測量精度（Measurement Precision）是指被測量的測得值與其真值的接近程度。它和測量誤差是從兩個不同角度說明同一概念的術語。
測量誤差越大，則測量精度就越低；測量誤差越小，則測量精度就越高；為了反映系統(tǒng)誤差和隨機誤差對測量結果的不同影響，測量精度可分精密度、正確度、精確度三種。
測量精度在各個領域都有廣泛的應用，如制造業(yè)、生物醫(yī)學、光學、航空航天等領域。
相關概念
精密度
精密度反映測量結果中隨機誤差大小的情況。隨機誤差小，則精密度高。
正確度
正確度是反映測量結果中系統(tǒng)誤差大小的情況。系統(tǒng)誤差小，則正確度高。
精確度（準確度)
精確度反映測量結果中隨機誤差和系統(tǒng)誤差綜合影響的程度。若隨機誤差和系統(tǒng)誤差都小，則精確度高。
系統(tǒng)誤差
在相同條件下多次測量同一量值時，誤差值保持恒定；或者當條件改變時，其值按某一確定的規(guī)律變化的誤差，統(tǒng)稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差按其出現(xiàn)的規(guī)律又可分為定值系統(tǒng)誤差和變值系統(tǒng)誤差。（1）定值系統(tǒng)誤差是指在測量時，對每次測得值的影響都相同。（2）變值系統(tǒng)誤差是指在測量時，對每次測得值的影響按一定規(guī)律變化。
隨機誤差
隨機誤差就是在相同條件下，多次測量同一量值時，其誤差的大小和符號以不可預見的方式變化的誤差。對同一被測量進行連續(xù)多次重復測量而得到一系列測得值時，它們的隨機誤差的總體存在著一定的規(guī)律性。
粗大誤差
粗大誤差是指超出規(guī)定條件下預計的誤差。粗大誤差的出現(xiàn)具有突然性，它是由某些偶爾發(fā)生的反常因素造成的。這種顯著歪曲測得值的粗大誤差應盡量避免，且在一系列測得值中按一定的判別準則予以剔除。
不確定度
測量的不確定度即表示由于測量值中含有誤差，而對采用測量值代表被測量真值時的不能肯定的程度，也就是對被測量的真值以多大可能性處于由測定值所決定的某個量值范圍之內(nèi)的一種估計。不確定度小的測量結果表明精確度高。
衡量指標
精度是指誤差分布的密集或離散程度。如果在一定觀測條件下進行觀測，所產(chǎn)生的誤差分布較為密集，則表示觀測精度較高;如果誤差分布較為離散，則表示觀測精度較低。為了衡量觀測結果的精度，必須建立衡量精度的指標。常用的衡量測量精度的指標有中誤差、極限誤差和相對誤差。
中誤差
在相同觀測條件下，做一系列的觀測，并以各個真誤差的平方和的平均值的平方根作為評定觀測質量的標準，稱為中誤差，如果測量誤差大；中誤差則大；測量誤差小，中誤差則小。一般來說，中誤差大，精度則低；中誤差小，精度則高。實際工作中往往不知道真值，無法計算測量誤差，所以，利用觀測值計算算術平均值和改正數(shù)，再利用改正數(shù)來計算中誤差。
極限誤差
偶然誤差的第一特性表明，在一定的觀測條件下，誤差的絕對值不會超過一定的限值。如果某個觀測值的誤差超過這個限值，就會認為這次觀測的質量差或出現(xiàn)錯誤而舍棄不用。這個限值稱為極限誤差(或稱容許誤差)。大量試驗統(tǒng)計證明，絕對值大于2倍中誤差的偶然誤差，出現(xiàn)的或然率不高于5%；大于3倍中誤差的偶然誤差，出現(xiàn)的或然率不大于0.3%?！豆こ虦y量標準》（GB50026一2020）規(guī)定，以2倍中誤差作為極限誤差，即△極=2m。
