現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)—第一章

1、 現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)第一章第一章 測(cè)量與測(cè)量系測(cè)量與測(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)量的基本概念；測(cè)量的基本概念；測(cè)量過(guò)程和方法；測(cè)量過(guò)程和方法；測(cè)量單位；測(cè)量單位；計(jì)量器具計(jì)量器具電學(xué)量具電學(xué)量具本章主要內(nèi)容1.1 1.1 測(cè)測(cè) 量量1.1.1 1.1.1 測(cè)量與測(cè)量方法測(cè)量與測(cè)量方法 1.測(cè)量的定義n測(cè)量是為了確定被測(cè)對(duì)象的量值而進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。n在測(cè)量過(guò)程中，人們借助專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，把被測(cè)對(duì)象直接或間接地與同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測(cè)量結(jié)果。 測(cè)量結(jié)果測(cè)量結(jié)果 測(cè)量數(shù)值測(cè)量數(shù)值 測(cè)量單位，測(cè)量單位，即：即：0 xxx圖11 測(cè)量的比較原理(a) 天平直接比較（b）彈簧稱間接比較

2、2 根據(jù)同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)量的參與方式不同分為：被測(cè)物體的重量等被測(cè)物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)?，被測(cè)物體的重量從度盤(pán)上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)彈簧秤度盤(pán)上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果。行比較的結(jié)果。1.1.2 測(cè)量過(guò)程1 測(cè)量三要素 測(cè)量對(duì)象、測(cè)量方法、測(cè)量設(shè)備。2 測(cè)量過(guò)程的三個(gè)階段(1)準(zhǔn)備階段：對(duì)測(cè)量對(duì)象進(jìn)行全面了解；根據(jù)準(zhǔn)確度要求選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法（方式）和測(cè)量設(shè)備；擬定出測(cè)量過(guò)程及測(cè)量步驟。1.1.2 測(cè)量過(guò)程（2）測(cè)量階段：了解所選定的測(cè)量設(shè)備的特性和使用方法；按照已擬定的測(cè)量過(guò)程及測(cè)量步驟進(jìn)行測(cè)量；認(rèn)真而客觀地記

3、錄數(shù)據(jù)。（3）數(shù)據(jù)處理階段：計(jì)算出被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果的估計(jì)值；根據(jù)誤差傳遞理論，對(duì)測(cè)量結(jié)果估計(jì)值的誤差范圍作出合理的評(píng)定。1.1.3 測(cè)量方法（3種）1. 按測(cè)量結(jié)果的獲得方式分為 直接測(cè)量、間接測(cè)量、組合測(cè)量2. 按測(cè)量讀數(shù)的獲得方式分為 直讀測(cè)量法、比較測(cè)量法3. 按測(cè)量性質(zhì)分為 時(shí)域測(cè)量、頻域測(cè)量、數(shù)據(jù)域測(cè)量1. 按測(cè)量結(jié)果的獲得方式分為 直接測(cè)量: 從儀表（儀器）的讀數(shù)直接獲取測(cè)量結(jié)果的方法。 特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單、迅速。 間接測(cè)量：由儀表（儀器）讀數(shù)，按照一定的函數(shù)關(guān)系（公式）計(jì)算獲取測(cè)量結(jié)果的方法。 特點(diǎn)：測(cè)量過(guò)程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。 組合測(cè)量：在測(cè)量?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上相關(guān)的未知數(shù)時(shí)，改變測(cè)量條件

4、而獲得一組方程組，求取測(cè)量結(jié)果的方法。2. 按測(cè)量讀數(shù)的獲得方式分為直讀測(cè)量法：從儀器（儀表）直接獲取讀數(shù)。特點(diǎn)：過(guò)程簡(jiǎn)單，一般來(lái)說(shuō)準(zhǔn)確度較低。比較測(cè)量法：把被測(cè)量與同類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果推算（計(jì)算）出讀數(shù)。 典型的比較測(cè)量法：差值(微差)法、零值法、替代法。 特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測(cè)量準(zhǔn)確度高；測(cè)量設(shè)備較貴，過(guò)程復(fù)雜。3.按測(cè)量性質(zhì)分為時(shí)域測(cè)量：（瞬態(tài)測(cè)量）以時(shí)間為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。用示波器測(cè)量脈沖信號(hào)的上升沿、下降沿、脈寬等。頻域測(cè)量：（穩(wěn)態(tài)測(cè)量）以頻率為主要研究對(duì)象，主要測(cè)量被測(cè)量隨頻率的變化的規(guī)律。頻譜分析儀測(cè)量信號(hào)的頻譜。數(shù)據(jù)域測(cè)量：（邏輯

