电子测量Chapter 1 电测绪论(古)--100922

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Chapter1绪论§1.1测量的基本概念§1.2计量的基本内容§1.3电子测量的内容与特点§1.4电子测量仪器的分类§1.5电子测量的方法§1.6本课程的目的、内容及要求②测量不仅仅是对被测物理量进行定量的测量,而且还包括对被测对象进行更广泛的定性测量、定级测量。例如:故障诊断(有/无)、无损探伤(有/无)、遥感遥测(有/无、多少)、矿藏勘探(有/无、多少)、地震源测定(级别)、卫星定位等。信息的获取要从信息的感知和信息的识别两个环节展开。信息识别的主要任务是对感知的信息进行定性区分和定量确定,建立信息类别相似性的表示和信息量值的度量。§1.1测量的基本概念1.测量的定义:狭义的定义:借助于专门设备确定被测对象量值的实验过程。狭义的测量定义源于传统的、经典的测量概念。它表明:①测量的目的是对被测对象有一个定量的认识;②测量是通过测量实验过程去认识被测对象,说明测量是一个实验过程广义测量概念是对传统测量概念的扩充。①测量是人们借助专门的设备去获取被测对象的属性和量值信息,并以便于人们利用的形式表示出来。广义的定义:测量是获取被测对象的信息而从事的实践过程。①测量是通过比较来确定被测量的数值。测量比较可采用直接或间接的方法进行,比较通常需要用专门的设备(测量仪器)才能实现:直接比较测量:将被测物的量与同类标准量直接比较而得。如:天平称物重是将被测物与砝码比较。间接比较测量:将被测物的量与非同类标准量比较而得。该非同类标准量是经同类标准量比较标定的,如:弹簧称称物重。②被测量应有明确定义,其量值标准巳建立,该项测量才可能实施。例:称重,物质的重量有明确的定义(=物体的质量/重力加速度),其量值的标准也由国际计量大会(CGPM)建立,并受我国法律肯定与保护;各类称重器具存在。∴称重可实施,且是测量物质量的一个最常用措施。③测量结果最终需要向测量的主体(人)表示。2.测量的特点:3.测量结果的表示:①测量结果表示必备元素:测量结果由一定的数值(绝对值大小及其符号)及相应的单位两部分。例如,9.17V、22.40Ω、790kHz等。②测量数据的表现形式:既可能表现为一定的数字,也可能表现为一条曲线,或显示出某种图形。在特殊情况下,也可能表现为某种反馈形式的控制信号。③误差表现:由于各种因素的影响、测量结果中不可避免地存在着误差。为了说明测量结果的可信赖程度,在表示测量结果时,还必须同时注明其测量误差数值或范围。例如:9.17V±0.01V±0.2%4.测量的组成:1)测量的基本要素:构成测量的基本要素是:测量对象、测量仪器、测量技术(测量原理、方法及相应技术措施)测量人员和测量环境。如下图所示。2)测量的过程:(1)测量人员根据测量任务的要求、测量对象的属性和特点及现有仪器设备状况、选择测量仪器,拟定合理的测量方案(方法及相应的技术措施),组建测量系统。(2)根据所采用的测量技术,制定出测量策略和操作步骤(测量程序)。(3)完成测量过程。对仪器和系统实施测量操作(发控制命令),按照逻辑和时序取得测量数据,(4)分析测量误差并得出测量结果。量值:由数值与计量单位的乘积表示的量的大小。例如,5mV、3A等。被测量:指测量对象(测量客体)的特定量。它可以是待测量,也可以是已测量。例如:放大器的输入阻抗、放大器的放大增益影响量:不是被测量,但却影响被测量值或计量器具示值的量。如环境温度。(测量)单位:为了定量表示某量的大小,而共同约定的一个特定参考量,它有名称、符号和定义,其数值为1。即:“数值等于1的物理量”。量的真值:在所处条件下被严格定义的量值。也可以理解为没有误差的量值。量的真值是一个理想的概念,实际上不可能确切得知,只能随着科技的发展及认识的提高太逐渐接近它。然而,国际(国家)的基准,在特定条件下的值可视为是真值。约定真值:根据某约定而取的可以代替真值的量值。一般认为,约定真值与真值的差值可以忽略不计。故在实际应用中,约定真值可以代替真值。5.