相對誤差
中誤差和真誤差都是絕對誤差，誤差的大小與觀測量的大小無關。然而，有些量如長度，絕對誤差不能全面反映觀測精度，因為長度丈量的誤差與長度大小有關。例如，分別丈量兩段不同長度的距離，一段為200m，另一段為300m，但中誤差皆為士0.01m。顯然不能認為這兩段距離觀測成果的精度相同。為此，需要引入“相對誤差”，以便能更客觀地反映實際測量精度。注意相對誤差不能用于角度測量，因為角度測量誤差與角度大小無關。
測量精度影響因素
計量器具誤差
計量器具誤差是指計量器具本身在設計、制造和使用過程中造成的各項誤差。這些誤差的綜合反映可用計量器具的示值精度或不確定度來表示。
標準件誤差
標準件誤差是指作為標準的標準件本身的制造誤差和檢定誤差。例如，用量塊作為標準件調整計量器具的零位時，量塊的誤差會直接影響測得值。因此，為了保證一定的測量精度，必須選擇一定精度的量塊。
測量方法誤差
測量方法誤差是指由于測量方法不完善所引起的誤差。例如，接觸測量中測量力引起的計量器具和零件表面變形誤差，間接測量中計算公式的不精確，測量過程中工件安裝定位不合格等。
測量環(huán)境誤差
測量環(huán)境誤差是指測量時的環(huán)境條件不符合標準條件所引起的誤差。測量的環(huán)境條件包括溫度、濕度、氣壓、振動及灰塵等。其中，溫度對測量結果的影響最大。
人員誤差
人員誤差是指由于測量人員的主觀因素所引起的誤差。例如，測量人員技術不熟練、視覺偏差、估讀判斷錯誤等引起的誤差?？傊a(chǎn)生誤差的因素很多，有些誤差是不可避免的，但有些是可以避免的。因此，測量者應對一些可能產(chǎn)生測量誤差的原因進行分析，掌握其影響規(guī)律，設法消除或減小其對測量結果的影響，以保證測量精度。
提高方法
多數(shù)光電儀器或系統(tǒng)都是由光學、電子學、精密機械、計算機控制與處理等系統(tǒng)組成的，若提高儀器或系統(tǒng)的精度，可分別從提高各構成系統(tǒng)的精度做起。具體方法是從各系統(tǒng)的機構原理、測量鏈、加工、裝調、測試方法、誤差修正等環(huán)節(jié)入手，采取一些有效措施，減小其原始誤差或誤差傳遞系數(shù)，以達到提高儀器精度的目的。
設計時從原理和結構上消除誤差
(1)采用間隙調整機構,將間隙調至最小。(2)提高構件剛度,以減少彈性空程。(3)改善摩擦條件,減小摩擦力,以減少由于摩擦力造成的空程。
(1)在高精度測量中盡量不采用間歇運動機構,而采用連續(xù)掃描或勻速運動機構。(2)零部件的自振頻率要避開外界振動頻率。(3)采取各種防振措施,如防振墻、防振地基、防振墊等。(4)通過柔性環(huán)節(jié)使振動不傳到儀器主體上。
(1)設計中采用對徑讀數(shù)消除偏心誤差度盤、圓光柵等測角標準器,通常采取在180°的對徑位置同時讀數(shù)然后取平均值的方法來消除偏心誤差。如圖1所示,0點設為度盤旋轉中心,0'點為度盤刻度中心,A和B點為對徑讀數(shù)位置。不難看出,由偏心量e引起的A、B兩點的讀數(shù)誤差都為8,即A點讀數(shù)為0°-δ,而B點讀數(shù)為180°+δ。取A.B兩點讀數(shù)的平均值即可消除偏心誤差δ。詳細證明可知,采用對徑讀數(shù)系統(tǒng)還可消除度盤或圓光柵的全部奇次誤差。
