会按照一定规律，向 一切有关的参数传播。一切有关的参数传播。 例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥例如，螺栓的尺寸一旦确定，将会影响螺母的尺寸、丝锥 板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸板牙的尺寸、螺栓孔的尺寸以及加工螺栓孔的钻头的尺寸 等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品等。由于数值如此不断关联、不断传播，所以，机械产品 中的各种技术参数不能随意确
13、定。中的各种技术参数不能随意确定。 为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开为使产品的参数选择能遵守统一的规律，使参数选择一开 始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统始就纳入标准化轨道，必须对各种技术参数的数值作出统 一规定。优先数和优先数系国家标准（一规定。优先数和优先数系国家标准（GB32180） 就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可就是其中最重要的一个标准，要求工业产品技术参数尽可 能采用它。能采用它。 三、优先数和优先数系三、优先数和优先数系 2.优先数和优先数系优先数和优先数系 GB32180中规定以十进制等比数列为优先数系中规定以十进制等比数列为
14、优先数系，其公比其公比 为：为： 代号为代号为Rr r r r q 1 1010 基本系列：基本系列：R5、R10、R20、R40 R5的公比：的公比： q51.60； R10的公比：的公比： q101.25； R20的公比：的公比： q201.12； R40的公比：的公比： q401.06； 补充系列：补充系列：R80的公比：的公比： q801.03。 派生系列派生系列：若干：若干：R10/2、 R10/3、 R20/3等等 R5: 1 1.6 2.5 4 6.3 10 16 R10: 1 1.25 1.6 2 2.5 3.15 4 5 6.3 8 10 12.5 16 R10/2: 1.2
15、5 2 3.15 5 8 12.5 3.优先数和优先数系的特点优先数和优先数系的特点 优点：优点： 规律性强、简单易记，便于使用；规律性强、简单易记，便于使用； 分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性。常见的量值，如分档合理，疏密均匀，有广泛的适用性。常见的量值，如 长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先长度、直径、转速及功率等分级，基本上都是按一定的优先 数系进行的。数系进行的。 运算方便且经简单的运算后仍为优先数。运算方便且经简单的运算后仍为优先数。 缺点：缺点：和差不是优先数，不利于工程数值的拼加和兼容，不适和差不是优先数，不利于工程数值的拼加和兼容，不适 合于生活用品。合于生
16、活用品。 第二章第二章 测量技术及数据处理基础测量技术及数据处理基础 测量的基本概念测量的基本概念 尺寸的传递尺寸的传递 测量方法与计量器具测量方法与计量器具 测量误差及数据处理测量误差及数据处理 测量技术中的基本原则简介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： 1、测量对象或被测量：、测量对象或被测量： 2、测量单位或标准量：、测量单位或标准量： 3、测量方法、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。 测量结
17、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“测量不确定度”该测值准确度的“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。 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。 4.2 4.2 长度和角度计量单位与量值传递长度和角度计量单位与量值传递 长度的基本单位名称是“米”（长度的基本单位名称是“米”（m）。）。 一
18、、长度单位与量值传递系统一、长度单位与量值传递系统 19831983年年第第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”是在真空中在“米”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。 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所示，从最高基准谱线向下 传递，有两个平等的系统，即传递，有两个平等的系统，即端面量具（量块）和刻线量具端面量具（量块）和刻线量具 （线纹尺）系统（线纹尺）系统。其中尤以
19、量块传递系统应用最广。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、量块二、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
20、，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 量块是成套生产的量块是成套生产的。 根据根据GB609385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： 36.7
21、45 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 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。 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
22、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、量块量块的精度量块的精度 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。 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。 标准规定了量块按其标准规定了量块按其检定精度分为六等检定精度分为六等，即：即： 1、2、3、4、5、6等，其中等，其中1等精度最高，等精
23、度最高，6等精等精 度最低。度最低。 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“级”与量块的“级”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 同的角度出发同的角度出发，对其精度进行划分的两种形式对其精度进行划分的两种形式。 按“级”使用按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作 尺寸，该尺寸尺寸，该尺寸包含其制造误差包含其制造误差。 按“等”使用按“等”使用时，必须
24、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“等”使用时其精度比按“级”使用要高，量块按“等”使用时其精度比按“级”使用要高，且且 能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。能在保持量块原有使用精度的基础上延长其使用寿命。 1. 量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。量块必须在使用有效期内，否则应及时送专业部门检定。 2. 使用
