测量技术了解与应用的介绍

2023-06-22 理论教育版权反馈

【摘要】：从最高一级标准到实际应用的测量仪器所进行的量值传递是各个国家各级计量部门的主要职能。联立测量又称为组合测量，它是一种兼用直接测量和间接测量的方法。为了监视生产过程，或在生产线上监测被加工工件质量的测量称为在线测量；反之，称为离线测量。例如，体检中的身高、体重测量，温度计测气温等。精密测量时一般采用数字式测量方法。以仪表指针的偏移量表示被测量的测量方式称为偏差式测量。

测量是检测技术的主要方法，是借助专门的技术和仪器装置，采用一定的方法获取某一客观事物定量数据资料的认识过程。测量能够帮助人们获取客观事物的信息，寻找并发现客观事物发展的规律。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、定位测量。

1.测量的实质

测量过程实质上是一个比较过程，即将被测量与同性质的标准量进行比较，从而确定被测量对标准量的倍数，并用数字表示这个结果。比如，用尺子测量长度，实质为被测长度与尺子的刻度进行比较，那么尺子的刻度就是标准量。标准量有等级之分，世界公认长度的标准量可以追溯到定义为通过巴黎子午线全长四千万分之一的“米原器”，随着科学技术的发展，最新的标准“米”被定义为1/299 792 458 s时间间隔内光在真空中行程的长度。从最高一级标准到实际应用的测量仪器所进行的量值传递是各个国家各级计量部门的主要职能。

测量结果可以表示为一定的数字，也可以表示为一条曲线，或表示成某种图形。无论用哪种方法表示，定量结果应既包含数值（大小和符号），又包含单位。

2.测量的方法

通过被测量与标准量比较得出比值的方法，称为测量方法。针对不同测量任务进行具体分析以找出切实可行的测量方法，对测量工作十分重要。测量方法的选择正确与否直接关系到测量结果的可信赖程度，也关系到测量工作的经济性和可行性。不当或错误的测量方法除了得不到正确的测量结果外，还可能损坏测量仪器和被测量设备。有了先进精密的测量仪器设备，并不等于就一定能获得准确的测量结果。必须根据不同的测量对象、测量要求和测量条件，选择正确的测量方法、合适的测量仪器，构成实际测量系统，进行正确、细心的操作，才能得到理想的测量结果。

1）按测量手段分类

根据测量手段的不同，测量可分为直接测量、间接测量和联立测量。

（1）直接测量。

直接测量就是用标准的仪表直接读取测量结果的方法。例如，用万用表测量电压、电流，用标准尺测量长度，用电子秤测量质量等。这种测量方法的优点是简单而迅速，缺点是精度不高。该方法在工程上被广泛采用。

（2）间接测量。

间接测量就是首先确定被测量的函数关系式，然后对关系式中的有关量进行直接测量，最后将测量值代入函数关系式经计算得出被测量的值。例如，测量标准长方体的密度ρ，单位符号为kg/m3，如果没有直接测量该量值的仪器，可以先测出长方体的边长a、b、c及其质量m，然后根据式（4-1）求得密度

间接测量的手续较多，花费时间较长，但是如果对误差进行分析并选择优化的测量方案，有时可以获得精度较高的测量值。间接测量多用于科学实验中的实验室测量。

（3）联立测量。

联立测量又称为组合测量，它是一种兼用直接测量和间接测量的方法。如果被测量有多个，且被测量又与某些可以通过直接或间接测量得到结果的其他量存在一定的函数关系，则可以先测量这几个量，再求解函数关系式组成的联立方程组，从而得到多个被测量的数值。例如，在研究热电阻tR随温度t变化的规律时，已知在一定的温度范围内满足式（4-2）：

式（4-2）中，R20、α、β 是3个被测量，R20是电阻在20 °C时的数值，α、β 是电阻的温度系数。根据该关系式，可以分别测出在t1、t2、t3三个不同测试温度时导体的电阻值Rt1、Rt2、Rt3，得到联立方程组，求解方程组可得到R20、α、β。

2）按测量时是否与被测对象接触分类

根据测量时是否与被测对象接触可分为接触式测量和非接触式测量。

（1）接触式测量。

测量时仪器设备与被测对象接触，承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为接触测量法。例如，体温计测体温等。

（2）非接触式测量。

测量时仪器设备不与被测对象接触，而是间接承受被测参数的作用，感受其变化，从而获得信号，并测量其信号大小的方法，称为非接触测量法。例如，铁道车辆中检测轮轴的红外线探伤，高速公路上超速车辆的探测等。一般非接触式测量不影响被测对象的运行情况，特别是对于运动对象、腐蚀性介质及危险场合的参数检测，它更方便、安全和准确。

为了监视生产过程，或在生产线上监测被加工工件质量的测量称为在线测量；反之，称为离线测量。在线测量一般都采用非接触式测量方法。

3）按被测量的变化情况分类

根据被测量的变化快慢可分为静态测量与动态测量。

（1）静态测量。

静态测量是指测量那些不随时间变化或变化很慢的物理量。例如，体检中的身高、体重测量，温度计测气温等。

（2）动态测量。

动态测量是指测量那些随着时间而变化的物理量。例如，汽车运行中的转速仪测量，地震仪测量振动波形等。

4）按测量结果的显示方式分类

根据测量结果的显示方式不同可分为模拟式测量与数字式测量。

（1）模拟式测量。

模拟式测量是指测量结果可根据仪表指针在标尺上的定位进行连续读取的方法。例如，模拟万用表测电压、电流等。

（2）数字式测量。

数字式测量是指以数字的形式直接给出测量结果的方法。例如，用数字万用表测电压、电流等。精密测量时一般采用数字式测量方法。

5）按测量方式分类

根据测量的具体手段与方式不动，还可以分为偏差式测量、零位式测量和微差式测量。

（1）偏差式测量。

以仪表指针的偏移量表示被测量的测量方式称为偏差式测量。应用这种方法测量时，仪表刻度应事先用标准器具标定。在测量时，输入被测量，按照仪表指针在标尺上的示值决定被测量的数值，如磁电式电流表测电流、指针式电压表测电压等。这种方法测量过程比较简单、迅速，但测量结果精度较低，易产生漂移，所以必须定期对偏差式仪表进行校准。

（2）零位式测量。

在检测过程中，将被测量与仪表内部的标准量进行比较，当测量系统达到平衡时，用已知标准量的值决定被测量的值，这种测量方式称为零位式测量。在测量时，已知标准量直接与被测量相比较，已知量应连续可调，指零仪表指零时，被测量与已知标准量相等。例如，用天平测量物体质量，用平衡电桥测量电阻值等。这种测量方法的优点是可以获得较高的测量精度，但测量过程比较复杂，速度不快，不适用于测量迅速变化的信号。

（3）微差式测量。

微差式测量综合了偏差式测量速度快和零位式测量精度高的优点，测量时预先使被测量与测量装置内部的标准量取得平衡，当被测量有微小变化时，测量装置失去平衡，并指示其变化部分的数值，如用天平指针在标尺上移动的格数来读取微小差值。这种测量方式的优点是反应快，且测量精度高，特别适用于在线控制参数的测量。

测量技术了解与应用的介绍

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