5、量測(cè)量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對(duì)象。邏輯分析儀測(cè)量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。1.2 測(cè)量單位 要獲得準(zhǔn)確、可靠、一致的測(cè)量結(jié)果，需具備的條件： 統(tǒng)一的計(jì)量單位，有足夠的科學(xué)性和公認(rèn)的定義，并有一定的換算關(guān)系； 目前實(shí)行的是國(guó)際單位制（si）。 按照規(guī)定的定義，能夠復(fù)現(xiàn)出需要的物理量單位或標(biāo)準(zhǔn)； 要有正確的測(cè)量方法； 具有把基本單位量值和同類(lèi)量相比較的裝置，并能把基本單位量值逐級(jí)按傳遞系統(tǒng)傳遞到測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)。121 單位和單位制1. 單位 有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的固定量； 單位是表征測(cè)量結(jié)果的重要組成部分， 又是對(duì)兩個(gè)同類(lèi)量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)。英呎f(shuō)eetfeet2.單位制： 由基本

6、單位與導(dǎo)出單位共同組成的一個(gè)完整的單位體系。目前絕大多數(shù)國(guó)家公認(rèn)并使用的國(guó)際單位制（si）基本單位與導(dǎo)出單位u 基本量與基本單位：少數(shù)相互獨(dú)立的并可通過(guò)其組合定義其他所有物理量被稱為“基本量”。這些量的單位被稱為“基本單位”。 基本量的選擇與單位制有關(guān)。u 導(dǎo)出量與導(dǎo)出單位：由基本量通過(guò)定義推導(dǎo)出的其他所有物理量被稱為“導(dǎo)出量”。導(dǎo)出量的單位被稱為“導(dǎo)出單位”。3.國(guó)際單位制 在米制基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的科學(xué)、實(shí)用而又比較完善的單位制。它可以應(yīng)用于各科學(xué)領(lǐng)域和各行業(yè)，能夠并已經(jīng)逐步代替了歷史上遺留下來(lái)的各種單位制和單位。簡(jiǎn)稱“si單位制” 。 1960年第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)上正式通過(guò)國(guó)際單位制si。

7、 1984年2月國(guó)務(wù)院頒布了中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位，決定我國(guó)法定計(jì)量單位以國(guó)際單位制為基礎(chǔ)。 si有7個(gè)基本單位 si有19個(gè)導(dǎo)出單位 si有2個(gè)輔助單位 si有16個(gè)十進(jìn)倍數(shù)或十進(jìn)分?jǐn)?shù)的詞頭國(guó)際單位制的構(gòu)成單單導(dǎo) 單輔 單詞頭單國(guó)進(jìn) 數(shù)進(jìn)單際單數(shù)si基本 位si 位 si 出 位si 助 位sisi 位的十 倍 和十 分位制位1.國(guó)際單位制（si）的組成國(guó)際單位制基本單位 si導(dǎo)出單位si輔助單位 si詞頭2.我國(guó)的法定計(jì)量單位 國(guó)務(wù)院于1984年2月27日發(fā)布命令，明確規(guī)定我國(guó)的法定計(jì)量單位包括： 國(guó)際單位制單位； 國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位； 以上單位構(gòu)成的組合形式的單位。國(guó)家選定的