25、环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损使用环境良好，防止各种腐蚀性物质及灰尘对测量面的损 伤，影响其粘合性。伤，影响其粘合性。 3. 分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。分清量块的“级”与“等”，注意使用规则。 4. 所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度所选量块应用航空汽油清洗、洁净软布擦干，待量块温度 与环境温度相同后方可使用。与环境温度相同后方可使用。 5. 轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。轻拿、轻放量块，杜绝磕碰、跌落等情况的发生。 6. 不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手不得用手直接接触量块，以免造成汗液对量块的腐蚀及手 温对测量精
26、确度的影响。温对测量精确度的影响。 7. 使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防使用完毕，应用航空汽油清洗所用量块，并擦干后涂上防 锈脂存于干燥处。锈脂存于干燥处。 量块使用的注意事情项：量块使用的注意事情项： 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 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 按零件上同时被测参数的多少可分为：按零件上同时被测参数的多少可
27、分为：综合测量、单项测量；综合测量、单项测量； 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； 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：在线测量、离线测量；在线测量、离线测量； 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。 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 直接测量与间接测量 直接测量直接测
28、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直接得到被量值的测量。例如用游标卡尺例如用游标卡尺、外径千分尺外径千分尺 测量外圆直径测量外圆直径，用比较仪测量长度尺寸等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
29、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）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 单独地单独地、彼此没有联系地测量零件的单项参数彼
30、此没有联系地测量零件的单项参数。如分别测如分别测 量齿轮的齿厚量齿轮的齿厚、齿形齿形、齿距等齿距等。这种方法一般用于量规的这种方法一般用于量规的 检定检定、工序间的测量工序间的测量，或为了工艺分析或为了工艺分析、调整机床等目的调整机床等目的。 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检测零件几个相关参数的综合效应或综合参数，从而综合从而综合 判断零件的合格性判断零件的合格性。例如齿轮运动误差的综合测量例如齿轮运动误差的综合测量、用螺用螺 纹量规检验螺纹的作用中径等纹量规检验螺纹的作用中径等。综合测量一般用于终结检综合测量一般用于终结检 验验，其测量效率高其测量效率高，能有效保
31、证互换性能有效保证互换性，在大批量生产中在大批量生产中 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测量器具的测头与零件被测表面直接接触，有机械作用力有机械作用力 的测量的测量。如用外径千分尺如用外径千分尺、游标卡尺测量零件等游标卡尺测量零件等。为了保为了保 证接触的可靠性证接触的可靠性，测量力是必要的测量力是必要的，但它可能使测量器具但它可能使测量器具 及被测件发生变形而产生测量误差及被测件发生变形而产生测量误差，还可能造成对零件被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
32、应元件与被测零件表面不直接接触测量器具的感应元件与被测零件表面不直接接触，因而不因而不 存在机械作用的测量力存在机械作用的测量力。属于非接触测量的仪器主要是利属于非接触测量的仪器主要是利 用光用光、气气、电电、磁等作为感应元件与被测件表面联系磁等作为感应元件与被测件表面联系。如如 干涉显微镜干涉显微镜、磁力测厚仪磁力测厚仪、气动量仪等气动量仪等。 在线测量与离线测量在线测量与离线测量 在线测量在线测量 在加工过程中进行的测量在加工过程中进行的测量。其测量结果直接用来控制其测量结果直接用来控制 零件的加工过程零件的加工过程，决定是否继续加工或判断工艺过程决定是否继续加工或判断工艺过程 是否正常是
33、否正常、是否需要进行调整是否需要进行调整，故能及时防止废品的故能及时防止废品的 发生发生，所以又称为积极测量所以又称为积极测量。 离线测量离线测量 加工完成后进行的测量加工完成后进行的测量。其结果仅用于发现并剔除废其结果仅用于发现并剔除废 品品，所以被动测量又称消极测量所以被动测量又称消极测量。 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 在测量过程中在测量过程中，决定测量精度的全部因素或条件不变决定测量精度的全部因素或条件不变。例例 如如，由同一个人由同一个人，用同一台仪器用同一台仪器，在同样的环境中在同样的环境中，以同以同 样方法样方法，同样仔细地测量同一个量同
34、样仔细地测量同一个量。在一般情况下在一般情况下，为了为了 简化测量结果的处理简化测量结果的处理，大都采用等精度测量大都采用等精度测量。实际上实际上，绝绝 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。 二、计量器具的分类二、计量器具的分类 标准计量器具标准计量器具 测量中体现
35、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、千分尺等具有：量块、直角尺、曲线样板等；变值量具有：游标卡尺、千分尺等 专用计量器具专用计量器具 用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。如极限量用于专门测量某种或某个特定几何量的计量器具。如极限量 规，它是一种没有刻度的用于检验零件的尺寸和形位误差规，它是一种没有刻度的用于检验零件的尺寸和形位误差 的专用计量器具。它只能用来判断被测几何量是否合格，的专用计量器具。它只能用来判断被测几何量是否合格， 而不能得到被测几何量的
36、具体数值。如光滑极限量规、位而不能得到被测几何量的具体数值。如光滑极限量规、位 置和螺纹量规等置和螺纹量规等。 通用计量器具通用计量器具 通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸，并能获得具体读数的计通用性大、可用来测量某一范围内各种尺寸，并能获得具体读数的计 量器具，如千分尺，百分表等。量器具，如千分尺，百分表等。 二、计量器具的基本度量指标二、计量器具的基本度量指标 1、分度值、分度值i ：测量器具上每测量器具上每 一分度间距所代表的被测一分度间距所代表的被测 量值。量值。 2、标尺间距、标尺间距c：测量器具标测量器具标 尺或刻度盘上两相邻刻线尺或刻度盘上两相邻刻线 中心间的距离。为便于读中
37、心间的距离。为便于读 数，一般做成刻线间距为数，一般做成刻线间距为 0.752.5mm的等距离刻的等距离刻 线。线。 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） 3、标尺范围：标尺范围：由测量器具所由测量器具所 显示或指示的最低值到最显示或指示的最低值到最 高值的范围高值的范围。 4、测量范围：测量范围：在允许不确定在允许不确定 度内度内，测量器具所能测量测量器具所能测量 的被测量值的下限值至上的被测量值的下限值至上 限值的范围限值的范围。例如例如，外径外径 千分尺的测量范围有千分尺的测量范围有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.
