仪器精度理论

1、什么是灵敏阈，分辨力，举例说明。仪器的灵敏阈是指足以引起仪器示值可察觉到变化的被测量的最小变化量值被测量改变量 小于这个阈值，仪器没有反应。一般说来数字仪表最末一位数所代表的量，就是这个仪表的 灵敏阈。对于指针式仪表，一般认为人能感觉到的最小改变量是0 .2分度值，所以可以把 0 . 2分度值所代表的量作为指针式仪器的灵敏阈。灵敏阈与仪器的示值误差限有一定关 系，一般说来，仪器的灵敏阈小于示值误差限，而示值误差限应小于仪器的最小分度值。例 如1台500N电子拉力试验机在显示屏末尾数产生可觉察变动的最小负荷变化为0.1N，则此 试验机的鉴别力阈为0.1N。分辨力是显示装置能有效辨别的最小的示值差

2、。分辨力是指显示装置中对其最小示值差的辨 别能力。通常模拟式显示装置的分辨力为标尺分度值的1 /21/10，即用肉眼可以分辨到一 个分度值的1/21/10 ；对于数字式显示装置的分辨为末位数字的一个数码，对半数字式的 显示装置的分辨力为末位数字的一个分度。例如某仪表的量程为0-1.0000V，为5位数字显 示，可说仪表的分辨力为10uV。提高仪器精度的途径和方法有哪些？P11。选择一种精密测量仪器，说明现代精密仪器的基本组成。（1） 基准部件：基准部件是仪器的重要组成部分，是决定仪器精度的主要环节。（2）感 受转换部件：感受转换部件的作用是感受被测量，拾取原始信号（3）转换放大部件： 将感受转

3、换来的微小信号，通过各种原理（如光，机，电，气）进行进一步的转换 和放大，成为可使观察者直接接收的信息，提供显示和进一步加工处理的信号（4） 瞄准部件：瞄准部件的主要要求是指零准确，一般不作读数用，故不要求确定的灵 敏度。（5）处理与计算部件：包括数据加工和处理，校正和计算等。（6）作用是显 示测量结果。（7）驱动控制部件：主要有基座和支架、导轨和工作台，轴系以及其 他部件，如微调和锁紧、限位和保护等机构。（参考现代精密仪器设计）微器件装配系统接触测量工件的轮廓时，会形成何种误差，如何补偿？P70则量力引起的接触变形接触测量时，测量仪器必须有足够的测量力，以保证测头与被测件可靠地接触。但测量力

4、的存在将在接触位置产生压陷变形而造成测量误差。一般按被测件公差来确定测量力的大小，当被测件公差小于2gm时，测量力不应高于2.5N； 被测件公差210pm时，测量力应为2.54N；被测件公差大于10gm时，测量力应大于 4N,小于 10N。与接触方式接触变形有关常见的接触方式分为点接触、线接触和面接触。从变形与接触面的关系讲，接触面积越小、 压强越大，变形也越大。显然在相同的测量力的情况下点接触变形最大，面接触变形最小。 接触方式在一般的测量要求中都有规定。如量块测量是用球测头对平面；外径千分尺测直径 是平面测头对圆柱面；内径千分表测内径是球测头对圆柱面等等。仪器受力变形误差的误差来源有哪些？

5、 P70说说你对误差，不确定度两个概念的理解，二者区别和联系。表1醐1量误差与测量不薛定度的区别测量不确定农厕一业匝心土站血一坤甘表征合理地隙予破测量之直 钏甘咬欢声的分散性，与测量结果相联就堆一差值者的参教，是一种区间是一个非正即位的筮值，不 怕为正值，当由方差得出时, 得为正策（上）只取其正平方根用测呈结果与被测量的直值 用标浅偏差或标准偏差的陪 之差表示数表示舂度也堕过程的认识有关客祝存在，不以人的认识程与人对被卸量、影响星及测 .度而改变可段省性点莅未知，住往不能准确徊 到测量误差的值：用约定 点值代替点值时，可以得到 测量误差的估它位.具有籁好的可操作件实验差是总体方差的无偏估II所

