實驗誤差有哪些因素造成
測量時,由于各種因素會造成少許的誤差,這些因素必須去了解,并有效的解決,方可使整個測量過程中誤差減至最少.測量時,造成誤差的主要有系統(tǒng)誤差和隨機誤差,而系統(tǒng)誤差有下列情況：誤讀、誤算、視差、刻度誤差、磨耗誤差、接觸力誤差、撓曲誤差、余弦誤差、阿貝 (Abbe) 誤差、熱變形誤差等.系統(tǒng)誤差的大小在測量過程中是不變的,可以用計算或?qū)嶒灧椒ㄇ蟮?即是可以預測,并且可以修正或調(diào)整使其減少.這些因素歸納成五大類,詳細內(nèi)容敘述如下：
1.人為因素
由于人為因素所造成的誤差,包括誤讀、誤算和視差等.而誤讀常發(fā)生在游標尺、分厘卡等量具.游標尺刻度易造成誤讀一個最小讀數(shù),如在10.00 mm處常誤讀成10.02 mm或9.98 mm.分厘卡刻度易造成誤讀一個螺距的大小,如在10.20 mm常誤讀成10.70 mm或9.70 mm.誤算常在計算錯誤或輸入錯誤數(shù)據(jù)時所發(fā)生.視差常在讀取測量值的方向不同或刻度面不在同一平面時所發(fā)生,兩刻度面相差約在0.0.4 mm之間,若讀取尺寸在非垂直于刻度面時,即會產(chǎn)生 的誤差量.為了消除此誤差,制造量具的廠商將游尺的刻劃設(shè)計成與本尺的刻劃等高或接近等高,(游尺刻劃有圓弧形形成與本尺刻劃幾近等高,游尺為凹V形且本尺為凸V形,因此形成兩刻劃等高.
2.量具因素
由于量具因素所造成的誤差,包括刻度誤差、磨耗誤差及使用前未經(jīng)校正等因素.刻度分劃是否準確,必須經(jīng)由較精密的儀器來校正與追溯.量具使用一段時間后會產(chǎn)生相當程度磨耗,因此必須經(jīng)校正或送修方能再使用.
3.力量因素
由于測量時所使用接觸力或接觸所造成撓曲的誤差.依據(jù)虎克定律,測量尺寸時,如果以一定測量力使測軸與機件接觸,則測軸與機件皆會局部或全面產(chǎn)生彈性變形,為防止此種彈性變形,測軸與機件應(yīng)采相同材料制成.其次,依據(jù)赫茲 (Hertz) 定律,若測軸與機件均采用鋼時,其彈性變形所引起的誤差量
應(yīng)用量表測量工件時,量表固定于支持上,支架因被測量力會造成彈性變形,如圖2-4-3所示,在長度 的斷面二次矩為 ,長 的支柱為 ,縱彈性系數(shù)分別為 、 ,因此測量力為P時,撓曲量 為 .為了防止此種誤差,可將支柱增大并盡量縮短測量軸線伸出的長度.除此之外,較大型量具如分厘卡、游標尺、直規(guī)和長量塊等,因本身重量與負載所造成的彎曲.通常,端點標準器在兩端面與垂直線平行的支點位置為0.577全長時,其兩端面可保持平行,此支點稱之為愛里點 (Airey Points) .線刻度標準器支點在其全長之0.5594位置,其全長彎曲誤差量為最小,此處稱之為貝塞爾點 (Bessel Points)
4.測量因素
測量時,因儀器設(shè)計或擺置不良等所造成的誤差,包括余弦誤差、阿貝誤差等.余弦誤差是發(fā)生在測量軸與待測表面成一定傾斜角度 ,如圖2-4-5所示其誤差量為 ,為實際測量長度.通常,余弦誤差會發(fā)生在兩個測量方向,必須特別小心.例如測量內(nèi)孔時,徑向測量尺寸需取最大尺寸,軸向測量需取最小尺寸.同理,測量外側(cè)時,也需注意取其正確位置.測砧與待測工件表面必須小心選用,如待測工件表面為平面時需選用球狀之測砧、工件為圓柱或圓球形時應(yīng)選平面之測砧.阿貝原理 (Abbe’ Law) 為測量儀器的軸線與待測工件之軸線需在一直在線.否則即產(chǎn)生誤差,此誤差稱為阿貝誤差.通常,假如測量儀器之軸線與待測工件之軸線無法在一起時,則需盡量縮短其距離,以減少其誤差值.若以游標尺測量工件為例,如圖2-4-6所示,其誤差為 ,因此欲減少游標尺測量誤差,需將本尺與游尺之間隙所造成之 角減小及測量時應(yīng)盡量靠近刻度線.若以量表測量工件為例,如圖2-4-7所示其量表之探針為球形,工件為圓柱,兩軸心有偏位量 時,其接觸的誤差量為 .若量表之探針和工件均為平面時,若兩平面傾斜一定角度 時,其接觸的誤差量為 如圖2-4-8所示,此誤差稱為正弦誤差.圖2-4-9所示為凸輪在機構(gòu)設(shè)計的誤差分析圖,為了減少磨損,常將從動件的端頭設(shè)計成半徑為 的圓球或圓柱體,兩者間的壓力角為 ,因此引起誤差為.
5.環(huán)境因素
測量時受環(huán)境或場地之不同,可能造成的誤差有熱變形誤差和隨機誤差為最顯著.熱變形誤差通常發(fā)生于因室溫、人體接觸及加工后工件溫度等情形下,因此必須在溫濕度控制下,不可用手接觸工件及量具、工件加工后待冷卻后才測量.但為了縮短加工時在加工中需實時測量,因此必須考慮各種材料之熱脹系數(shù) 作為補償,以因應(yīng)溫度材料的熱膨脹系數(shù) 不同所造成的誤差.
