第二章精仪设计的精度理论 精度:是误差的反义词,精度的高的低是用误差的大小来衡量的 误差大,精度低,反之,误差小,精度高。 精度的重要性:无论是精仪还是精密机械设备,其自身的精度都 是一项重要指标,以其精度的高低是衡量仪器设计质量的关键 精度分析的目的: 仪器误差的客观存在性决定仪器的精度无论多高, 总存在误差。找出产生误差的根源和规律,分析误差 对仪器设备的精度的影响,以便合理的选择方案、设 计结构,确定参数和设置必要的精度调整和补偿环节, 从而在保证经济性的基础上达到理想的精度。可见精 度分析是仪器设计中重要一环,通常贯穿于仪器设计 制造和使用的全过程
第二章 精仪设计的精度理论 精度：是误差的反义词，精度的高的低是用误差的大小来衡量的。 误差大，精度低，反之，误差小，精度高。 精度的重要性：无论是精仪还是精密机械设备，其自身的精度都 是一项重要指标，以其精度的高低是衡量仪器设计质量的关键。 一、 精度分析的目的： 仪器误差的客观存在性决定仪器的精度无论多高， 总存在误差。找出产生误差的根源和规律，分析误差 对仪器设备的精度的影响，以便合理的选择方案、设 计结构，确定参数和设置必要的精度调整和补偿环节， 从而在保证经济性的基础上达到理想的精度。可见精 度分析是仪器设计中重要一环，通常贯穿于仪器设计 制造和使用的全过程
精度分析 精度分析:既指仪器各个零部件误差的合成,也指仪 器设计中公差的分配和主要条件的制定,甚至包括考 虑为进一步减小仪器误差而需要采取的技术措施。如 误差的调整方法,补偿件的设计 从设计角度看,仪器设计也包括精度的设计,即需 要合理地确定仪器各个部件乃至零件的精度要求,因 此精度分析的各项工作内容是相互联系的 随着精密计量测试技术的发展,近代的精密仪器 大多由光学、机械、电子学和计算机相结合来进行测 量或控制的。所以精度分析的内容自然包括:仪器的 机械系统,光学系统,电子线路和计算机的精度分析 其中机械系统的精度理论较为成熟,而光学,电子系 统稍差,对于某些光学系统和电子部件,有时需要实 验来确定其精度
二、精度分析 精度分析：既指仪器各个零部件误差的合成，也指仪 器设计中公差的分配和主要条件的制定，甚至包括考 虑为进一步减小仪器误差而需要采取的技术措施。如 误差的调整方法，补偿件的设计。 从设计角度看，仪器设计也包括精度的设计，即需 要合理地确定仪器各个部件乃至零件的精度要求，因 此精度分析的各项工作内容是相互联系的。 随着精密计量测试技术的发展，近代的精密仪器 大多由光学、机械、电子学和计算机相结合来进行测 量或控制的。所以精度分析的内容自然包括：仪器的 机械系统，光学系统，电子线路和计算机的精度分析。 其中机械系统的精度理论较为成熟，而光学，电子系 统稍差，对于某些光学系统和电子部件，有时需要实 验来确定其精度
、仪器精度理论的基本内容: 分析影响仪器精度的各项误差来源及特件: 2研究误差的评定和计算方法; 3研究误差的传递、转化和相互作用的规律; 4确定误差合成与分配的原则和方法以及对仪器精度进行 测试的过程、从而为仪器结构设计和特件参数的确定提供 可靠的依据
三、仪器精度理论的基本内容： 1.分析影响仪器精度的各项误差来源及特件； 2.研究误差的评定和计算方法； 3.研究误差的传递、转化和相互作用的规律； 4.确定误差合成与分配的原则和方法以及对仪器精度进行 测试的过程、从而为仪器结构设计和特件参数的确定提供 可靠的依据
第一节仪器精度理论中的若干基本概念 误差精度仪器精度指标:<自学 仪器误差主要来源: 1仪器的原理误差 2.仪器的零部件机测量电路的制造与调整误差 3标准件和仪器的定标误差 4瞄准、读数误差或量化误差 5定位、安装误差 6测量环境跳进所引起的误差(如温度,力变形引起的误差),以及使 用中零部件磨损所引起的误差。 仪器的测量误差:在仪器的测量过程中,由于环境条件等 因素影响,可能会引入较大的其他误差分量,这样得出仪 器的测量误差。 针对某一种仪器而言,其测量误差与仪器误差一致 在仪器测量过程中,综合具体环境条件等因素的影响,这 样得出的就为仪器的测量误差,其值一般大于仪器误差
