现代精密仪器设计第三章_仪器精度理论课件.ppt

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1、精密仪器设计DesignofPrecisionInstrument本章内容：§3.1精度基本概念§3.2仪器误差来源与分析§3.3仪器误差计算§3.4精度设计与误差分配第三章仪器精度理论§3.1精度理论基本概念一、误差（Error）误差定义及分类——这里重点介绍仪器设计中误差理论常用概念与表示方法。！1.绝对误差:测得值与被测量真值之差特点——有大小、方向和量纲；不反映精细程度。2.相对误差3.极限误差（精确度）：误差的极限范围特点——有大小、方向、无量纲；反映精细程度。特点——有大小、量纲和范围；反映精确度。二

2、、仪器精度精度（Accuracy）与误差概念相反；精度高、低用误差来衡量。误差大，精度低；误差小，精度高精度——准确度——系统误差大小的反映；精密度——随机误差大小的反映；精确度——系统＋随机的综合；1.复现精度（再现精度）用与标准量（真值或约定值）的偏差来表示的绝对精度，反映仪器精确度。不同方法、不同地点、不同时间、不同仪器2.重复精度同一测量方法和测试条件下，相隔不太长时间，多次测量的结果，反映仪器精密度。复现精度<重复精度：原因是测定复现精度时所包含的随机变化因素多于测定重复精度。3.灵敏度（Sens

3、itivity）——输出值与输入值的变化量之比（脉冲量）。4.分辨率（Resolution）——仪器设计中最重要的指标仪器能够感受、识别或探测的输入量的最小值。分辨率、精密度、精确度三者关系——！提高仪器精密度，须相应提高其分辨率；提高仪器分辨率，能够提高仪器精确度（不完全相关）；分辨率一般为仪器精度的1/3~1/5。高精度仪器——低分辨率，达不到；低精度仪器——高分辨率，不合理。§3.2仪器误差的来源（1）为了获得所需求的仪器精度，必须对影响精度各项因素及误差来源分析并加以控制，以减少对仪器精度影响。

4、（2）影响仪器精度因素较多，应学会从众多因素中找出主要因素。具体问题，具体分析原理误差制造误差运行误差误差来源——一、原理误差光－机－电系统的理论误差、方案误差、机构简化误差、零件原理误差等。1.理论误差——设计中采用理论不完善，或者采用近似理论所致。自准直仪举例理论方程：由于刻划问题，近似成线性：2.方案误差——采取不同方案造成的误差。大地测量——2.方案误差——采取不同方案造成的误差。大地测量——3.机构简化误差——用简单机构代替复杂机构造成的原理误差。y=f(x)此函数关系近似为过O点的直线，并用直线

5、代替。例如螺旋机构：造成原理误差——Δyi单一化机构——多元函数举例举例4.零件原理误差采用凸轮机构实现：h=f(φ)的运动规律为减少磨损，将从动杆端设计成半径为r的圆球。由此引起的误差：二、制造误差零件设计时都有公差（没有公差的零件是不能加工的），从而造成制作中的误差。遵守基面合一原则设计基面：零件工作图上注尺寸的基准面工艺基面：加工时，用它定位去加工其他面装配基面：确定零件间相互位置的基准减少误差三、运行误差运行过程中产生——仪器内部（内应力、老化）、磨损、外界环境变化（温度、压力、振动）、间隙与空程等。1

6、.变形误差(1)原因——反作用力自重摩擦力之一：受力弹性效应——弹性滞后、弹性后效！一切材料均有上述现象，只不过大小不同之二：内摩擦具体分析——有时不可忽略！(2)变形与载荷性质有关结论——同样载荷、同样零件，拉压变形最小。(3)接触变形——仪器支承点接触变形最大对仪器影响最大措施——如：滑动导轨应进行热处理(4)自重变形——与支点有关，应正确合理选择支点。梁的支承变形——变形最小（贝塞点）：右端为零（艾里点）：中间挠度为零：中间与C、D等高：2.磨损——与摩擦有密切关系措施——不同材料配合，

7、如轴采用钢；轴套采用铜。(1)与粗糙度关系(2)金相结构越接近，磨损越严重(3)润滑——润滑好，磨损降低跑合——磨合磨损曲线磨损量3.间隙与空程引起的误差在仪器中，间隙与空程是普遍存在的。（a）齿轮传动中的间隙与回差；（b）螺旋转动的空程；（c）轴的间隙；（d）导轨的间隙;……4.温度变化引起的误差（a）光学系统——折射率变化、象抖动等；（b）双频激光干涉仪——波长的变化；（c）零件受热变形；……5.振动——客观存在的（a）工件或刻尺抖动——仪器对不准；（b）零件抖动；（c）产生内应力；（d）共振；……防止措施

8、——（a）单向运转；（b）提高刚度；（c）降低摩擦；（d）柔性铰链（Flexurehinge）防止措施——（a）避免间歇；（b）调整自振频率；（c）防振地基、垫；（d）柔性环节（波纹管）§3.3仪器误差计算一、误差独立作用原理仪器输出和零部件参数关系的表达式——零部件有误差时：其误差为——当，而同理由Δqi引起的误差——实际输出结论——（1）一个误差源仅使仪器产生一定的误