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1、第1章 测量基本概念第1页，本讲稿共25页第一章第一章 测量的基本概念测量的基本概念表征物质特性或其运动形式的参数很多，根据物质的电特性，可分为电量和非电量两类。电量一般是指物理学中的电学量，如电压、电流、电阻、电容、电感等；非电量则是指除电量之外的一些参数如压力、流量、尺寸、位移量、重量、力、速度、加速度、转速、温度、浓度、酸碱度，等等。第2页，本讲稿共25页第一节第一节 测量的概念测量的概念1.1.1 1.1.1 测量的意义测量的意义 日常生活中处处离不开测量科学的进步和发展离不开测量，离开测量就不会有真正的科学。没有望远镜就没有没有望远镜就没有天文学，没有显微天文学，没有显微镜就没有细胞
2、学，镜就没有细胞学，没有指南针就没有没有指南针就没有航海事业航海事业 第3页，本讲稿共25页生产发展离不开测量 农业社会中，需要丈量土地、衡量谷物，就产生了长度、面积、容积和重量的测量；掌握季节和节候，出现了原始的时间测量器具，并有了天文测量。现代化的工业生产中，处处离不开测量 例如，一个大型钢铁厂需要约2万个测量点在高新技术和国防现代化建设中则更是离不开测量例如，每种新设计的飞机，需要测试飞机高速飞行中受气流冲击作用下的性能，通过风洞试验测定机身、机翼的受力和振动分布情况，以验证和改进设计。第4页，本讲稿共25页1.1.2 测量的定义 1.狭义测量的定义测量是为了确定被测对象的量值而进行的实
3、验过程。在测量过程中，人们借助专门的设备，把被测对象直接或间接地与同类已知单位进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果测量数值.测量单位，即：第5页，本讲稿共25页测量的内涵 测量对象：被测客体中的相应的量值信息；测量目的：从被测对象取得一个定量的认识；测量过程:通过实验去认识对象的过程测量方法：比较；A.直接比较 B.间接比较；C.需要测量仪器；测量标准：同类已知单位。测量结果：最终能表示给测量主体（人）第6页，本讲稿共25页2.广义测量的定义广义地讲，测量不仅对被测的物理量进行定量的测量，而且还包括对更广泛的被测对象进行定性、定位的测量。例如故障诊断、无损探伤、遥感遥测、矿藏
4、勘探、地震源测定、卫星定位等。而测量结果也不仅仅是由量值和单位来表征的一维信息，还可以用二维或多维的图形、图像来显示被测对象的属性特征、空间分布、拓朴结构等。广义测量原理可以从信息获取过程来说明，包括信息的感知和信息识别两个环节。第7页，本讲稿共25页1.1.3 测量的基本要素1.测量的基本要素被测对象、测量仪器、测量技术、测量人员和测量环境 第8页，本讲稿共25页第9页，本讲稿共25页2.2.测量过程测量过程基本要素之间的互动关系基本要素之间的互动关系论证阶段论证阶段:测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、测量的主体（测量人员）根据测试任务的要求、被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况
5、，被测对象的特点、属性，及现有仪器设备状况，拟定合理的测试方案。拟定合理的测试方案。设计阶段设计阶段*选择测试仪器，组建测试系统。选择测试仪器，组建测试系统。*制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试制定出测试策略（测量算法）和操作步骤（测试程序）程序）实施阶段实施阶段*对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按对仪器和系统实施测试操作（发控制命令），按照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据照逻辑和时序完成测量过程，取得测量数据;*分析测量误差并显示测量出结果。分析测量误差并显示测量出结果。第10页，本讲稿共25页第11页，本讲稿共25页3.3.被测对象被测对象信息信息广广义义的的测测量量是
6、是信信息息的的获获取取，信信息息反反映映了了事事物物的的运运动动的的状状态态及及其其变变化化方方式式。信信息息又又可可分分为为自自然然信信息息和和社社会信息两大类。会信息两大类。4.4.测量仪器系统测量仪器系统量具和仪器量具和仪器测测量量仪仪器器系系统统包包括括量量具具、测测试试仪仪器器、测测试试系系统统及及附附件等件等5.5.测量的主体测量的主体测量人员测量人员手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成自自动动：测测量量主主体体交交给给智智能能设设备备（计计算算机机等等）完完成成，但但测测量量策策略略、软软件件算算法法、程程序序编编写写需需由由测测量量人
7、人员员事事先设计好。先设计好。6.6.测试技术测试技术测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测试技术。试技术。第12页，本讲稿共25页7.7.测量环境测量环境测量环境是指测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间测量过程中人员、对象和仪器系统所处空间的一切物理和化学条件的总和。的一切物理和化学条件的总和。测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化测量环境包括温度、湿度、力场、电磁场、辐射、化学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源学气雾和粉尘，霉菌以及有关电磁量（工作电压、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及阻抗、负
8、载阻抗、地磁场、雷电等）的数值、范围及其变化。其变化。第13页，本讲稿共25页环境对测量的影响环境对测量的影响A.A.环环境境对对被被测测对对象象的的影影响响：某某些些被被测测对对象象客客体体（如如器器件件、电电路路或或系系统统）的的性性能能特特性性对对环环境境变变化化较较为为敏敏感感或或非非常常敏敏感感，因因此此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进行。B.B.环环境境对对仪仪器器系系统统的的影影响响：环环境境可可能能直直接接或或间间接接地地影影响响到到仪仪器器系系统统本本身身的的某某个个工工作作特特性性，进进而而影影响响测测量量结
