常用长度计量仪器的仪器误差与测量过程误差（四）
文章内容：四,测长机1.概述测长机有几种结构型式,一种是符合阿贝原理的测长机,另一种是不符合阿贝原理而符合艾伯斯坦()原理的测长机;再一种在符合艾伯斯坦原理测长机的基础上为消除头尾座1物镜焦距不等和离焦引起的误差,加以改进的万能测量机;另外还有一种激光测长机.用它们直接测量精密量具,如量杆的长度,亦可借助标准量块以比较法测量量块或干分尺校对杆的长度.在此主要介绍第二种类型的测长机.2.符合艾伯斯坦原理的测长机仪器误差测长机仪器误差可分两部分:一是0～100范围的仪器误差;二是大于100的仪器误差.由于篇幅限制对0100范围的仪器误差不作叙述.(1)仪器原理误差符合艾伯斯坦原理测长机是不符合阿贝原理的,对由于导轨直线度误差引起的阿贝误差,可巧妙地利用光学补偿的方法予以消除,其原理如图4—1所示.若在结构上绝对地使测量轴线到标准器轴线的距离尸与头,尾座×物镜0.,0.焦距,相等,而标准器轴线与导轨面处在同一平面上,则当头座和尾座在导轨上移动时,因导轨直线度有误差,假设尾座绕垂直于纸面轴偏摆一角,由此产生的误差可由光路中反射棱镜入射角的改变来补偿.其补偿原理如图4—1所示,图中,实线都是在导轨直线度理想情况下的仪器位置,此时无阿贝误差但当导轨有误差时,如位置偏摆到.位/置,而^变到位置,从而使测量长度工有的误差.圈4—1一+(--1)若把展开成级数,并取二次项值,即取-/2,同时因口角小,而取≈,则相应地代入上述公式,而得到/一一'4—1)由图4—1可见,偏摆到位置,尾座物镜出射的平行光向下与水平光轴有角偏摆,当此光束由头座物镜0所接收,其成象位置由变到,其偏离方向和^相反.故误差为'=一,='(4--2)实际上阿贝误差:一:一一若—一一由此可见,由于导轨直线度误差(4—2)所造成的仪器误差可由上述光学——机械系统互补作用而相互抵消,只存在二次误差.式中,43值甚小,故二次误差亦很小,可忽略不计.即:一乱一一—≈(4--3)(2)光学计管示值误差2一.25(3)光学计管示值变动性一0.1(4)_工作台调整引入误差文根据检定规程要求,当用球面测帽时,工作台调整引起示值变化小于0.2,即文一0.2(5)对准误差与读数误差测长机的对准误差是指对准显微镜双线套单线的误差,每个尺寸影响二次根据统计分析,一般对准误差为0.2即一0.2—.28()读数误差是光学计管起始对零的对准与终了的估读误差,估读误差为0.1,对准误差一般为估读的一半,即一/,+.05一0.1()(4—4)————一——=,,畴+一.28+,11)一.30()(4—5)(6)测量力引入的误差按球面对平面接触变形公式,测量力引起的测量值变化为3厂=.9√(4—6)式中:为测量力大小;为测量头球面直径当用渊长机直接测量或比较测量时,仪器要对零,需使头座,尾座的二球面测头在测力作用下接触,因而零位本身已有挤压变形,为此测量力对测量值的影响不大.但是测量力在测量过程中会发生变化,这将引起仪器的示值变化,按仪器检定规程规定测量力变化最大可至0.4测量力的变化量所引起的示值变化可对式(4—6)进行偏微分求得:々一.1.9亏√南9厂_一.1?9号√.444=0?025(")考虑到尾管,光学计管都使用球面测帽,则示值变化扩大一倍,即文一2^一0.05()(4—7)(7)头尾座等效1物镜不正确所造成的误差当尾头座光学系统的物镜焦距不等,分米双刻线不在尾座光学系统物镜的物平面上(离焦)时,将引起头尾座组合的等效1物镜倍率不正确,使得尾座位于分米刻度尺的某一双刻线,如双刻线偏离视场中心至左侧或右侧,而引起示值误差其误差按检定规程要求为:,辞一(1+(4—8)(8)温度引入的误差文温度变化引入的误差可按下式计算:=[(一);+(--)]"(4—9)假设仪器温度和标准温度2℃的最大差值为一土℃;仪器和标准量块间的温度差--一±05标准量块线胀系数口一(11.5土1)10一,取一2.5×10(单位为米),则仪器与标准量块线胀系数之最大差值,取(一)一2×1～,得一[(21).+(12.5.5)]×一6.560-6(4—10)(9)仪器检定时标准量块检定误差引入误差仪器分米示值采用四等量块,量块检定误差直接引入,即一(0.20+2)(单位为)(4—11)(1)仪器检定误差乱.按检定规程要求,分米示值的每一受检点示值误差应检两次,其平均值为该点示值误差,两次检定结果可差(.5+3×10一),即检定结果误差为.一(0.5+3×10一)/2一(.35+2.1×10)(单位为(4—12)综合以上所述,(～1000)范围内仪器示值误差为:10一[掰].一[0.+0.25+0.1+0.2+0.3+0.05+(1+工×10)+(6.56×10工)+(0.2+2工×10-3)0+(0.35+2工×1一.)]一(1.3675+3.2×10+52×10),(4—13)通过回归分析简化成一次方来表示:一(1?2+)单位为)(4—14)上述是在仪器最差情况下进行分析,在仪器检定与使用中,分米双刻线总是处于视场中央,头尾座等效1物镜倍率的不正确引入误差可控制在0.5内,则仪器示值误差为:10‰一["一.6175+1.2×10一.+51×10一]"(4--15)通过回归分析简化成一次方来表示:,一?49+南](4—16)3.符合艾伯斯坦原理的测长机比较测量的测量误差测长机进行比较测量时,仪器某些主要误差不产生影响,从而可进行高准确度的测量.例如大量块的检定.下面以检定四等大量块的测量误差进行计算(1)光学计管示值误差岛量块本身偏差比较小,所以偏差均是在士60/内,即光学计管示值误差为曩一0.20(2)光学计管示值变动性一?1(3)读数误差岛比较测量时以对标准量块对零,对被检量块进行读数,即岛一(0.12+.05)一.11()(4)标准量块检定误差对四等量块检定是用三等量块作标准.三等量块检定误差为:文一(.1+1×10)单位为)(4—17)(5)温度引入误差根据量块检定规程要求,测量长度时,量块温度偏离标准状态应引入修正,
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