第1章 测量基本概念1

开 始 测量任务要求
被测对象 论 证 阶 段
现有仪器设备
需 求 分 析
拟定测量方案 实 施 阶 段
设置仪器工作参 数 执行测量操 作 测试数据处 理 测量结果显 示 结 束
选用测量仪器 （测试硬件平台） 设 计 阶 段
决定测量技术 （测试软件平台）
完成仪器互连
拟定测量步骤
组建测量系统
• 3.被测对象——信息 – 广义的测量是信息的获取，信息反映了事物的运动 的状态及其变化方式。信息又可分为自然信息和社 会信息两大类。 • 4.测量仪器系统——量具和仪器 – 测量仪器系统包括量具、测试仪器、测试系统及附 件等 • 5.测量的主体——测量人员 – 手动：由测量主体（测量人员）直接参与完成 – 自动：测量主体交给智能设备（计算机等）完成， 但测量策略、软件算法、程序编写需由测量人员事 先设计好。 • 6.测试技术 – 测量中所采用的原理、方法和技术措施，总称为测 试技术。
1.1.3 测量的基本要素
• 1.测量的基本要素
信 息 被测对象 测试仪器系统 感知和识别 显 示 测量人员
被测对象、测量仪器、测量技术、测 量人员和测量环境
原理 方法 对象 属性 选择 仪器 被测信息 激励信号 影 响 影响 测量 环境 仪器 系统 决定 方法
测量策 略、算法
被测 对象
参数命令 数据状态
测量结果＝测量数值.测量单位，即： x { x} x0
• 测量的内涵
– ①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；
– ②测量过程: 通过实验去认识对象的过程 – ③测量方法：比较；
• A.直接比较 B.间接比较；C.需要测量仪器；
– ④测量标准：同类已知单位。 – ⑤测量结果：最终能表示给测量主体（人）
• SI有7个基本单位
• 国际单位制（SI）的组成
国际单位制基本单位
• 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：5.4×10-9s=5.4ns
1.1.6 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。 1．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 一种物理量的过程。设被测量为x，经变换后输出量为 y，它们之间的函数关系为
第一章 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。
第一节 测量的概念
电路或系统）的性能特性对环境变化较为敏感或非常敏感， 因此，原则上测量应在被测对象的正常或额定工作条件下进 行。
• B. 环境对仪器系统的影响：环境可能直接或间接地影响
到仪器系统本身的某个工作特性，进而影响测量结果，造成 测量误差。特别是某些测量器具的量程广、频段宽，而内部 的元器件数目甚多，且对外界影响相当敏感，错综复杂的影 响量所产生的不良效应有时会成为测量的严重问题。
• 2.计量与测量的关系
计量的任务是确定测量结 果的可靠性。 计量是测量的基础和依据。 没有计量，也谈不上测量。 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。 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。
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。
1．1．5 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
• 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。
• 7.测量环境
• 测量环境是指测量过程中人员、对象和仪器系统 所处空间的一切物理和化学条件的总和。 • 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、源阻抗、负载阻抗、地磁场、雷电等）的数 值、范围及其变化。
• 环境对测量的影响 • A. 环境对被测对象的影响：某些被测对象客体（如器件、
– 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。
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。
• C. 环境对测量人员的影响：高温、严寒、潮湿、闷气、
嘈杂、照明不适当等不良工作环境，会对测量人员的身心产 生不良影响，从而引起不同程度的人身误差乃至差错。
• 应采取适当的控制措施，尽量减少由于环境 影响而产生的误差。 • 恒温、恒湿、稳压和防震。
• 抗干扰、防噪声的措施，如接地、屏蔽、隔 离、滤波等。 • 仪器应能尽量适应恶劣环境和大范围变化环 境。
• 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 计量的定义和意义 为使在不同的地方，用不同的手段测量同一量时，所得 的结果一致，就要求统一的单位、基准、标准和测量器 具。 • 1.计量的定义 – 计量是一种特殊形式的测量，它把被测量与国家计量部 门作为基准或标准的同类单位量进行比较，以确定合格 与否，并给出具有法律效力的《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。 • 计量的三个主要特征是统一性、准确性和法制性。 – 计量包含了为达到统一和准确一致所进行的全部活动， 如单位的统一、基准和标准的建立、进行量值传递、计 量监督管理、测量方法及其手段的研究等。
y f (x)
2．选择功能
在实际的物理系统中，除了有用信号x外，还有许多其 它影响因素不同程度影响输出量y，
y f (x, u1, u2,)
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。
3．比较功能
要确定被测量x对标准量x0的倍数Ax，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 准脉冲或标准时间进行比较，比较过程实际上是脉冲 的计数过程。
4．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0-9十个数字组合，或 用数字记录、打印等方式显示测量结果。
• 1.1.1 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 天文学，没有显微 镜就没有细胞学， 没有指南针就没有 航海事业
– 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
测量 人员
影响
图1-3
测量的基本要素
• 2.测量过程——基本要素之间的互动关系
• 论证阶段: 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， 拟定合理的测试方案。 设计阶段 * 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 程序） • 实施阶段 * 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; * 分析测量误差并显示测量出结果。