计量学基础课程课件4

3． 测量精度 测量精度是测量结果的可信程度或不确定度 , 一般以计量值与被计量量的实际值之间的 偏差 范围来表示。 4． 最大允许误差 对给定计量器具,规范,规程等所允许的误差极 限值为最大允许误差,有时也称为计量器具的允许 误差限。
专业内涵——性能指标评价
误差指标：精度和准度
2． 灵敏度 灵敏度是计量器具响应的变化与引起该 变化的激励值（被计量值）的变化之比。对 于带刻度指示器的器具 , 通常以分度长度与 其值之比作为灵敏度。灵敏度指标是考察传 感器的主要指标之一。
3． 鉴别力 使器具的响应产生可以察觉的变化的 激励值（被计量值）的最小变化量 , 称为鉴 别力。这种激励变化应缓慢而单调地进行。
输入部分
1． 传感器和计量变换器 传感器是计量仪器或计量链中直接作用于被计量的量的元件。 有些被计量的量是不能直接计量或直接计量时准确度不高。比 如温度,流量,加速度等量 ,直接同它们的标准量进行比较是相当 困难的 , 因此需要传感器变换成易于处理 , 易于与标准量比较的 物理量,如位移,频率,电流,电阻,电压等量。 计量变换器是提供与输入量有给定关系的输出量的计量器件。 在计量变换器中,与被计量的量直接作用的部分是它的传感部分 或敏感部分。但有时传感部分与变换部分构成一个不可分的整 体,例如热电偶。所以,计量变换器可以只是传感器 ,也可以包括 它们的附属计量线路。



从计量器具的总体构成来看,可以认为它是包含许 多环节的计量链。计量链是计量仪器或计量装置中的 一系列单元 , 它们构成计量信号从输入到输出的通道 。例如由传声器,衰减器,滤波器,放大器和电压表组成 的电声计量链。

用毫伏计作为指示机构或指示单元的热电温度计 , 具有这样的计量链： ① 热电偶：


4． 测量范围
测量范围是计量器具的误差处在规定极限 内的一组被测量的值,与测量设备的最大允许误 差有关。在标称范围内,测量设备的误差处于最 大允许误差内的那一部分范围才是测量范围,也 就是说 , 只有在这一部分测量的值 , 其准确度才 符合要求 , 因此 , 有时又把测量范围称为工作范 围。
量块的使用
量块及有关量块的长度和偏差
量块的使用
图2-3量块测量面的示意图 当量块标称尺寸l ﹤6mm时，刻有数字的表面为上测量面； 当l ≧6mm时，刻有数字的表面的右侧面为上测量面，相 对的另一面为下测量面。
量块的使用
2.量块的研合性与选用原则 所谓研合性，是指量块的一个测量面与另一量 块的测量面或另一经精密加工的类似的平面， 通过分子吸力作用而粘合的性能。利用这一特 性，把量块研合在一起，便可以组成所需要的 各种尺寸。 量块一般是成套生产的，国标将量块制定了17 种套别，套别是按量块数量的多少来划分的。 比如91块一套，83块一套，6块一套，5块一 套等（如下表所示）
（3） 电容式传感器：把被计量的量的变化变换为 电容变化的传感器。它包括极距变化型 , 面积变化型 和介质变化型三类。
（4） 压电式传感器：利用一些晶体材料的压 电效应 , 把力或压力的变化变换为电荷量变化 的传感器。压电晶体不但有纵向和横向的压电 效应 ,而且还有剪切的压电效应,因而可作成不 同支撑形式和受力状态的传感器,在力,加速度, 超声及声纳等计量中得到了广泛的应用。这类 传感器是一种高精度的先进的传感器 , 近年来 得到了越来越多的关注和发展。 （ 5 ） 压磁式传感器：利用一些铁磁材料的 压磁效应 , 把力或压力的变化变换为导磁率变 化的传感器。利用其逆效应 , 可以作成磁滞伸 缩式传感器。
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注意：量块的组合方法及原则 组合原则 1）量块块数尽可能少，一般不超过3~5块。 2）必须从同一套量块中选取，决不能在两套或两 套以上的量块Байду номын сангаас混选。 3）组合时，不能将测量面与非测量面相研合。 4）组合时，下测量面一律朝下。
一些重要的概念
有关工作范围的特性 1． 示值 计量器具的示值是指计量器具所给出的量的值 。示值可以是被测量,测量信号或用于计算被测量 之值的其他量的值。对实物量具,示值就是它所标 出的值。示值随着被测量而变化。
http://www.cnctst.gov.cn/pages/homepage/result.jsp#
全国科学技术名词委员会
2． 标称值 (nominal value) 标称值是计量器具上表明其特性或指导其 使用的量值 ,该值为修约值或近似值,如标在电 压表表盘上的示值。标称值是固定的 , 不随被 测量的变化而变化。 3． 标称范围(nominal range) 标称范围是计量器具的操纵器件调到特定 位置时可得到的示值范围。标称范围通常用计 量器具的上限和下限表明,如果下限为零 ,标称 范围一般只用上限表明。
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仪器的结构和组成
仪器的总体构成及其计量链 1． 仪器的总体构成 仪器并没有很固定的构成模式。但是典型的计 量器具从总体构成来说,一般可以分为三个主要部 分。
计量 器具 计量 对 象 输入 部 分 中间 变 换部 分 输出 部 分
观察 者