8、非國(guó)際單位制單位 13 計(jì)量器具1.3.1 基本概念1.量具的概念：以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具。作用：維持單位統(tǒng)一，保證量值準(zhǔn)確地傳遞。2.量具的分類(lèi)：（1）按形式分：?jiǎn)沃盗烤?、多值量具、成套量具?）按自身準(zhǔn)確度高低：基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、工作量具計(jì)量器具計(jì)量?jī)x器量具計(jì)量物質(zhì)計(jì)量裝置計(jì)量工作的物質(zhì)基礎(chǔ)132 基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)1.基準(zhǔn) 用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度來(lái)復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位的計(jì)量器具。只用于鑒定各種量具的準(zhǔn)確度，不直接參加測(cè)量。(1)一級(jí)基準(zhǔn)，又稱主基準(zhǔn)和國(guó)家基準(zhǔn) 具有最高水平的基準(zhǔn)。一個(gè)國(guó)家只有一個(gè)。(2)二級(jí)基準(zhǔn)，又稱副基準(zhǔn) 副基準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確度由主基準(zhǔn)確定，代替主基準(zhǔn)向下傳遞或代替主

9、基準(zhǔn)參加國(guó)際比對(duì) 。(3)三級(jí)基準(zhǔn)，又稱工作基準(zhǔn) 工作基準(zhǔn)用來(lái)直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的準(zhǔn)確度。2.標(biāo)準(zhǔn) 根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級(jí)的便于經(jīng)常使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，簡(jiǎn)稱標(biāo)準(zhǔn)。 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級(jí)在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量器具之上。 按準(zhǔn)確度高低又分為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)、二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 通過(guò)這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對(duì)日常工作儀器進(jìn)行檢定，確定其量值的準(zhǔn)確度大小。1.3.3 測(cè)量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對(duì)性1.基準(zhǔn)的權(quán)威性u(píng)基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。u原器基準(zhǔn)自身也會(huì)隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至?xí)p壞，會(huì)失傳。u從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來(lái)看，最好的基準(zhǔn)是自然基準(zhǔn)。

10、自然基準(zhǔn)是根據(jù)物質(zhì)粒子運(yùn)動(dòng)的恒定性、通過(guò)原子常數(shù)的測(cè)定原子常數(shù)的測(cè)定而建立起來(lái)的基準(zhǔn)。目前實(shí)現(xiàn)電學(xué)自然基準(zhǔn)的途徑為：根據(jù)交流約瑟夫遜效應(yīng)建立電壓基準(zhǔn)；根據(jù)質(zhì)子回旋磁比p建立電流基準(zhǔn)；根據(jù)克里青效應(yīng)建立歐姆基準(zhǔn)。2.基準(zhǔn)的相對(duì)性 一個(gè)時(shí)期的測(cè)量基準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類(lèi)認(rèn)識(shí)水平和科學(xué)水平 。例：以太陽(yáng)為基準(zhǔn)，時(shí)間測(cè)量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘。而目前銫原子鐘的計(jì)時(shí)精確度在三百萬(wàn)年內(nèi)也不超過(guò)1秒。1.3.4 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞中中 國(guó)國(guó) 計(jì)計(jì)量量 院院中中 國(guó)國(guó) 測(cè)測(cè)試試 院院國(guó)國(guó) 家家 標(biāo)標(biāo)物物 中中 心心授授 權(quán)權(quán) 基基 準(zhǔn)準(zhǔn)實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 室室大大 區(qū)區(qū) 國(guó)國(guó) 家家 計(jì)計(jì) 量量 中中 心心省省 級(jí)級(jí) 計(jì)計(jì)

11、量量 所所市市 （ 地地 ） 計(jì)計(jì) 量量 所所分分站站縣縣 （ 區(qū)區(qū) ） 計(jì)計(jì) 量量 所所工工 礦礦 企企 業(yè)業(yè) 、 商商 店店 、 研研 究究 院院所所 、 醫(yī)醫(yī) 院院 、 學(xué)學(xué) 校校 等等國(guó)國(guó)防防計(jì)計(jì)量量中中心心行行業(yè)業(yè)計(jì)計(jì)量量中中心心國(guó)國(guó)家家專(zhuān)專(zhuān)業(yè)業(yè)計(jì)計(jì)量量站站國(guó)國(guó) 家家標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)級(jí)工工 作作標(biāo)標(biāo) 準(zhǔn)準(zhǔn)自上而下逐級(jí)傳遞自上而下逐級(jí)傳遞 1.3.3 計(jì)量器具的主要特征標(biāo)稱值；響應(yīng)特性；靈敏度；分辨力；穩(wěn)定性；重復(fù)性；準(zhǔn)確度；準(zhǔn)確度等級(jí)；最大允許誤差1.4 電學(xué)量具1 標(biāo)準(zhǔn)電池： 溫度特性是標(biāo)準(zhǔn)電池的最主要的特性。標(biāo)準(zhǔn)電池的等級(jí)是按年電動(dòng)勢(shì)變化率劃分的。玻璃在此封結(jié)硫酸鎘飽和溶液硫

