精密儀器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

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1、測(cè)控儀器則是利用測(cè)量和控制的理論，采用機(jī)、電、光各種計(jì)量測(cè)試原理及控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的一種范圍廣泛的測(cè)量?jī)x器。測(cè)控儀器的分類：1.幾何量計(jì)量?jī)x器2.熱工量計(jì)量?jī)x器3.機(jī)械量計(jì)量?jī)x器4.時(shí)間頻率計(jì)量?jī)x器5.電磁量計(jì)量?jī)x器6.無(wú)線電參數(shù)測(cè)量?jī)x器7.光學(xué)與聲學(xué)量測(cè)量?jī)x器8.電離輻射計(jì)量?jī)x器按功能將儀器分成以下幾個(gè)組成部分：1基準(zhǔn)部件2傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件3放大部件4瞄準(zhǔn)部件5信息處理與運(yùn)算裝置6顯示部件7驅(qū)動(dòng)控制器部件8機(jī)械結(jié)構(gòu)部件發(fā)展趨勢(shì)：高精度與高可靠性、高效率、智能化、多樣化與多維化?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)：(1)程式性(2)創(chuàng)造性(3)系統(tǒng)性(4)優(yōu)化性(5)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求：(1

2、)精度要求(2)檢測(cè)效率要求(3)可靠性要求(4)經(jīng)濟(jì)性要求(5)使用條件要求(6)造型要求設(shè)計(jì)程序：(1)確定設(shè)計(jì)任務(wù)(2)設(shè)計(jì)任務(wù)分析，制定設(shè)計(jì)任務(wù)書(3)調(diào)查研究，詳細(xì)占有資料(4)總體方案設(shè)計(jì)(5)技術(shù)設(shè)計(jì)(6)制造樣機(jī)(7)產(chǎn)品鑒定或驗(yàn)收(8)設(shè)計(jì)定型后進(jìn)行小批量生產(chǎn)誤差的分類：按誤差的數(shù)學(xué)性質(zhì)分1）隨機(jī)誤差是由大量的獨(dú)立微小因素的綜合影響所造成的，其數(shù)值的大小和方向沒(méi)有一定的規(guī)律，但就其總體而言，服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，大多數(shù)隨機(jī)誤差服從正態(tài)分布。2）系統(tǒng)誤差由一些穩(wěn)定的誤差因素的影響所造成，其數(shù)值的大小的方向在測(cè)量過(guò)程中恒定不變或按一定的規(guī)律變化。3）粗大誤差粗大誤差指超出規(guī)定條件所產(chǎn)

3、生的誤差，一般是由于疏忽或錯(cuò)誤所引起，在測(cè)量值中一旦出現(xiàn)這種誤差，應(yīng)予以剔除。按被測(cè)參數(shù)的時(shí)間特性分1）靜態(tài)參數(shù)誤差不隨時(shí)間而變化或隨時(shí)間而緩慢變化的被測(cè)參數(shù)稱為靜態(tài)參數(shù)，測(cè)定靜態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的誤差2）動(dòng)態(tài)參數(shù)誤差隨時(shí)間而變化或時(shí)間的函數(shù)的被測(cè)參數(shù)稱為動(dòng)態(tài)參數(shù)，測(cè)定動(dòng)態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的誤差按誤差間的關(guān)系分1）獨(dú)立誤差彼此相互獨(dú)立，互不相關(guān)，互不影響的誤差2）非獨(dú)立誤差（或相關(guān)誤差）一種誤差的出現(xiàn)與其他的誤差相關(guān)聯(lián)，這種彼此相關(guān)的誤差絕對(duì)誤差：被測(cè)量測(cè)得值x與其真值(或相對(duì)真值)xo之差△=x-xo特點(diǎn)：有量綱、能反映出誤差的大小和方向。相對(duì)誤差：絕對(duì)誤差與被測(cè)量真值的比值δ=△/xo特點(diǎn)：無(wú)量綱

