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1、 现代测试技术第一章第一章 测量与测量系测量与测量系统的基础知识统的基础知识测量的基本概念；测量的基本概念；测量过程和方法；测量过程和方法；测量单位；测量单位；计量器具计量器具电学量具电学量具本章主要内容1.1 1.1 测测 量量1.1.1 1.1.1 测量与测量方法测量与测量方法 1.测量的定义n测量是为了确定被测对象的量值而进行的实验过程。n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标准量进行比较，取得用数值和单位共同表示的测量结果。测量结果测量结果 测量数值测量数值 测量单位，测量单位，即：即：2 根据同类标准量的参与方式不同分为：被测物体的重量等于被测物体的重量等于
2、标准砝码的重量标准砝码的重量被被测测物物体体的的重重量量从从度度盘盘上上读读数数，因因为为，弹弹簧簧秤秤度度盘盘上上的的刻刻度度是是事事先先与与标标准准量量进进行比较的结果。行比较的结果。直接测量直接测量间接测量间接测量1.1.2 测量过程1 测量三要素 测量对象、测量方法、测量设备。2 测量过程的三个阶段(1)准备阶段：对测量对象进行全面了解；根据准确度要求选择恰当的测量方法（方式）和测量设备；拟定出测量过程及测量步骤。准备阶段准备阶段测量阶段测量阶段数据处理阶段数据处理阶段1.1.2 测量过程（2）测量阶段：了解所选定的测量设备的特性和使用方法；按照已拟定的测量过程及测量步骤进行测量；认真
3、而客观地记录数据。（3）数据处理阶段：计算出被测量的测量结果的估计值；根据误差传递理论，对测量结果估计值的误差范围作出合理的评定。1.1.3 测量方法（3种）1.按测量结果的获得方式分为 直接测量、间接测量、组合测量2.按测量读数的获得方式分为 直读测量法、比较测量法3.按测量性质分为 时域测量、频域测量、数据域测量1.按测量结果的获得方式分为 直接测量:从仪表（仪器）的读数直接获取测量结果的方法。特点：测量过程简单、迅速。间接测量：由仪表（仪器）读数，按照一定的函数关系（公式）计算获取测量结果的方法。特点：测量过程复杂、费时。组合测量：在测量两个或两个以上相关的未知数时，改变测量条件而获得一
4、组方程组，求取测量结果的方法。2.按测量读数的获得方式分为直读测量法：从仪器（仪表）直接获取读数。特点：过程简单，一般来说准确度较低。比较测量法：把被测量与同类的标准量进行比较，根据比较的结果推算（计算）出读数。典型的比较测量法：差值(微差)法、零值法、替代法。特点：标准量直接参与，测量准确度高；测量设备较贵，过程复杂。3.按测量性质分为时域测量：（瞬态测量）以时间为主要研究对象，主要测量被测量随时间的变化的规律。用示波器测量脉冲信号的上升沿、下降沿、脉宽等。频域测量：（稳态测量）以频率为主要研究对象，主要测量被测量随频率的变化的规律。频谱分析仪测量信号的频谱。数据域测量：（逻辑量测量）以数字
5、电路的逻辑状态为主要研究对象。逻辑分析仪测量数字电路的逻辑状态、时序等。1.2 测量单位 要获得准确、可靠、一致的测量结果，需具备的条件：统一的计量单位，有足够的科学性和公认的定义，并有一定的换算关系；目前实行的是国际单位制（SI）。按照规定的定义，能够复现出需要的物理量单位或标准；要有正确的测量方法；具有把基本单位量值和同类量相比较的装置，并能把基本单位量值逐级按传递系统传递到测量现场。121 单位和单位制1.单位有明确定义和名称并命其数值为1的固定量；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feetfeet2.单位制：由基本单位与导出单位共同组成的一个完整的
6、单位体系。目前绝大多数国家公认并使用的国际单位制（SI）基本单位与导出单位u 基本量与基本单位：少数相互独立的并可通过其组合定义其他所有物理量被称为“基本量”。这些量的单位被称为“基本单位”。基本量的选择与单位制有关。u 导出量与导出单位：由基本量通过定义推导出的其他所有物理量被称为“导出量”。导出量的单位被称为“导出单位”。3.国际单位制 在米制基础上发展起来的科学、实用而又比较完善的单位制。它可以应用于各科学领域和各行业，能够并已经逐步代替了历史上遗留下来的各种单位制和单位。简称“SI单位制”。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
7、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SI有19个导出单位SI有2个辅助单位SI有16个十进倍数或十进分数的词头国际单位制的构成1.国际单位制（SI）的组成国际单位制基本单位 SI导出单位SI辅助单位 SI词头2.我国的法定计量单位 国务院于1984年2月27日发布命令，明确规定我国的法定计量单位包括：国际单位制单位；国家选定的非国际单位制单位；以上单位构成的组合形式的单位。国家选定的非国际单位制单位 13 计量器具1.3.1 基本概念1.量具的概念：以固定形式复现量值的计量器具。作用：维持单位统一，保证量值准确地传递。2.量具的分类：（1）按形式分：单值量具