(2)設計合理的光路設計干涉儀光路采用共路原則,使工作臂與參考臂盡量經(jīng)過相同的路徑(并排靠近),這樣可補償由于床身變形和環(huán)境條件變化帶來的誤差。
從裝配調整中消除誤差
通過裝配調整來提高光電儀器精度是一項行之有效的辦法，具體做法如下：
單件修切法
例如，可采用以下幾種方法：研配、修刮、修切某個端面來保證視度調節(jié)范圍；修切分劃鏡的一個端面來保證分劃面與物鏡焦面重合；修切或研磨隔圈來保證透鏡之間的間隔尺寸。
分組選配
例如，精密軸系的間隙要求很高，選擇適當尺寸的軸與孔相配合就能得到所要求的間隙，在并聯(lián)雙光路系統(tǒng)中，如雙目望遠鏡中，要求左右兩鏡筒的放大率允許誤差小于或等于2%，可通過選配目鏡、物鏡的焦距來達到。同樣在內(nèi)基線體視測距機中，兩組物鏡的焦距公差要求極嚴，可通過精選、配對來滿足要求。
對儀器的誤差進行修正
對已定系統(tǒng)誤差采用列表修正或微機修正。在光電儀器中，為了提高測量精度常常采用誤差修正的辦法。如溫度變化范圍大時，其誤差為已定系統(tǒng)誤差，只要精確測得溫度，就可采用表格修正或由微機自動修正。在光學儀器中，基準器的誤差是儀器的主要誤差，只要已知基準器的誤差變化規(guī)律，就可采用修正的方法，或將誤差函數(shù)輸入微機進行自動修正，或用表格曲線進行逐點修正。
采用合理的測量方法。對于高精度儀器，如在經(jīng)緯儀的測量中，利用正、倒鏡測量法來消除視差和度盤偏心差的影響，利用變換度盤位置來減小度盤刻線誤差的影響，采用多次瞄準以提高瞄準精度等，都是提高儀器精度的有效方法。
采用誤差補償法提高儀器或系統(tǒng)的精度
誤差補償是提高儀器精度的一種有效手段。一般常采用下列3種補償方式。
誤差值補償法
這是一種直接減小誤差源的辦法。其補償形式有以下幾種。(1）分級補償。將補償件的尺寸分成若干級，通過選用不同尺寸級的補償件，得到階梯式的誤差減小，通過修磨補償件的尺寸來達到預期的精度要求。（2)連續(xù)補償。如導軌鑲條用于連續(xù)調整間隙。(3）自動補償。如通過誤差校正板來自動校正誤差。
誤差傳遞系數(shù)補償法
（1）選擇最佳工作區(qū)。如偏心誤差傳遞系數(shù)中有sinp或cosp(p為偏心相位角)，當零件工作角度范圍不大時，可選擇在最大偏心區(qū)以外的區(qū)域工作，從而減小誤差。(2)改變誤差傳遞系數(shù)。如圖2所示，當螺距P的誤差為△P，絲杠轉一周時，工作臺位移誤差為△L=△P(1-cos0），改變θ角即可改變誤差傳遞系數(shù)。
綜合補償
利用機械、光學、電氣等技術手段去抵消某些誤差，從而達到綜合補償?shù)哪康摹Ｒ詣討B(tài)準直儀為標準器來跟蹤測量一些高精度、數(shù)字式計量儀器導軌的直線度誤差，并把測得的誤差值經(jīng)電路處理后轉換為相應的脈沖數(shù)，輸入給計數(shù)器或計算機進行阿貝誤差補償。其電路原理框圖如圖3所示。
