1測量的基礎(chǔ)知識(shí)

1、第一篇 機(jī)械工程測量技術(shù)基礎(chǔ)第一章 測量的基礎(chǔ)知識(shí)11.思考一個(gè)問題： 為什么要測量？汽車乘坐舒適性的臺(tái)架試驗(yàn) 2測量中獲取的信息是人們認(rèn)識(shí)客觀事物內(nèi)在規(guī)律、研究事物之間的相互關(guān)系、預(yù)測未來發(fā)展的依據(jù)。2.測量的作用3主要內(nèi)容1.1 量和測量1.2 測量方式和方法1.3 測量誤差1.4 測量器具的誤差1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達(dá)方式1.6 間接測量結(jié)果的綜合1.7 小結(jié)4一、量和量綱量是指現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。不同類的量彼此可以定性區(qū)別，如長度與質(zhì)量是不同類的量。 1.量值（1）表示：數(shù)值*單位（2）作用：定量地表達(dá)被測對(duì)象相應(yīng)屬性的大?。?）舉例：3.4m1

2、.1 量和測量5一、量和量綱2.基本量和導(dǎo)出量（1）基本量：長度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度、電流、發(fā)光強(qiáng)度、物質(zhì)的量。（2）導(dǎo)出量：定量地表達(dá)被測對(duì)象相應(yīng)屬性的大?。?）基本量與導(dǎo)出量的關(guān)系 基本量是獨(dú)立的，導(dǎo)出量則是由基本量按一定函數(shù)關(guān)系來定義的。1.1 量和測量6一、量和量綱3.量綱和量綱法則 “量綱”代表一個(gè)實(shí)體(被測量)的確定特征，而量綱單位則是該實(shí)體的量化基礎(chǔ)。例如，長度是一個(gè)量綱，而厘米則是長度的一個(gè)單位；時(shí)間是一個(gè)量綱，而秒則是時(shí)間的一個(gè)單位。七個(gè)基本量的量綱：L、M、T、I、N、J “量綱法則”任何一個(gè)量與其他量之間的關(guān)系中，等號(hào)兩側(cè)的的量綱應(yīng)當(dāng)相同。1.1 量和測量7二、法定計(jì)量單位

3、1基本單位 根據(jù)國際單位制(SI)，七個(gè)基本量的單位分別是：長度米(Metre)、質(zhì)量千克(Kilogram)、時(shí)間秒(Second)、溫度開爾文(Kelvn)、電流安培(Ampere)、發(fā)光強(qiáng)度坎德拉(Candela)、物質(zhì)的量摩爾(mol)。 它們的單位代號(hào)分別為：米(m)、千克(kg)、秒(s)、開(K)、安(A)、坎(cd)、摩(mol)。2輔助單位 在國際單位制中，平面角的單位弧度和立體角的單位球面度未歸入基本單位或?qū)С鰡挝?，而稱之為輔助單位。輔助單位既可以作為基本單位使用，又可以作為導(dǎo)出單位使用。 3導(dǎo)出單位 在選定了基本單位和輔助單位之后，按物理量之間的關(guān)系，由基本單位和輔助單位

4、以相乘或相除的形式所構(gòu)成的單位稱為導(dǎo)出單位。1.1 量和測量8三、測量、計(jì)量、測試 測量：以確定被測對(duì)象的量值為目的而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過程。 計(jì)量：如果測量涉及實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠則被稱為計(jì)量。研究測量、保證測量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的科學(xué)被稱為計(jì)量學(xué)。計(jì)量一詞只用做某些專門術(shù)語的限定語，如計(jì)量單位、計(jì)量管理、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等。所組成的新術(shù)語都與單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠有關(guān)。 測試：指具有試驗(yàn)性質(zhì)的測量，或測量和試驗(yàn)的綜合。 一個(gè)完整的測量過程必定涉及到被測對(duì)象、計(jì)量單位、測量方法和測量誤差。它們被稱為測量四要素。1.1 量和測量9四、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)：是用來保存、復(fù)現(xiàn)計(jì)量單位的計(jì)量器具。它是具有現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)所能達(dá)

5、到的最高準(zhǔn)確度的計(jì)量器具?；鶞?zhǔn)通常分為國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)三種等級(jí)。它們所處的位置是逐級(jí)降低的。 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)：是指用于檢定工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。工作計(jì)量器具是指用于現(xiàn)場測量而不用于檢定工作的計(jì)量器具。一般測量工作中使用的絕大部分就是這一類計(jì)量器具。1.1 量和測量10五、量值的傳遞和計(jì)量器具的檢定量值傳遞：通過對(duì)計(jì)量器具實(shí)施檢定或校準(zhǔn)，將國家基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位量值經(jīng)過各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被測對(duì)象量值的準(zhǔn)確和一致。計(jì)量器具檢定：是指為評(píng)定計(jì)量器具的計(jì)量特性，確定其是否符合法定要求所進(jìn)行的全部工作。所有的計(jì)量器具都必須實(shí)施相應(yīng)的檢定。1.1 量和測量11六、小結(jié)1.幾個(gè)概

