精密仪器设计基础

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1、测控仪器则是利用测量和控制的理论，采用机、电、光各种计量测试原理及控制系统与计算机相结合的一种范围广泛的测量仪器。测控仪器的分类：1.几何量计量仪器2.热工量计量仪器3.机械量计量仪器4.时间频率计量仪器5.电磁量计量仪器6.无线电参数测量仪器7.光学与声学量测量仪器8.电离辐射计量仪器按功能将仪器分成以下几个组成部分：1基准部件2传感器与感受转换部件3放大部件4瞄准部件5信息处理与运算装置6显示部件7驱动控制器部件8机械结构部件发展趋势：高精度与高可靠性、高效率、智能化、多样化与多维化。现代设计方法的特点：(1)程式性(2)创造性(3)系统性(4)优化性(5)计算机辅助设计设

2、计要求：(1)精度要求(2)检测效率要求(3)可靠性要求(4)经济性要求(5)使用条件要求(6)造型要求设计程序：(1)确定设计任务(2)设计任务分析，制定设计任务书(3)调查研究，详细占有资料(4)总体方案设计(5)技术设计(6)制造样机(7)产品鉴定或验收(8)设计定型后进行小批量生产误差的分类：按误差的数学性质分1）随机误差是由大量的独立微小因素的综合影响所造成的，其数值的大小和方向没有一定的规律，但就其总体而言，服从统计规律，大多数随机误差服从正态分布。2）系统误差由一些稳定的误差因素的影响所造成，其数值的大小的方向在测量过程中恒定不变或按一定的规律变化。3）粗大误差粗

3、大误差指超出规定条件所产生的误差，一般是由于疏忽或错误所引起，在测量值中一旦出现这种误差，应予以剔除。按被测参数的时间特性分1）静态参数误差不随时间而变化或随时间而缓慢变化的被测参数称为静态参数，测定静态参数所产生的误差2）动态参数误差随时间而变化或时间的函数的被测参数称为动态参数，测定动态参数所产生的误差按误差间的关系分1）独立误差彼此相互独立，互不相关，互不影响的误差2）非独立误差（或相关误差）一种误差的出现与其他的误差相关联，这种彼此相关的误差绝对误差：被测量测得值x与其真值(或相对真值)xo之差△=x-xo特点：有量纲、能反映出误差的大小和方向。相对误差：绝对误差与被测

4、量真值的比值δ=△/xo特点：无量纲测量误差：对某物理量进行测量，所测得的数值xi与其真值xo之间的差△i=xi-xoi=1,2,3,…n正确度系统误差大小的反应，表征测量结果稳定地接近真值的程度精密度随机误差大小的反应，表征测量结果的一致性或误差的分散性准确度系统误差和随机误差两者的综合反应，表征测量结果与真值之间的一致程度原理误差仪器设计中采用了近似的理论、近似的数学模型、近似的机构和近似的测量控制电路所引起的误差。它只与仪器的设计有关，而与制造和使用无关。减小或消除原理误差影响的方法：1）采用更为精确的、符合实际的理论和公式进行设计和参数计算。2）研究原理误差的规律，采取

5、技术措施避免原理误差。3）采用误差补偿措施。制造误差产生于制造、支配以及调整中的不完善所引起的误差。主要由仪器的零件、元件、部件和其他各个环节在尺寸、形状、相互位置以及其他参量等方面的制造及装调的不完善所引起的误差。减小或制造原理误差影响的方法：制造过程中1）提高加工精度2）装配精度设计过程中1）合理地分配误差和确定制造公差2）正确应用仪器设计原理和设计原则3）合理地确定仪器的结构参数4）合理的结构工艺性5）设置适当的调整好补偿环节运行误差仪器在使用过程中所产生的误差。如力变形误差、磨损和间隙造成的误差，温度变形引起的误差，材料的内摩擦所引起的弹性滞后和弹性后效，以及振动和干扰

6、等。（一）力变形为了减小力变形，在设计过程中要着重提高仪器结构件的刚度，合理选择支点的位置和材料，适当采用卸荷装置，使重力引起的变形达到最小（二）测量力变形在设计中应尽量减小测量力同时确保测量力在测量过程中的恒定（三）应力变形结构件在加工和装配过程中形成的内应力的释放所引发的变形同样影响仪器精度（四）磨损磨损使零件产生尺寸、形状、位置误差，配合间隙增加，降低仪器的工作精度的稳定性仪器误差分析步骤：1）寻找仪器误差源，找出影响仪器精度的各项误差2）计算分析各个源误差对仪器精度的影响3）精度综合误差独立作用原理：一个源误差仅使仪器产生一个局部误差，局部误差是源误差的线性函数，与其他

7、源误差无关；仪器总误差是局部误差的综合基座与立柱结构特点：结构尺寸较大，结构比较复杂，要承受外载荷及其变化，受热变形影响较大。设计要求：1）要具有足够的刚度，力变形要小2）稳定性好，内应力变形小3）热变形要小4）良好的抗振性刚度设计：1)有限元分析法：此分析法是一种将数学、力学与计算机技术相结合的对支承件刚度和动特性进行分析的一种方法；2)仿真分析法：对结构形状复杂的支承件，可采用模型仿真，虽然花费些物力和时间，但得出的结果与实际比较接近。结构设计：1）正确选择截面形状与外形结构2）合理地选