12、酸金屬晶體鎘汞合金汞正極負(fù)極圖1-1 標(biāo)準(zhǔn)電池的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)電池的主要技術(shù)指標(biāo) 等級(jí)指數(shù)等級(jí)指數(shù)2020 c c電動(dòng)勢(shì)檢定值電動(dòng)勢(shì)檢定值/v/v一年期間電動(dòng)勢(shì)一年期間電動(dòng)勢(shì)允許變化范圍允許變化范圍/ / v v內(nèi)阻值內(nèi)阻值/ / 從從到到新生產(chǎn)新生產(chǎn)使用中使用中0.0.00020002級(jí)級(jí)1.01859001.01859001.01868001.01868002 27007000.0.00050005級(jí)級(jí)1.01859001.01859001.01868001.01868005 57007000.0.001001級(jí)級(jí)1.0185901.0185901.0186801.018680101070070

13、0150015000.0.005005級(jí)級(jí)1.018551.018551.018681.018685050700700200020000.0.005005級(jí)（不飽和）級(jí)（不飽和）1.018801.018801.019301.0193050505005000.0.0101級(jí)級(jí)1.018551.018551.018681.01868100100700700300030000.0.0101級(jí)（不飽和）級(jí)（不飽和）1.018801.018801.019301.01930100100500500300030000.0.0202級(jí)（不飽和）級(jí)（不飽和）10.18610.18610.19610.196200

14、20050050030003000標(biāo)準(zhǔn)電池使用時(shí)應(yīng)注意： 使用和存放的溫度應(yīng)符合有關(guān)要求； 通入或流出的電流不得大于各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)電池規(guī)定的數(shù)值； 極性不能接反； 不能用普通的電壓表或萬(wàn)用表測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)電池的電動(dòng)勢(shì)；2 基準(zhǔn)電壓源： 基準(zhǔn)電壓源最重要的性能是其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。 準(zhǔn)確性一般通過(guò)激光校準(zhǔn)工藝保證其允許誤差（“時(shí)漂”）。 穩(wěn)定度即隨時(shí)間和溫度的變化維持基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定的能力（“溫漂”） 。 目前廣泛應(yīng)用的基準(zhǔn)電壓源有齊納二極管和集成電壓基準(zhǔn)。3 標(biāo)準(zhǔn)電阻： 一般標(biāo)準(zhǔn)電阻具有四個(gè)端鈕，c、c是電流端鈕，供接入電路構(gòu)成電流通路，p、p是電位端鈕，僅供測(cè)量電阻兩端電壓用。四端電阻可避免接觸電阻和引線電阻

15、所引起的誤差。這種接法在工程上也有廣泛應(yīng)用，如測(cè)量大電流時(shí)用的采樣電阻，就是四端電阻。 制作標(biāo)準(zhǔn)電阻的最佳材料是錳銅電阻絲，是一種銅、錳、鎳的合金材料，具有以下特點(diǎn)：在工作溫度下，電阻溫度系數(shù)??；與銅的接觸電勢(shì)??；有很高的電阻系數(shù)；年穩(wěn)定性好；有較好的機(jī)械加工性能。標(biāo)準(zhǔn)電阻使用時(shí)應(yīng)注意：不允許超過(guò)規(guī)定的額定功率；環(huán)境溫度不允許超過(guò)規(guī)定的界限，也不允許劇烈波動(dòng)；在一定頻率下使用；銘牌上給定的是環(huán)境溫度為20c時(shí)的電阻值，若在其它溫度下使用，標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值需要按相關(guān)公式計(jì)算 。4 標(biāo)準(zhǔn)電感： 通常是由絕緣銅導(dǎo)線在大理石或陶瓷框架上繞制而成。標(biāo)準(zhǔn)電感有自感和互感兩種，在電磁測(cè)量中，作為電感的標(biāo)準(zhǔn)量具，也常在材料磁特性測(cè)量中作為磁通