38、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） 5、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测量器具的响应变化与相应的激励变化之比。对于对于 一般等分刻度的量仪一般等分刻度的量仪，其放大比示常数其放大比示常数，k=c/i。 6、测量力测量力 计量器具测头与被测表面之间的接触力计量器具测头与被测表面之间的接触力。接触测量接触测量 中中，要求有一定恒定的测量力要求有一定恒定的测量力。测量力太大会使零测量力太大会使零 件或测头产生变形件或测头产生变形，使示值不稳定使示值不稳定。 三、计量器具的基本度量指标三、计量器具的基本度量
39、指标（4） 7、示值误差、示值误差 测量器具的示值与被测量真值之间的差值。示值测量器具的示值与被测量真值之间的差值。示值 误差是测量器具本身各种误差的综合反映。误差是测量器具本身各种误差的综合反映。 8、示值变动量、示值变动量 在测量条件不变的情况下，对同一被测量值进行在测量条件不变的情况下，对同一被测量值进行 多次重复测量时多次重复测量时(一般一般510次），其测量结果的次），其测量结果的 最大差异。最大差异。 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） 9、回程误差、回程误差 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、
40、 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。 10、不确定度、不确定度 测量不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能确定测量不确定度是由于测量误差的存在而对被测量值不能确定 的程度。它是一个综合的指标，包括示值误差、回程误差等。的程度。它是一个综合的指标，包括示值误差、回程误差等。 4.4 4.4 测量误差测量误差 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
41、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 一、测量误差的概念一、测量误差的概念 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：）测量误差：测量误差是指测得值与被测量的真值之差。在实际测量误差是指测得值与被测量的真值之差。在实际 中，任何测量不论使用的仪器多么精密，采用的测量方法多么可靠，测中，任何测量不论使用的仪器多么精密，采用的测量方法多么可靠，测 量误差总是会有的。因此，真值是难以得到的。在实际测量中，常用相量误差总是会有的。因此，真值是难以得到的。在实际测量中，常用相 对真值或不存在系统误差情况下的算术平均值
42、来代替真值对真值或不存在系统误差情况下的算术平均值来代替真值。 （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: 二、测量误差的来源二、测量误差的来源 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）测量器具误差：）测量器具误差：测量器具的设计、制造和使用过程中都测量器具的设计、制造和使用过程中都 会造成各项误差。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺的会造成各项误差。其中最重要的是基准件的误差，如刻线尺的 误差
43、。误差。 （2）测量方法误差：）测量方法误差：因测量方法不完善产生的误差。因测量方法不完善产生的误差。 （3）测量环境误差：）测量环境误差：主要包括温度、气压、湿度、振动、噪主要包括温度、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 要的因素，其它因素只在精密测量中才考虑。要的因素，其它因素只在精密测量中才考虑。 （4）测量人员误差）测量人员误差：主要有视觉、估读误差、观测误差、调：主要有视觉、估读误差、观测误差、调 整误差以及对准误差等。整误差以及对准误差等。 一、测量误差的基本概念一、测量误差的基本概念 三、
44、测量误差的种类和特性三、测量误差的种类和特性 （2）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），（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。 （1）随机误差）随机误差 在同一条件下在同一条件下,多次测
45、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）粗大误差 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。等。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 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
46、布及特性、随机误差的分布及特性 呈正态分布呈正态分布 随机误差的特性随机误差的特性: （1）对称性；）对称性； （2）单峰性；）单峰性； （3）抵偿性；）抵偿性； （4）有界性。）有界性。 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: lim y 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-P 1 2 3 4 1 2 3 4 0.6826 0.95
47、44 0.9973 0.9999 0.3174 0.0456 0.0027 0.00064 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=3 lim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、随机误差的处理结果及表达、随机误差的处理结果及表达 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
