測量誤差產生的原因及其避免途徑

測量工作的實踐表明，在任何幾何量測量工作中，無論是測角、測高還是測量距，當對同一量進行多次觀測時，不論測量儀器多么精密，觀測進行得多么仔細，測量結果總是存在著差異，彼此不相等。測量誤差的來源與下列因素有關:基準件的誤差、測量方法的誤差、計量器具的誤差、測量環境以及測量人員引起的誤差等。

一、基準件的誤差

任何基準都不可避免存在誤差，當用它作基準時，其誤差會帶入測量值中。因此，在選擇基準件時，一般都希望基準件的精度選高一些。但是，基準件的精度太高也不經濟，在生產實踐中一般取基準件的誤差占總測量誤差的1/5～1/3。

二、測量方法誤差

方法誤差是指測量時選用的測量方法不完善而引起的誤差。測量時，采用的測量方法不同，產生的測量誤差也不一樣。例如，測量大型工件的直徑，可以采用直接測量法，也可以采用測量弦長和弓高的間接測量法，其測量誤差是不相同的。直接測量與間接測量相比較，前者的測量誤差只取決于被測參數本身的計量與測量環境和條件所引起的誤差;而后者則取決于被測參數有關的各個間接測量參數的計量器具與測量環境和條件所引起的誤差，以及它們之間的計算誤差。

三、計量器具的誤差

1.理論誤差

由于儀器設計時，經常采用近似機構代替理論上所要求的運動機構，用均勻刻度的刻度尺近似的代替理論上要求非均勻刻度的刻度尺，或者儀器設計時違背阿貝原則等，這樣造成的誤差稱理論誤差。

2.儀器制造和裝配調整誤差

儀器零件的制造誤差和裝配調整誤差都會直接引起儀器誤差。例如，儀器讀數裝置中刻度尺、刻度盤的刻度誤差和裝配時的偏斜或偏心引起的誤差;儀器傳動裝置中杠桿、齒輪副、螺旋副的制造誤差以及裝配誤差;光學系統的制造、調整誤差;傳動件間的間隙、導軌的平面度、直線度誤差等。這些都會影響儀器的示值誤差和穩定性。

影響儀器制造、裝配誤差的因素很多，情況比較復雜，也難于消除掉。最好的方法是在使用中，對一臺儀器進行檢定，掌握它的示值誤差，并列出修整表，以消除其系統誤差。另外，用多次測量的方法以減少隨機誤差。

四、測量力引起的誤差

在接觸測量中，由于有測量力存在，引起彈性變形。例如，在卡尺測量中，過大的測量力不僅會加速測量面的磨損，而且會使量爪和尺身產生較大的彈性變形，影響測量的準確性，嚴重時會引起尺框傾斜，使測量失效。這種變形量一般不大，在普通測量中可以忽略不計，但在精密測量中就應當考慮。

由于測頭形狀與工件表面形狀的不同，接觸測量時壓陷量也不同;工件材料不同壓陷量也不同。

五、對準誤差

測量工件時，要進行兩方面的對準工作:對準被測工件和對準讀數裝置。對于接觸測量，對準工件的工作主要決定于測量頭的正確選擇。當被測工件為平面時，一般選擇球形測頭;當被測工件為圓柱形時，一般選擇刀口形測頭;當被測工件為球形時，一般選擇平面形測頭。 另外，在測量過程中，為了正確對準工件，有時還需擺動工作臺或移動工作臺，以便找準讀數的轉折點。

對于非接觸測量，如光學儀器測量中用影像法對準。此時，對準誤差與分劃板刻線寬度、光學放大倍數、工件形狀、照明情況以及操作者的水平有關。為了減少影像法對準誤差，可采用具有細刻線的量刀來對準。

對于讀數裝置的對準，主要決定于視差。視差的大小除與測量人員的主觀因素外，還取決于讀數裝置的結構。對于表盤式結構，可在表盤下加一層反光鏡，這樣有利于人眼保持垂直位置，減少視差。在光學儀器的刻線對準中，目前有四種方式:單線重合、單線符合、雙線符合以及雙線評分等，其對準精度按此順序，逐漸增高。

六、環境條件引起的誤差

測量環境條件包括溫度、濕度、氣壓、振動以及灰塵等。在這些因素中，溫度最為主要，其余因素僅在精密測量時才考慮。例如，用光波波長作基準進行絕對測量時，若氣壓、濕度偏離標準狀態，則光波波長將發生變化。

測量時，由于室溫離開標準溫度(20°C)而引起的測量誤差由下式計算:

Δ=L(αΔt=α0Δt0)

=L〔(α=α0)Δt=α0(Δt=Δt0)〕

式中L——被測長度

α0、α——基準件和被測件的線膨脹系數

Δt0、Δt——基準件和被測件對標準溫度的偏離

為了減少溫度引起的測量誤差，一般高精度測量均在恒溫條件下進行，并要求被測工件與計量器具的溫度在標準溫度下達到一致。至于對恒溫、恒濕本身精確程度的要求，可根據測量精確度的要求而定。

(作者單位:山東濟寧技術學院)