9、结果果，造造成成测测量量误误差差。特特别别是是某某些些测测量量器器具具的的量量程程广广、频频段段宽宽，而而内内部部的的元元器器件件数数目目甚甚多多，且且对对外外界界影影响响相相当当敏敏感感，错错综综复复杂杂的的影影响响量量所所产产生生的的不不良良效效应应有有时时会会成成为测量的严重问题。为测量的严重问题。C.C.环环境境对对测测量量人人员员的的影影响响：高高温温、严严寒寒、潮潮湿湿、闷闷气气、嘈嘈杂杂、照照明明不不适适当当等等不不良良工工作作环环境境，会会对对测测量量人人员员的的身身心心产产生生不不良良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。第14页
10、，本讲稿共25页应采采取取适适当当的的控控制制措措施施，尽尽量量减减少少由由于于环环境境影响而产生的误差。影响而产生的误差。恒温、恒湿、稳压和防震。恒温、恒湿、稳压和防震。抗抗干干扰扰、防防噪噪声声的的措措施施，如如接接地地、屏屏蔽蔽、隔隔离、滤波等。离、滤波等。仪器应能仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环尽量适应恶劣环境和大范围变化环境境。第15页，本讲稿共25页 11.4 计量的基本概念1.2.1 1.2.1 计量的定义和意义计量的定义和意义为为使使在在不不同同的的地地方方，用用不不同同的的手手段段测测量量同同一一量量时时，所所得得的的结结果果一致，就要求一致，就要求统一的单位、基准、标
11、准和测量器具。统一的单位、基准、标准和测量器具。1.1.计量的定义计量的定义计计量量是是一一种种特特殊殊形形式式的的测测量量，它它把把被被测测量量与与国国家家计计量量部部门门作作为为基基准准或或标标准准的的同同类类单单位位量量进进行行比比较较，以以确确定定合合格格与与否否，并并给给出出具具有有法律效力的检定证书。法律效力的检定证书。计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量的三个主要特征是计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性统一性、准确性和法制性。计计量量包包含含了了为为达达到到统统一一和和准准确确一一致致所所
12、进进行行的的全全部部活活动动，如如单单位位的的统统一一、基基准准和和标标准准的的建建立立、进进行行量量值值传传递递、计计量量监监督督管管理理、测测量量方法及其手段的研究等。方法及其手段的研究等。第16页，本讲稿共25页2.2.计量与测量的关系计量与测量的关系测量发展的客观需要才出现了计量。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。u计量的任务是确定测量结果的可靠性。u计量是测量的基础和依据。u没有计量，也谈不上测量。u计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。u计量工作是国民经济中一项极为重要的技术
13、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。第17页，本讲稿共25页115 单位和单位制根据定义而令系数为1的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。英呎feet第18页，本讲稿共25页1960年第十一届国际计量大会上正式通过国际单位制SI。1984年2月国务院颁布了中华人民共和国法定计量单位，决定我国法定计量单位以国际单位制为基础。SI有7个基本单位第19页，本讲稿共25页国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位 第20页，本讲稿共25页国际单位制是由国际单位制单位、国际单位制词头和国际单位制的十进
14、倍数单位三部分组成。国际单位制词头表示使单位增大或缩小的十进倍数。例：5.410-9s=5.4ns第21页，本讲稿共25页 1.1.6 测量仪表的基本功能测量仪表的基本功能各种测量仪表一般应具有变换、选择、比较和显示四种功能。各种测量仪表一般应具有变换、选择、比较和显示四种功能。1变换功能变换功能 指把被测量按一定的规律转变成便于传输或处理的另一种指把被测量按一定的规律转变成便于传输或处理的另一种物理量的过程。设被测量为物理量的过程。设被测量为x，经变换后输出量为，经变换后输出量为y，它们，它们之间的函数关系为之间的函数关系为第22页，本讲稿共25页 2选择功能选择功能 在实际的物理系统中，除
15、了有用信号在实际的物理系统中，除了有用信号x外，还有许多其它影响因外，还有许多其它影响因素不同程度影响输出量素不同程度影响输出量y，选择功能是测量仪表的重要功能之一，仪表性能的优劣都与选择功能密切相关。第23页，本讲稿共25页 3比较功能比较功能 要确定被测量要确定被测量x对标准量对标准量x0的倍数的倍数Ax，比较功能是测量仪，比较功能是测量仪表必不可少的功能。模拟式仪表中，通常表示成仪表盘表必不可少的功能。模拟式仪表中，通常表示成仪表盘的刻度，比较过程由测量者在读数时执行。数字仪表中，的刻度，比较过程由测量者在读数时执行。数字仪表中，首先将被测量转换成数码，然后与仪表内标准脉冲或标首先将被测
16、量转换成数码，然后与仪表内标准脉冲或标准时间进行比较，比较过程实际上是脉冲的计数过程。准时间进行比较，比较过程实际上是脉冲的计数过程。第24页，本讲稿共25页 4显示功能显示功能显示是人机联系的方法之一。测量的最终目的是将测量结果用显示是人机联系的方法之一。测量的最终目的是将测量结果用便于人眼观察的形式表示出来，因此显示功能也是测量仪表必便于人眼观察的形式表示出来，因此显示功能也是测量仪表必不可少的基本功能之一。模拟式仪表是用指针的直线或转角位不可少的基本功能之一。模拟式仪表是用指针的直线或转角位移和记录笔的位移将测量结果显示出来。数字式仪表是用移和记录笔的位移将测量结果显示出来。数字式仪表是用0-9十十个数字组合，或用数字记录、打印等方式显示测量结果。个数字组合，或用数字记录、打印等方式显示测量结果。第25页，本讲稿共25页