6、表述的并非被测量的ffi-il 此的随机误差，来源于某绐 定的耦量结果在逑同一观测中任一个估计 慎的标准不瑚 定度一来源千 合理斌予被测景值，叫大量 的蒯量翁果按也成可分 为随机.国差 和素 统误差：按定.更-诡机误差和 第筑误差都是无穷寥次测量 时的理想榇念按获得的方,法是否为缆讣方 法分为.类评定独u类评 定自由授不存在一不需旻在虑合成.方式各误差分量的代数和林在.都可给出并作为可秀 怦的一个指标出彼此独立时，为 方 和根.坐 要时如入协方差惨 1E可用系统误差估计值修正潮 至:结果不存在一用最大允许误差给 出的概念也不存在榇率不能用不确定用:修it测星站 .果存在-汽对赋予被制量值的 分

7、帛有所了解时，可按给定 置信概卓始出置桔区晅一艘存在,误差的极危可哦 按了解的情况给出来源于赋予械浏1量值的介丑曲线一例如止态分栉一理维上舰不好始出版限值适用性只有相同的测童:结果d有相任一测量值均具有相同的分同的误差散性由于真值和总体均值的不何 根幅谊验数据疏十1 一经验、信知一实用性差息或资料均可评定 联系：(1)误差是不确定度得基础，尽管不确定度概念的引入使误差分类的界限及其转化的 问题淡化了，但评定和计算不确定度，还有赖于必要的误差分析。(2)不确定度是误差的综 合和发展，不确定度概念的引入使不能确切知道的误差转化为一个可以定量计算的指标附在 测量结果中，从而使测量结果的质量有了一个比

8、较统一的标准。与挪1量条件的关系无关参考徐瑞瑛.测量误差与不确定度的区别.现代测量与实验室管理2004. ( 4)仪器工艺误差的模型分析方法有哪些？ P39用对某量进行多次测量结果的平均值作为最终的估计的概率依据是什么？ 设对某一物理量进行直接多次测量，测量值分别为:心，各次测量值的随机误差为A% = x气。将随机误差相加 TOC o 1-5 h z nnn= (蓦 一&) = 耳g,或i ni n一皿=一乂处%程国(1-2-4)用f代表测量列的算术平均值_ 11 n无=一(而+冷+ -+弋)=一孔 冗范皿(1-2-5)式(1-2-4)改写为1 n _一皿=元-孙乾 i(1-2-6)1 n =

9、0_根据随机误差的抵偿特征，即”fz，于是可见，当测量次数相当多时，算术平均值是真值的最佳值，即近真值。当测量次数理有限时，测量列的算术平均值无仍然是真值给的最佳估计值。证明如下：假设 最佳值为应并用其代替真值此，各测量值与最佳值间的偏差为忑n，按照最小二 乘法原理，若应是真值的最佳估计值，则要求偏差的平方和S应最小，即= (否-Z) M _ = y Xj = x即幻T所以测量列的算术平均值E是真值格的最佳估计值。参考概率论与数理统计。为什么要进行误差的分离和补偿？在几何量测量中有时测量数据是两个或两个以上被测量误差的综合，因此需要进行误差分离 后进行误差修正。在形状误差的测量中，就常用到误差

10、分离法。误差补偿是仪器设计的重要 内容，通过误差补偿措施，可以降低对仪器各部分的工艺技术要求或提高仪器的总精度水平。 误差补偿的手段是多种多样的。比如可以采取修配、调整等工艺措施，也可以采取选配之类 的组织措施。随着仪器精度要求的不断提高，对工艺水平的需求越来越高，这必将导致大幅 min 2-1由求极值的法则可知，S对工的微商应等于零rl nX _ 气=口zp 旦2-1于是度地增加成本，有时还根本无法实现，因此设计专门的系统来自动补偿误差，越来越具有重 要意义。必须提出，近年来随着电子计算机的广泛应用，采用软件补偿仪器的测量误差，也 有了很大的突破。尤其在三坐标测量机技术中，国内外一些学者在研