由干涉儀輸出的線位移脈沖信號，一路直接送到計數(shù)器或計算機進行顯示，另一路則經(jīng)低通濾波器送到門電路。門電路的開閉取決于D/A轉換器的輸出電壓與由動態(tài)準直儀測得的和導軌直線度誤差成比例的輸出電壓相比較的結果。如果兩個電壓平衡，則比較電路無輸出，門電路均關閉且無加減脈沖輸出。只要兩個電壓不平衡，經(jīng)過比較電路，或把加法門打開，或把減法門打開，這樣就有脈沖通過加法門或減法門輸出，一路加到計數(shù)器或計算機進行誤差補償，另一路送到128位計數(shù)器，使D/A轉換器的輸出電壓與動態(tài)準直儀的輸出電壓達到重新平衡，又使門電路均關閉。在整個測量過程中，補償是自動連續(xù)進行的。
采用誤差自動校正原理
對于精度要求較高，且又無法通過巧妙的結構安排使誤差得到補償?shù)膱龊希刹扇≌`差自動校正措施。近年來，誤差自動校正還廣泛應用在微細工程的自動調焦技術上。例如在大規(guī)模集成電路的制版、光刻、掩膜檢查以及光盤技術中，都要求達到0.1μm量級甚至更高的調焦精度。
1.采用像散法離焦原理利用光電信號實現(xiàn)自動調焦
例如應用在光盤技術中的一種自動調焦方案如下。激光束經(jīng)過半透半反射鏡P折向物鏡L1，聚焦于光盤表面后返回，通過L1、P和L2，本應成像于L2的后焦面上，然而由于在光路中插入了一塊柱面鏡，成像光點產(chǎn)生了像散。如圖4所示，在a、b、c3個位置，像點的形狀不同。如果按圖所示在a、b、c處放置一個四象限光電接收器件，并按照(1+3)-(2+4)的邏輯關系進行信號處理，不難理解，在a、b、c3個位置的輸出信號是不同的。實際使用時，將光電接收器固定在b位置，用它對應物面的正確位置，此時輸出信號為零。當光盤表面產(chǎn)生離焦誤差時，根據(jù)離焦的方向不同，像點的形狀將向a或c方向變化，這樣利用光電輸出信號便可實現(xiàn)自動調焦。
2.利用干涉原理和光電轉換實現(xiàn)直線度誤差的自動補償
圖5所示為激光兩坐標測量儀縱向工作臺運動直線度的自動校正系統(tǒng)。一束激光由移相分光鏡分成兩路，分別射向安裝在浮動工作臺上的兩個立體棱鏡。由立體棱鏡反射回來的光束重新在移相分光鏡處會合并發(fā)生干涉，由光電接收器檢測干涉條紋信號。當縱向工作臺在前進過程中無角運動時，光電接收器檢測不到干涉條紋的變化，但是只要工作臺略有偏轉，干涉儀兩臂光程差便發(fā)生改變，光電接收器便可測出條紋的變化。經(jīng)過光電轉換及電信號的處理，可驅動壓電陶瓷使工作臺轉回原來的方位，這樣就達到了自動校正的目的。這一校正系統(tǒng)使工作臺運動的直線度，在靜態(tài)時由4um減小到0.5um。盡管沒有達到零，但已極大地改善了運動精度。
應用領域
測量精度在各個領域都有廣泛的應用，如：
制造業(yè)
精密測量技術在制造業(yè)中的應用非常廣泛，可以對各種產(chǎn)品的尺寸、形狀、質量等進行高精度的測量和檢測，保證產(chǎn)品的質量和性能。
生物醫(yī)學
精密測量技術在生物醫(yī)學領域中起到了非常重要的作用，可以對生物物質的濃度、形態(tài)等進行測量，對疾病的診斷和治療有著重要的幫助。
光學
精密測量技術在光學領域中也有廣泛的應用，可以對光學元件的參數(shù)、性能等進行測量和評估，為光電子技術發(fā)展提供有力的支持。
航空航天
精密測量技術在航空航天領域中的應用也非常廣泛，可以對飛機、火箭等器材進行各種參數(shù)測量，從而提高飛行的安全性和性能。
參考資料 >
精密測量的優(yōu)點與應用.愛采購.2024-11-21