8、、多值量具、成套量具（2）按自身准确度高低：基准、标准、工作量具计量器具计量仪器量具计量物质计量装置计量工作的物质基础132 基准和标准1.基准 用现代科学技术水平所能达到的最高准确度来复现和保存计量单位的计量器具。只用于鉴定各种量具的准确度，不直接参加测量。(1)一级基准，又称主基准和国家基准 具有最高水平的基准。一个国家只有一个。(2)二级基准，又称副基准 副基准的量值准确度由主基准确定，代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对。(3)三级基准，又称工作基准 工作基准用来直接向下属标准量具进行量值传递，用以检定下属计量标准量具的准确度。2.标准根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的计
9、量标准量具或仪器，简称标准。计量标准的准确度等级在工作基准之下，工作计量器具之上。按准确度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。通过这些标准经常性地对日常工作仪器进行检定，确定其量值的准确度大小。1.3.3 测量基准的权威性和相对性1.基准的权威性u基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。u原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏，会失传。u从现代科学的观点来看，最好的基准是自然基准。自然基准是根据物质粒子运动的恒定性、通过原原子子常常数数的的测测定定而建立起来的基准。目前实现电学自然基准的途径为：根据交流约瑟夫逊效应建立电压基准；根据质子回旋磁比p建立电流基准；根据克里
10、青效应建立欧姆基准。2.基准的相对性 一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平。例：以太阳为基准，时间测量的精确度1天内可达到1秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过1秒。1.3.4 测量标准的传递自上而下逐级传递自上而下逐级传递 1.3.3 计量器具的主要特征标称值；响应特性；灵敏度；分辨力；稳定性；重复性；准确度；准确度等级；最大允许误差1.4 电学量具1 标准电池：温度特性是标准电池的最主要的特性。标准电池的等级是按年电动势变化率划分的。标准电池的主要技术指标 等等级级指数指数2020 C C电动势检电动势检定定值值/V/V一年期一年期间电动势间电动势允允许变许变
11、化范化范围围/V V内阻内阻值值/从从到到新生新生产产使用中使用中0 0.00020002级级1.01859001.01859001.01868001.01868002 27007000 0.00050005级级1.01859001.01859001.01868001.01868005 57007000 0.001001级级1.0185901.0185901.0186801.0186801010700700150015000 0.005005级级1.018551.018551.018681.018685050700700200020000 0.005005级级（不（不饱饱和）和）1.01880
12、1.018801.019301.0193050505005000 0.0101级级1.018551.018551.018681.01868100100700700300030000 0.0101级级（不（不饱饱和）和）1.018801.018801.019301.01930100100500500300030000 0.0202级级（不（不饱饱和）和）10.18610.18610.19610.19620020050050030003000标准电池使用时应注意：使用和存放的温度应符合有关要求；通入或流出的电流不得大于各级标准电池规定的数值；极性不能接反；不能用普通的电压表或万用表测量标准电池的电
13、动势；2 基准电压源：基准电压源最重要的性能是其准确性和稳定性。准确性一般通过激光校准工艺保证其允许误差（“时漂”）。稳定度即随时间和温度的变化维持基准电压稳定的能力（“温漂”）。目前广泛应用的基准电压源有齐纳二极管和集成电压基准。3 标准电阻：一般标准电阻具有四个端钮，C、C是电流端钮，供接入电路构成电流通路，P、P是电位端钮，仅供测量电阻两端电压用。四端电阻可避免接触电阻和引线电阻所引起的误差。这种接法在工程上也有广泛应用，如测量大电流时用的采样电阻，就是四端电阻。制作标准电阻的最佳材料是锰铜电阻丝，是一种铜、锰、镍的合金材料，具有以下特点：在工作温度下，电阻温度系数小；与铜的接触电势小；
14、有很高的电阻系数；年稳定性好；有较好的机械加工性能。标准电阻使用时应注意：不允许超过规定的额定功率；环境温度不允许超过规定的界限，也不允许剧烈波动；在一定频率下使用；铭牌上给定的是环境温度为20C时的电阻值，若在其它温度下使用，标准电阻的阻值需要按相关公式计算。4 标准电感：通常是由绝缘铜导线在大理石或陶瓷框架上绕制而成。标准电感有自感和互感两种，在电磁测量中，作为电感的标准量具，也常在材料磁特性测量中作为磁通的标准量具。标准电感使用时应注意：不能超过标准电感的额定电流；在规定的频率范围内使用；标准电感附近不能有铁磁物质和干扰磁场。5 5 标准电容：标准电容：标准电容包括标准空气电容器和标准云母电容器。标准电容包括标准空气电容器和标准云母电容器。标准电容一般有3个端钮A、B、P。P为屏蔽端钮，和金属屏蔽罩连接。使用时通常使P的电位为零或固定某一数值上，这样A、B两端对屏蔽层的分布电容CAP、CBP和P端对地的分布电容CP0均为固定值，在测量中可设法消除它们的影响。