测控仪器设计课件(第五次课).ppt

第二章 仪器精度理论 意义：精度分析和精度设计是仪器设计的重要内涵 第一节 仪器精度理论中的若干基本概念 第二节 仪器误差的来源与性质 第三节 仪器误差的分析 第四节 仪器误差的综合 第五节 仪器误差的分析合成举例 第六节 仪器精度设计 * * 第四节 仪器误差的综合 在仪器设计、制造、测试验收的各个环节都需要进行精度评估，就离不开仪器误差的综合。由于仪器源误差很多、性质又各不相同，因此仪器误差综合方法也各不相同。根据仪器误差性质的不同，仪器误差可按下述方法综合。 一、随机误差的综合 考虑到随机误差的随机性极其分布规律的多样性（如正态分布、均匀分布、三角分布），在对随机误差进行综合时，可采用均方法和极限误差法。 1.均方法 设仪器中随机性源误差的标准差分别为 ；由一个随机性源误差所引起的随机局部误差的标准差为 ， 其中为误差影响系数。由误差理论可知，全部随机误差所引起的仪器合成标准差为 式中， 为第i、j两个相关随机误差的相关系数(i≠j)，其取值范围为-1~1之间。若 时，表示两随机误差不相关，相互独立。 当仪器各个随机源误差相互独立时 合成后的仪器总随机误差可写成 t为置信系数，一般认为合成总随机误差服从正态分布，即当置信概率为99.7%时，t=2；置信概率为95%时， t=3 。 2.极限误差法 若已知各单项误差源的极限误差 （如公差范围），根据各随机误差源的概率发布即 ，其中 为对应随机误差的置信系数，那么可以用各单项误差的极限误差来合成总随机误差的不确定度： 若各单项随机误差相互独立 二、系统误差的综合 1.已定系统误差的合成 设仪器中有 r个已定系统性源误差 ，已定系统误差其数值大小和方向已知，采用代数和法合成，则仪器总已定系统误差为： 如果是原理误差，则 。 2.未定系统误差的合成 未定系统误差是其大小和方向或变化规律未被确切掌握，而只能估计出不致超出某一极限范围的系统误差。由于未定系统误差的取值在极限范围内具有随机性，并且服从认定的概率分布，而从其对仪器精度影响上看又具有系统误差的特性，故常用两种方法合成。 绝对和法 考虑到未定系统误差的系统性。若仪器有m个未定系统性源误差，其各单项未定系统误差出现的范围为 ，合成未定系统误差为 方和根法 考虑到未定系统误差的随机性。若有m个未定系统源误差，各项未定系统误差出现的范围为 ，当各项未定系统误差相互独立时，合成未定系统误差为 三、仪器总体误差的合成 1.一台仪器误差的综合 若一台仪器中各源误差相互独立，而未定系统误差数又很少，因而未定系统误差的随机性大为减小，可按系统误差来处理它，则一台仪器合成总误差为 若一台仪器中未定系统误差数较多，在仪器误差合成时，既考虑未定系统误差的系统性，又强调其随机性，可按下式合成 2.一批同类仪器误差综合 当计算一批同类仪器的精度时，由于未定系统误差的随机性大大增加，因此为强调其随机性，误差合成时将未定系统误差按随机误差来处理。各单项源误差相互独立，则总合成误差为 第五节 仪器误差分析合成举例 JDG-S1型数字显示式立式光学计是一种精密测微仪。它的结构特点是用数字显示取代传统立式光学计的目镜读数系统 。运用标准器（如量块）以比较法实现测量，适用于对五等量块、量棒、钢球、线形及平行平面状精密量具和零件的外型尺寸作精密测量。其技术参数为： 被测件最大长度（测量范围）：180mm 示值范围： 显示分辨率： 测量力： 示值变动性为： 图2—26 数字显示式立式光学计 a 1 2 3 4 6 5 7 8 9 s 一、数字立式光学计原理与结构 图2—27 数字式立式光学计原理图 1—光源 2—聚光镜 3—标尺光栅 4—光电元件 5－指示光栅 6－立方棱镜 7－准直物镜 8－平面反射镜 9—测杆 1.光学杠杆原理 将量杆9的微小位移 s 放大转换成标尺光栅刻线像在物镜焦平面上的位移；仪器物镜焦距 ，反射镜摆动臂长 ，根据光学杠杆原理，光学放大比 ，即标尺光栅刻线像的位移量是测杆位移量的31.25倍。 2.光栅传感器 当标尺光栅刻线像移动一个栅距 时 ，光电信号变换一个周