测量中常用术语:例:1983年10月第十七届国际计量大会通过了米的新定义:“米是光在真空中1/299792458秒的时间间隔内所经路程的长度”。新的米定义有重大科学意义。从此光速c成了一个精确数值。把长度单位统一到时间上,就可以利用高度精确的时间计量,大大提高长度计量的精确度。04年中国计量科学研究院量子部主任钱进,因在建立国家长度基准中做出突出贡献而成为享受国务院特殊津贴的专家。作为国家长度基准的633nmHe-Ne激光稳频装置,对外代表国家参加国际关键比对,保证其国际一致性;对内开展检定、校准和检测等量值传递,示值:测量器具显示或提供的量值。对于测量仪器,是指示值或记录值;对于标准器具是标称值或名义值;对于供给量仪器是设置值或标称值。读数:是仪器刻度盘,或显示器上直接读到的数字。例:以100分度表示50mA的电流表,当指针指在50分度处时,读数是50,而示值为25mA。有时为了避免差错和便于查对,在记录测量的示值的同时对应记下读数。额定值:由制造者为设备或仪器指定的在规定工作条件下量值。实际值:满足规定精确度的用来代替真值的量值。实际值可以理解为由实验获得的,在一定程度上接近真值的量值。在计量检定中,常将上级计量标准所复现的量值称为下级计量器具的实际值。5.测量中常用术语:§1.2计量的基本内容一个被测量是否可以测量.必须满足以下基本的前提条件:①被测量必须有明确的定义(如长度、时间和质量等);②必须建立测量标准,并被大家公认。为建立起测量标准,将此测量标准为大家公认并得以实施,就产生了计量。定义:计量是利用技术和法制手段实现单位统一、量值准确可信的活动。它是一种特殊形式的测量。计量的三个主要特征:计量具有三个主要特征:统一性、准确性、法制性。对已明确定义的量,在不同地方,或不同方式测量时,所得结果应当一致。于是需要统一的单位,统一单位的基准、标准和用这些基准和标准来校准的测量器具。统一的单位、基准、标准等必须准确,才能保证量值准确可信。为保证测量标准的实施,就要以法律形式固定下来。一、计量的概念与意义测量:是用已知的标准单位量与同类或非同类物质进行比较。其任务是获得该物质数量。这时认为其误差是由测量仪器和测量方法等引起的。计量:是用法定标准的已知量与同类的未知量(如受检测量仪器)比较,此时认为标准量和体现标准量的计量器具是准确的、法定的,误差是由受检仪器引起的。计量的任务是确定测量结果的可靠性。可见计量与测量不同,但二者又有密切的联系。为了保证测量结果的准确性,必须定期对测量仪器进行捡定和校准,这个过程就是计量。计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作,它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督的作用。∴计量是测量的客观需要,测量数据的准确可靠,需要计量予以保证。计量是测量的基础和依据,没有计量,也谈不上测量。测量是计量联系实际应用的重要途径,可以说没有测量,计量也将失去价值?计量和测量相互配合,在国民经济个发挥重要作用。一、计量的概念计量与测量的关系二、计量分类:(1)科学计量科学计量主要是指基础性、探索性及先行性的计量科学研究。例如:关于计量的单位与单位制、计量基准与标准、物理常数、测量误差、测量不确定度与数据处理等。科学计量通常是计量科学研究单位,特别是国家计量科学研究单位的主要任务。(2)工程计量工程计量(工业计量),指各种工程、工业企业中的应用计量。例如,电子元器件工程流程的监控,以及产品品质与性能的计量测试等.工程计量涉及面广,是各行各业普遍开展的一种计量。(3)法制计量为保证公众安全以及国民经济和社会发展,根据法制、技术和行政管理的需要,由政府或官方授权进行强制管理的计量,包括对计量单位、计量器具(特别是计量基准、标准)、计量方法和计量精确度(或不确定度)及计量人员的专业技能等的明确规定和具体要求。1.计量基准定义:在特定计量领域内复现和保存计量单位、并有最高计量特性的计量器具,是统一量值的最高依据。是计量基准器具的简称。三、计量基准2.