计量器具的第一部分是输入部分（包括传感 器 , 检测器或计量变换器） , 它把被计量的信息转 变成便于下一步处理的信号。第二部分是中间变 换部分（也称二次变换部分） , 它把输入部分出 来的信号进行放大 , 滤波 , 调制解调 , 运算 , 分析或 其他二次变换,使之适合于输出的需要。 第三部分是输出部分（也称终端变换部分 ,包 括指示装置和记录装置） , 它将被计量的等效信 息提供给观察者或电子计算机。 在电计量仪器中 ,计量信号是该仪器内被计量 量的代表 ,常常把输入到仪器的信号称为激励 ,把 仪器的输出信号称为响应。
例如，从 91 块一套的量块中选取尺寸为 36.745mm 的 量块组，选取方法为：


36.745 …………所需尺寸
－ 1.005 …………第一块量块尺寸 35.74 － 1.24 …………第二块量块尺寸 34.5 － 4.5 …………第三块量块尺寸 30.0 …………第四块量块尺寸
为扩大量块的应用范围，可采用量块附件，量块附件中有 夹持器和各种量爪。量块及附件装配后，可用于测量外径、 内径或精密划线。
（8） 振弦式传感器：利用振弦的固有频率与 张力之间的函数关系 , 把力的变化变换为频率 变化的传感器。激振方法可分为连续激发和间 歇激发两类。 （9） 霍尔传感器：利用一些半导体材料的霍 尔效应 , 将被计量的量的变化变换为霍尔电势 变化的传感器。利用霍尔元件的磁阻效应可以 作成磁阻式传感器。霍尔元件结构简单、体积 小 , 噪声小 , 频带宽 , 动态范围大 , 有较广泛的应 用前景。
5． 量程(span) 量程 ［英文等价术语］ span ［术语定义(汉语)］ 测量范围上限值与下限值之差。
有关响应方面的特性 1． 响应特性 在特定条件下 ,激励与对应响应之间的关系 就是计量器具的响应特性。这种关系可以用数 学等式 , 数值表或图形来表示。当激励是关于 时间的函数时 , 传递函数是响应特性的一种表 示形式。
量块的使用规则
在使用组合量块时，为了减小量块组合的累积误 差，应尽量减少使用的块数，一般不超过4∽5块。 为了迅速选择量块，应根据所需尺寸的最后一位 数字选择量块，每选一块至少减少所需尺寸的一 位小数。
例1：从83块一套的量块中选取尺寸为 38.935mm量块组，其选取方 法为： 38.935 ─）1.005 第一块量块尺寸为1.005mm 37.93 ─）1.43 第二块量块尺寸为1.43mm 36.5 ─）6.5 第三块量块尺寸为6.5mm 30 第四块量块尺寸为30mm