11、究用软件补偿仪器误差 方面已做出较好的成绩。仪器精度分配的依据是什么？ P160减少仪器工艺误差的途径，方法有哪些？ P47测量变形的方法有哪些？变形测量仪：测量试件受荷（拉、压、弯、折等）时微小变形或位移所用仪器即为变形测量 仪。根据变形放大原理，有齿轮、杠杆、弹簧等机械式变形测量仪，如千分表、引伸仪、应 变仪等。引伸仪有杠杆式、镜式等引伸仪，应变仪有手持式，电阻式应变仪等。利用线阵CCD非接触测量材料变形量：用线阵CCD作为光电传感器非接触测量材料拉伸过 程中的变形量，不但比常规的引伸计测量的方法更客观，而且可以测量材料拉伸变形到断裂 的全过程。该方法能在X和Y两个方向上同时测量材料变形量

12、，可以获得材料在实验的全 过程中两个方向的”应力一应变”关系曲线。采用CCD拼接技术，测量精度可达到1mm，测 量范围80mm。（参考王庆有等利用线阵CCD非接触测量材料变形量的方法）何为误差独立作用原理？试推倒之。L误差独立作用原理找器的输出即所显示的被漕童）和有美零部件奏数之间的关系可以用戳学式表示网=六工,啊L勒）式中t r”被溯尺寸i啊，枷，机惧廉的有关零部件参数5为零件数，加指示参数，一般与示值垫线性美系.在下协“广符号表示没有误装时的芬当说器的有关零部件赛数只有设差时则爪=如+ 5% =4 = q L式中,答参数5的相应误差3=1m 因胞,实际倪寐的输出方程式为5 *A乐使仪器产生

13、误差羊=r 北当追上力。,曲-At/- = 山=0 ,时,ri = fS如ee冲由皿】引起的误差为AjL = VL 网由引艇的误差为/Sqi *-F，+）可以近以简化为3* *，Sr =者如 云 瓮 皿（3-47）其物理意义是曲M是A争单独作用造成的仪器误差.现以AF衰示：Pr =窍辑（3-48）在惧器加工前.便粹的实际方程式垫不知进的，偏导数籍无意加但/忠叫+ W箫%对牛取导数& 叫即在误差AP表示式中,可利用理揪方程式（为）求偏早散：5 =誉申由此得出，谟差源小寸引起的误差出岗是:淡误菠源的线性函数，箕线性常数是理想方 型式对于该误差参数的偏辱数普.着仪器有关参散均员有误差取理思方程式的全

14、微分，即可得；T飘式中工二是很器各误趋源共同作用所产生的误卷.爆上所述，一个谈差董供使仪器产生一定的误差*仪耕误差是其误差源的缱性函数. 与其他误差源无关,这就是误差独宣作用原理，因此,可以逐个计算误差嘛所造成的授器 误差.出于在推旱过程中忽略了相关因子，因此误差独立作用原理是近似原理但在大多数 慵现下都陆适用。求曲柄滑块机构的从动作的误差，要求写出详细的计算过程。P43简述转矩仪的工作原理及提高其测量精度的措施。P102转矩测量原理如下：盟动电机产生旋转力矩， 通过电机转轴和与此相连的软轴带动车速里程表的 I芯轴转动，芯轴转动需克服车速里程表的内摩擦力 矩，此摩擦力矩传递给电机转轴，由于磁电感应将 此摩擦力矩传递给屯机定子，电机定子由两个滚动 轴承支撑着，这样，电机定子向着此力矩的反方向 转动并带动固紧在定子外圆上的摆样摆动，将作用 力F传递给与之相连的力传感器上,摆杆与传感器 相连的作用点与电机中心线之间的水平距离为L, 则此时的力矩为M = Ff 由传感器将力矩的值转换为电信号，经过放大，滤波.A/D转换