计量基准的基本要求:①符合或最接近计量单位定义所依据的基本原理;②具有良好的复现性,并且所复现和保存的计量单位(或其倍数或分数)具有当代(或本国)的最高精确度;③性能稳定:计量特性长期不变;④能将所复现和保存的计量单位(或其倍数或分数)通过一定的方法或手段传递下去。3.计量基准的分类:计量基准的类别一般按层次等级和组合形式分。*按层次等级分:一般可分为国际基准、国家基准、副基准和工作基准四种。*按组合形式分一般可分为单件基准、集合基准及基准组三类。四、计量基准*按层次等级分:(1)国际基准国际基准即国际计量基准的简称。对它必须特别爱护,只有在非常必要的情况下才可以使用。例如,千克原器(质量的国际基准)的使用,要经过国际计量委员会的批准。自从1889年建立以来,只使用了几次。(2)国家基准(主基准)它是指一个国家直接根据基本测量单位的定义复现出的具有最高水平的基准。一个国家体现某一测量单位量值的国家基准只有一个。经国家鉴定并批准,作为统一全国计量单位量值的最高依据。主基准一般不轻易使用,只用于对副基准、工作基准的定度或校准,不直接用于日常计量。主基准通常简称为基准。(3)副基准通过与国家基准比对来确定其量值、并经国家鉴定批准的计量器具,地位仅次于国家基准。它作用是替代国家基准向下传递基本计量单位的量值标准,或代替主标准参加国际比对,以确定各国主标准的精度。这样可保证主标准不致因经常使用和搬动而降低精确度。副基准主要是为了维护主基准而设的,一般亦不用于日常计量。(4)工作基准经与国家基准或副基准校准或比对,并经国家鉴定,实际用以检定计量标准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅在国家基准及副基准之下。设立工作基准的目的是不使国家基准由于使用频繁而丧失其应有的精确度或遭到破坏。四、计量基准*(1)单件基准单件基准可以是一个简单的量具或一台结构复杂的仪器或装置,它可以单独地复现或保存测量单位。例如,铂银合金千克基准硅砝码就是一个简单的量具。(2)集合基准集合基准是通过联合使用而起计量基准作用的一组相同的实物量具或计量器具,其目的在于提高测量单位复现的准确度和保存的可靠性。集合基准的量值就是集合基准中各个计量基准量值的加权平均值。例如,由20个基准电池组成的伏特基准。组成集合基准的各个计量基准是固定的,若要从中更换,必须经过国家计量行政部门的批准。(3)基准组基准组由一组不同量值的计量基准所构成,它们单个地或在适当的组合下复现给定范围内的一系列量值。例如,1mg--20kg砝码基准组、液体密度计基准组等。四、测量标准传递:测量标准的传递机构:为保证量值传递的准确、统一,国家建立起国家计量机构。国家各级计量机关的各级计量局、计量检定所(或站)行使国家对测量标准的行政管理权。测量标准的传递形式:检定测量标准的传递准则:高一级测量标准检定低一级测量标准的精确度。由国家主基准逐级向下传递,一直传递到日常工作的各式量具和仪器。各地区或各部门所使用的计量标准器具和上级标准相比较,若比较结果的误差在允许的范围内时,这些标准器具就可作为地区或部门的计量器具的标准。六、计量相关术语关于标准中用到几个术语,归纳说明如下:(1)计量器具:凡是能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器和计量装置都统称之。计量器具按作用可分为标准计量器具和工作计量器具两类。计量器具的特征(参教材P10)(1)标称范围(2)测量精确度(准确度)(3)灵敏度(4)鉴别力(5)鉴别力阈(6)分辨力(7)作用速度(8)稳定度(2)标准计量器具:在量值传递中,用于检定计量标准或工作计量器具的计量器具。(3)工作计量器具:工作岗位上直接用来计量检测对象量值的计量器具。(4)量具:以固定形式复现量值的计量器具称为量具。量具一般没有指示器,在测量过程中也没有运动的测量元件。(5)比对:在规定条件下,对相同准确度等级的同种测量标准或工作计量器具之间的量值进行比较.其目的是考核量值的一致性。(6)检定:由法定计量技术机构确定并证实测量器具是否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