6、念量、量綱；測量、計(jì)量、測試；基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)基本量；基本單位；2.量綱法則1.1 量和測量12一、測量方法分類1.直接測量和間接測量（1）直接測量：直接將被測量與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較1.2 測量方法和測量裝置標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量單位（如米尺、光柵尺、激光、） 絕對(duì)測量定值標(biāo)準(zhǔn)量（如某一固定尺寸） 相對(duì)測量13一、測量方法分類1.直接測量和間接測量1.2 測量方法和測量裝置14一、測量方法分類1.直接測量和間接測量（2）間接測量： 測量與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的參量，被測量由計(jì)算獲得。1.2 測量方法和測量裝置15一、測量方法分類2.直接比較測量和替代測量3.接觸測量和非接觸測量1.2 測量方法和測量裝置16二、

7、測量裝置及有關(guān)術(shù)語 測量裝置(測量系統(tǒng))是指為了確定被測量值所必需的器具和輔助設(shè)備的總體。1傳感器 它是直接作用于被測量，并能按一定規(guī)律將被測量轉(zhuǎn)換成同種或別種量值輸出的器件。2測量變換器 提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的測量器件。顯然，當(dāng)測量變換器的輸入量為被測量時(shí)，該測量變換器實(shí)際上就是傳感器；反過來，傳感器也就是第一級(jí)的測量變換器。當(dāng)測量變換器的輸出量為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)時(shí)，它就被稱為變送器。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常用到變送器。3檢測器 用以指示某種特定量的存在而不必提供量值的器件或物質(zhì)。在某些情況下，只有當(dāng)量值達(dá)到規(guī)定的閾值時(shí)才有指示?；瘜W(xué)試紙就是一種檢測器。1.2 測量方法和測量裝置17二、測量

8、裝置及有關(guān)術(shù)語4測量器具的示值 由測量器具所指示的被測量值。示值用被測量的單位表示。5準(zhǔn)確度等級(jí) 用來表示測量器具的等級(jí)或級(jí)別。每一等級(jí)的測量器具都有相應(yīng)的計(jì)量要求，用來保持其誤差在規(guī)定極限以內(nèi)。6.標(biāo)稱范圍 也稱為示值范圍。測量器具標(biāo)尺范圍所對(duì)應(yīng)的被測量示值的范圍。例如溫度計(jì)的標(biāo)尺范圍的起點(diǎn)示值為一30，終點(diǎn)示值為+20，其標(biāo)稱范圍即為一30+20。7量程 標(biāo)稱范圍的上下限之差的模。上例的量程就是50。8測量范圍 在測量器具的誤差處于允許極限內(nèi)的情況下，測量器具所能測量的被測量值的范圍。9漂移 測量器具的計(jì)量特性隨時(shí)間的慢變化。1.2 測量方法和測量裝置18三、小結(jié)1.測量方式分類（1）直接

9、測量與間接測量（2）直接比較測量和替代測量（3）接觸測量和非接觸測量2.測量裝置及有關(guān)的術(shù)語傳感器1.2 測量方法和測量裝置191.3 測量誤差一、測量誤差的定義：測量誤差 = 測得值 - 真值客觀真實(shí)值（未知） 約定真值：世界各國公認(rèn)的幾何量和物理量的最高基準(zhǔn)的量值如：米 - 公制長度基準(zhǔn)測量所得數(shù)據(jù)與其相應(yīng)的真值之差- 1）絕對(duì)誤差x = x x0 理論真值：設(shè)計(jì)時(shí)給定或用數(shù)學(xué)、物理公式計(jì)算出的給定值光在真空中1s時(shí)間內(nèi)傳播距離的1/29979248520二、誤差的分類1.按誤差來源：裝置誤差、環(huán)境誤差、方法誤差、人員誤差2.按特性規(guī)律：系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、粗大誤差 系統(tǒng)誤差由特定原因引起

10、、具有一定因果關(guān)系并按確定規(guī)律產(chǎn)生 - 有規(guī)律可循裝置、環(huán)境、動(dòng)力源變化、人為因素再現(xiàn)性 - 偏差（Deviation）理論分析/實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 - 原因和規(guī)律 - 減少/消除1.3 測量誤差21二、誤差的分類 隨機(jī)誤差因許多不確定性因素而隨機(jī)發(fā)生偶然性（不明確、無規(guī)律）概率和統(tǒng)計(jì)性處理（無法消除/修正） 粗大誤差檢測系統(tǒng)各組成環(huán)節(jié)發(fā)生異常和故障等引起分離 - 防止 1.3 測量誤差22三、誤差表示的方法1.絕對(duì)誤差：測量某量所得值與其真值（約定真值）之差。 2.相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與約定真值之比。用百分?jǐn)?shù)表示。 相對(duì)誤差越小，測量精度越高。 3.引用誤差：裝置示值絕對(duì)誤差與裝置量程之比。 4.分貝誤