第一节 仪器精度理论中的若干基本概念 误差 精度 仪器精度指标: 仪器误差主要来源： 1.仪器的原理误差 2.仪器的零部件机测量电路的制造与调整误差 3.标准件和仪器的定标误差 4.瞄准、读数误差或量化误差 5.定位、安装误差 6.测量环境跳进所引起的误差（如温度，力变形引起的误差），以及使 用中零部件磨损所引起的误差。 仪器的测量误差：在仪器的测量过程中，由于环境条件等 因素影响，可能会引入较大的其他误差分量，这样得出仪 器的测量误差。 针对某一种仪器而言，其测量误差与仪器误差一致。 在仪器测量过程中，综合具体环境条件等因素的影响，这 样得出的就为仪器的测量误差，其值一般大于仪器误差
第二节仪器误差的来源与性质 仪器误差:仪器本身所固有的误差。在仪器制成后,在规 定的使用条件下仪器误差就基本固定了 仪器测量误差:既包括仪器误差,由包括仪器使用和运行 时,因为一些使用的环境条件、测量方法以及测量人员主 观因素的等各项原因造成的综合误差,它以测量结果与被 测量值的偏差值来表示。 求仪器精度--各项误差来源分析-找出主要因素--控 制减小其影响 仪器误差产生的原因: 在仪器的设计、制造和使用的各个阶段可能产生误差,分 别称为原理误差制造误差和运行误差。从数学特性亡看。 原理误差多为系统误差、而制造误差和运行误差多为随机 误差
第二节 仪器误差的来源与性质 仪器误差：仪器本身所固有的误差。在仪器制成后，在规 定的使用条件下仪器误差就基本固定了。 仪器测量误差： 既包括仪器误差，由包括仪器使用和运行 时，因为一些使用的环境条件、测量方法以及测量人员主 观因素的等各项原因造成的综合误差，它以测量结果与被 测量值的偏差值来表示。 求仪器精度 ----各项误差来源分析-----找出主要因素-----控 制减小其影响 仪器误差产生的原因： 在仪器的设计、制造和使用的各个阶段可能产生误差，分 别称为原理误差制造误差和运行误差。从数学特性亡看。 原理误差多为系统误差、而制造误差和运行误差多为随机 误差
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造成的。原理误差 与仪器的设计有关,与制造和使用无关,下面详细 讲述原理误差产生的原因(主要4点) 把仪器实际的非线性特性近似为线性,并采用线性的技 术处理非线性特性,引起原理误差。 举例:以激光扫描测径仪为例,说明其原理误差的来源 仪器清除的途径。这种仪器精度高,重复性好,测量 速度快,在拔丝、轧钢过程、尺寸在线检测中有广泛 应用
一、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造成的。原理误差 只与仪器的设计有关，与制造和使用无关，下面详细 讲述原理误差产生的原因（主要4点） 1.把仪器实际的非线性特性近似为线性，并采用线性的技 术处理非线性特性，引起原理误差。 举例：以激光扫描测径仪为例，说明其原理误差的来源 仪器清除的途径。这种仪器精度高，重复性好，测量 速度快，在拔丝、轧钢过程、尺寸在线检测中有广泛 应用
仪器的工作原理:氦氖激光器l射出的激光经反射镜3、透镜4(用来减小光 束的发散)、反射镜2和用同步电动杋带动的多面棱镜5,再经过透镜6对被 测工件7进行扫描.然后经过透镜8由光电二极管9接收实现光信号—电信号 的转换。由于多面棱镜以角速度ω旋转使棱镜转过θ角,则反射光转过 2θ角,实现对工件的扫描。在激光光束被工件遮挡的时间内,计数器所 计的脉冲数与被测工件的直径有一定的对应关系。为了保证扫描信号与计 算电路中计数脉冲同步,用同一晶体振荡器控制