传感器
常用传感器有：
（ 1） 电阻式传感器：把被计量的量的变化变换为 电阻变化的传感器。它包括变阻式（或滑线电阻式） 和电阻应变式两类 , 后者根据应变计结构的不同又可 分为丝式,箔式和薄膜式三类。 （ 2） 电感式传感器：把被计量的量的变化变换为 自感或互感变化的传感器。它包括可变磁阻式 , 涡流 式和差动变压器式三类。
3． 重复性 重复性是指在相同条件下 ,重复测量同一个 被测量 , 计量器具提供相近示值的能力。重复 性可以用测量结果的分散性定量来表示。 4． 可靠性 可靠性是指计量器具在规定条件下和规定 时间内 , 完成规定功能的能力。表示计量器具 可靠性的定量指标 , 可以用其极限工作条件下 的平均无故障工作时间来表示 , 这个指标越高 , 说明可靠性越好。
（10） 陀螺传感器： 利用陀螺进动定理将 被计量的量的变化变换为电量变化的传感器。 例如陀螺式称重传感器,角速度微分陀螺仪和积 分陀螺仪等。 （11） 热电式传感器： 利用热电效应将温 度的变化变换为电势变化的传感器。各种热电 偶就是广泛应用的热电式传感器。 （12） 磁电式传感器： 利用电磁感应定律 将转速的变化变换为感应电动势或其频率变化 的传感器。它可分为可动线圈式和可动衔接式 两类。
计量学基础
主讲人:邓华夏
量块的使用
2)量块的中心长度：是指量块一个测量面的中心 到与其相对的另一测量面之间的垂直距离，用符 号L表示。 3)量块的标称长度：是指两相互平行的测量面之 间的距离，即量块的工作长度，用符号l表示。 4)量块长度的实测值：是指用一定的方法， 对量块长度进行测量所得到的量值。 5)量块的长度变动量：是指量块任意点长度中的 最大长度Lmax与最小长度Lmin之差的绝对值，用 符号Lv表示。 6)量块的长度偏差：是指量块的实测值与其标称 值之差，简称偏差
（13） 电离辐射式传感器： 利用电离辐射的 穿透能力 , 使气体电离并具有热效应和光电效 应 , 把被计量量（例如厚度）的变化变换为电 量变化的传感器。例如射线测厚仪。 （14） 约瑟夫森效应传感器： 利用超导体的 约瑟夫森效应 , 把磁通量变换为周期变化的阻 抗 , 或把频率变换为电压的传感器。它包括约 瑟夫森结和计量灵敏度极高的超导量子干涉器 件（ SQUID ） , 在监视电动势基准 , 直流电计 量 , 辐射计量 , 磁学计量 , 低温计量、重力计量 , 光频计量中有着广泛的应用。


4． 分辨力
分辨力是指显示装置能有效辨别的最小的示值差。 5． 死区
计量器具的死区指的是不致引起计量器具响应发 生变化的激励双向变动的最大区间。 6． 响应时间

激励受到规定突变的瞬间与响应达到并保持其最 终稳定性在规定极限内的瞬间两者之间的时间间隔就 是响应时间。
有关性能方面的特性 1． 漂移 漂移是指计量器具计量特性的缓慢变化。 2．稳定性 计量器具保持其计量特性随时间恒定的能力 称为计量器具的稳定性。通常 , 稳定性是对时 间而言的。
T
热电偶
E
闭合 电路
I
毫伏计 电磁系统
M
毫伏计 指示机构

热电温度计的计量链方框图
上面给出了串联式计量链,它比较简单明了。而在许多情况下,计量链
是比较复杂的,不仅有串联,而且有并联,甚至还带有反馈。
它是温度传感器,也是第一个变换单元,把温度T变换成电动势E；② 闭合 电路：它是中间变换单元,在电动势E的作用下产生电流I；③ 毫伏计的 电磁系统： 它也是中间变换单元,把电流I变换成力偶M；④ 弹簧等：它 是指示单元,把力偶M变换成观察者可以直接感受的温度α。
（ 6 ） 压阻式传感器： 利用半导体材料的压 阻效应 , 把压力的变化变换为电阻变化的传感 器。它可分为薄膜型,结型和体型三类。 （ 7 ） 光电式传感器： 利用光电效应把光通 量的变化变换为电量变化的传感器。可利用的 光电效应包括光电子发射效应（光电管 , 光电 倍增管等） ,光导效应（光敏电阻 ,光导管）和 光生伏打效应（光电池,光敏晶体管）。
1． 准确度 准确度指计量器具给出接近于真值的响应能 力。在实际应用中 ,常以测量不确定度 ,准确度等 级或最大允许误差来定量表示。 2． 准确度等级 准确度等级是符合一定的计量要求,使误差保 持在规定极限以内的计量器具的等别 , 级别。这 也是计量器具最具概括性的特征 , 综合反映了计 量器具的基本误差和附加误差的极限值以及其他 影响测量准确度的特性值。