11、差： 分貝誤差=20lg(測量結(jié)果真值)1.3 測量誤差23三、誤差表示的方法4、練習(xí)測量上限為100克的電子秤，秤重60克的標(biāo)準(zhǔn)重量時(shí)，其示值為60.2克，則該測量點(diǎn)的引用誤差為：（60.2-60）100=0.2%1.3 測量誤差24四、測量精度與不確定度1.精度：測量結(jié)果與真值吻合程度定性概念a）精密度.precisionaccuracyb）正確度c）準(zhǔn)確度1.3 測量誤差25四、測量精度與不確定度 精度等級(jí)：用來表達(dá)裝置在符合一定的計(jì)量要求情況下，能保持其誤差在規(guī)定的極限范圍內(nèi)。 工程上常采用引用誤差作為判斷精度等級(jí)的尺度。以允許引用誤差值作為精度級(jí)別的代號(hào)。工業(yè)儀表常見的精度等級(jí)有0.

12、1級(jí)，0.2級(jí)，0.5級(jí)，1.0級(jí)，1.5級(jí)，2.0級(jí)，2.5級(jí)，5.0級(jí)。 精密度和精確度等級(jí)為1.0的儀表，在使用時(shí)它的最大引用誤差不超過1.0，也就是說，在整個(gè)量程內(nèi)它的絕對(duì)誤差最大值不會(huì)超過其量程的1。 在具體測量某個(gè)量值時(shí)，相對(duì)誤差可以根據(jù)精度等級(jí)所確定的最大絕對(duì)誤差和儀表指示值進(jìn)行計(jì)算。1.3 測量誤差26四、測量精度與不確定度精度等級(jí)已知的測量儀表只有在被測量值接近滿量程時(shí)，才能發(fā)揮它的測量精度。使用測量儀表時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)被測量的大小和測量精度要求，合理地選擇儀表量程和精度等級(jí)，只有這樣才能提高測量精度。同學(xué)們，記住吧！1.3 測量誤差271.3 測量誤差2.不確定度 ：意味著對(duì)測

13、量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度，是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù)。 所得的被測量值具有分散性，即每次測得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)值。 測量不確定度就是說明被測量之值分散性的參數(shù)，它不說明測量結(jié)果是否接近真值。 測量不確定度用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示，這時(shí)稱其為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。 四、測量精度與不確定度28五、小結(jié)1.測量誤差定義2.誤差的分類3.誤差的表示方法4.測量精度與不確定度1.3 測量誤差29一、常用術(shù)語1測量儀器的示值誤差 它是指測量器具的示值與被測量真值(約定真值)之差。例如電壓表的示值Vi為30V，而電壓實(shí)際值K為30.5V，則電壓表的示值誤差等于

14、-0.5V。2基本誤差 指測量儀器在標(biāo)準(zhǔn)條件下所具有的誤差，也稱為固有誤差。3允許誤差 指技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、檢定規(guī)程等對(duì)測量儀器所規(guī)定的允許的誤差極限值。4測量器具的準(zhǔn)確度 指測量器具給出接近于被測量真值的示值的能力。1.4 測量器具的誤差30一、常用術(shù)語5測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差 測量器具的重復(fù)性是指在規(guī)定的使用條件下，測量器具重復(fù)接收相同的輸入，測量器具給出非常相似輸出的能力。測量器具的重復(fù)性誤差就是測量器具造成的隨機(jī)誤差分量。6回程誤差 也稱為滯后誤差，是指在相同條件下，被測量值不變，測量器具行程方向不同時(shí)，其示值之差的絕對(duì)值。7誤差曲線 表示測量器具誤差與被測量之間的函數(shù)關(guān)系的曲線。8校準(zhǔn)

15、曲線 表示被測量的實(shí)際值與測量器具示值之間函數(shù)關(guān)系的曲線。1.4 測量器具的誤差31二、小結(jié)熟悉常用術(shù)語1.測量儀器的示值誤差2.基本誤差3.允許誤差4.測量器具的準(zhǔn)確度5.測量器具的重復(fù)性和重復(fù)性誤差6.回程誤差7.誤差曲線8.校準(zhǔn)曲線1.4 測量器具的誤差32一、概率統(tǒng)計(jì)學(xué)的有關(guān)概念1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達(dá)方式 33二、測量數(shù)據(jù)的概率分布 1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量結(jié)果的表達(dá)方式 由于測量數(shù)據(jù)分布情況復(fù)雜，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過消除系統(tǒng)誤差、正態(tài)性檢驗(yàn)和剔除含有粗大誤差的數(shù)據(jù)這三個(gè)步驟后，數(shù)據(jù)才可作進(jìn)一步的處理。這樣處理后也才能得到可信的結(jié)果。34三、測量結(jié)果的表達(dá)方式1.5 測量數(shù)據(jù)處理及測量