仪器的工作原理：氦氖激光器l射出的激光经反射镜3、透镜4(用来减小光 束的发散)、反射镜2和用同步电动机带动的多面棱镜5，再经过透镜6对被 测工件7进行扫描．然后经过透镜8由光电二极管9接收实现光信号—电信号 的转换。由于多面棱镜以角速度ω旋转使棱镜转过θ 角，则反射光转过 2θ 角，实现对工件的扫描。在激光光束被工件遮挡的时间内，计数器所 计的脉冲数与被测工件的直径有一定的对应关系。为了保证扫描信号与计 算电路中计数脉冲同步，用同一晶体振荡器控制。
原理误差的产生 通常近似认为在与光轴垂直方向上的激光光束的扫描速度是均匀的。 v=2of= 4nf 式中:n和ω分别为多面棱镜的转速和角速度 f为透镜6的焦距 系数2:考虑了多面棱镜的反射光束角速度是棱镜角速度的2倍 实际上激光光束的扫描速度在光轴垂直方向上是变化的。激光扫描 光束距透镜光轴距离为:y=∫tan(2t)=ftan(4mt) 在该位置上,激光光束在与光轴垂直方向上的扫描速度为: %f=4rmf sec (4 nt)=inf[1+ tan(47nt ) 4m[1+()2] 可见实际激光扫描速度随着光束离光轴的距离不同而变化,且离光轴 垂直距离越大,扫描速度越高,这就使得该仪器的测量值总小于 被测直径的实际值,从而引起原理误差
原理误差的产生： 通常近似认为在与光轴垂直方向上的激光光束的扫描速度是均匀的。 即 式中：n和ω分别为多面棱镜的转速和角速度 f为透镜6的焦距 系数2：考虑了多面棱镜的反射光束角速度是棱镜角速度的2倍 实际上激光光束的扫描速度在光轴垂直方向上是变化的。激光扫描. 光束距透镜光轴距离为： 在该位置上，激光光束在与光轴垂直方向上的扫描速度为： 可见实际激光扫描速度随着光束离光轴的距离不同而变化，且离光轴 垂直距离越大，扫描速度越高，这就使得该仪器的测量值总小于 被测直径的实际值，从而引起原理误差。 v = 2f = 4nf y = f tan(2t) = f tan(4nt) 4 [1 ( ) ] 4 (4 ) 4 [1 (4 )] 2 2 2 0 sec tan f y nf nf nt nf nt dt dy v = + = = = +
2.数据处理方式上的近似所带来的误差和数值舍位代来 的误差 模数转换中的量化,用二进制中最小单位所代表的电 平去度量一个实际的模拟量,带来误差。 3仪器结构存在原理误差 如:正切、正弦机构,传动方程为非线性而用线性方程 处理时,产生误差 采用简单机构代替复杂机构,或用一个主动件的简 单机构实现多元函数的作用方程,产生机构原理误差。 4在仪器的测量与控制电路系统中的某些环节存在原理误 差。如采样过程 总结:原理误差产生于仪器设计的过程一一固有误差,系统误差 原理误差使仪器精度下降,设计仪器时首先考虑原理误 差,采用不同方法减小或消除其对仪器精度的影响
2. 数据处理方式上的近似所带来的误差和数值舍位代来 的误差 模数转换中的量化，用二进制中最小单位所代表的电 平去度量一个实际的模拟量，带来误差。 3.仪器结构存在原理误差 如：正切、正弦机构，传动方程为非线性而用线性方程 处理时，产生误差。 采用简单机构代替复杂机构，或用一个主动件的简 单机构实现多元函数的作用方程，产生机构原理误差。 4.在仪器的测量与控制电路系统中的某些环节存在原理误 差。 如采样过程 总结：原理误差产生于仪器设计的过程－－固有误差，系统误差 原理误差使仪器精度下降，设计仪器时首先考虑原理误 差，采用不同方法减小或消除其对仪器精度的影响
分析原理误差的途径:将仪器各个组成环节之间的实际 关系与设计、计算时采用的理论关系进行比较,如有 差异则存在原理误差。 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,采取技术措施避免原理误差。 3)采用误差补偿措施
分析原理误差的途径：将仪器各个组成环节之间的实际 关系与设计、计算时采用的理论关系进行比较，如有 差异则存在原理误差。 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，采取技术措施避免原理误差。 3)采用误差补偿措施