4、測(cè)量誤差：對(duì)某物理量進(jìn)行測(cè)量，所測(cè)得的數(shù)值xi與其真值xo之間的差△i=xi-xoi=1,2,3,…n正確度系統(tǒng)誤差大小的反應(yīng)，表征測(cè)量結(jié)果穩(wěn)定地接近真值的程度精密度隨機(jī)誤差大小的反應(yīng)，表征測(cè)量結(jié)果的一致性或誤差的分散性準(zhǔn)確度系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩者的綜合反應(yīng)，表征測(cè)量結(jié)果與真值之間的一致程度原理誤差儀器設(shè)計(jì)中采用了近似的理論、近似的數(shù)學(xué)模型、近似的機(jī)構(gòu)和近似的測(cè)量控制電路所引起的誤差。它只與儀器的設(shè)計(jì)有關(guān)，而與制造和使用無(wú)關(guān)。減小或消除原理誤差影響的方法：1）采用更為精確的、符合實(shí)際的理論和公式進(jìn)行設(shè)計(jì)和參數(shù)計(jì)算。2）研究原理誤差的規(guī)律，采取技術(shù)措施避免原理誤差。3）采用誤差補(bǔ)償措施。制造

5、誤差產(chǎn)生于制造、支配以及調(diào)整中的不完善所引起的誤差。主要由儀器的零件、元件、部件和其他各個(gè)環(huán)節(jié)在尺寸、形狀、相互位置以及其他參量等方面的制造及裝調(diào)的不完善所引起的誤差。減小或制造原理誤差影響的方法：制造過(guò)程中1）提高加工精度2）裝配精度設(shè)計(jì)過(guò)程中1）合理地分配誤差和確定制造公差2）正確應(yīng)用儀器設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)原則3）合理地確定儀器的結(jié)構(gòu)參數(shù)4）合理的結(jié)構(gòu)工藝性5）設(shè)置適當(dāng)?shù)恼{(diào)整好補(bǔ)償環(huán)節(jié)運(yùn)行誤差儀器在使用過(guò)程中所產(chǎn)生的誤差。如力變形誤差、磨損和間隙造成的誤差，溫度變形引起的誤差，材料的內(nèi)摩擦所引起的彈性滯后和彈性后效，以及振動(dòng)和干擾等。（一）力變形為了減小力變形，在設(shè)計(jì)過(guò)程中要著重提高儀器結(jié)

6、構(gòu)件的剛度，合理選擇支點(diǎn)的位置和材料，適當(dāng)采用卸荷裝置，使重力引起的變形達(dá)到最?。ǘy(cè)量力變形在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小測(cè)量力同時(shí)確保測(cè)量力在測(cè)量過(guò)程中的恒定（三）應(yīng)力變形結(jié)構(gòu)件在加工和裝配過(guò)程中形成的內(nèi)應(yīng)力的釋放所引發(fā)的變形同樣影響儀器精度（四）磨損磨損使零件產(chǎn)生尺寸、形狀、位置誤差，配合間隙增加，降低儀器的工作精度的穩(wěn)定性儀器誤差分析步驟：1）尋找儀器誤差源，找出影響儀器精度的各項(xiàng)誤差2）計(jì)算分析各個(gè)源誤差對(duì)儀器精度的影響3）精度綜合誤差獨(dú)立作用原理：一個(gè)源誤差僅使儀器產(chǎn)生一個(gè)局部誤差，局部誤差是源誤差的線性函數(shù)，與其他源誤差無(wú)關(guān)；儀器總誤差是局部誤差的綜合基座與立柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)尺寸較大，

7、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要承受外載荷及其變化，受熱變形影響較大。設(shè)計(jì)要求：1）要具有足夠的剛度，力變形要小2）穩(wěn)定性好，內(nèi)應(yīng)力變形小3）熱變形要小4）良好的抗振性剛度設(shè)計(jì)：1)有限元分析法：此分析法是一種將數(shù)學(xué)、力學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的對(duì)支承件剛度和動(dòng)特性進(jìn)行分析的一種方法；2)仿真分析法：對(duì)結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的支承件，可采用模型仿真，雖然花費(fèi)些物力和時(shí)間，但得出的結(jié)果與實(shí)際比較接近。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：1）正確選擇截面形狀與外形結(jié)構(gòu)2）合理地選