第2章-测量的基础知识-检测技术与仪器-工程测试技术-教学课件.pptx

第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.1 测量测量1 1）测量的定义）测量的定义 为确定被测对象的量值而进行的实验过程称为测量。为确定被测对象的量值而进行的实验过程称为测量。2 2）测量的最基本形式）测量的最基本形式 比较比较将待测的未知量和予定的标准作比较。将待测的未知量和予定的标准作比较。3 3）量值）量值 由测量所得到的被测对象的量值表示为数值和计量单位由测量所得到的被测对象的量值表示为数值和计量单位的乘积。的乘积。4 4）测量的分类）测量的分类 直接测量直接测量和和间接测量间接测量。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.1 测量测量(续续)2.1.1 2.1.1 直接测量直接测量1 1、定义：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到、定义：无需经过函数关系的计算，直接通过测量仪器得到被测量值的测量为直接测量。被测量值的测量为直接测量。2 2、分类：可分为两种：、分类：可分为两种：直接比较直接比较和和间接比较间接比较。3 3、直接比较、直接比较 1 1）定义：直接把被测物理量和标准作比较的测量方法称）定义：直接把被测物理量和标准作比较的测量方法称 为直接比较。为直接比较。2 2）举例）举例 天平测物体质量天平测物体质量 用米尺测量物体长度用米尺测量物体长度 测量导体的电阻测量导体的电阻第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.1 测量测量(续续)4 4、间接比较、间接比较 1 1）定义）定义 利用仪器仪表利用仪器仪表统称之为测量系统统称之为测量系统把原始形态的待把原始形态的待测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量测物理量的变化变换成与之保持已知函数关系的另一种物理量的变化，并以人的感官所能接受的形式，在测量系统的输出端的变化，并以人的感官所能接受的形式，在测量系统的输出端显示出来。显示出来。2 2）举例）举例 水银温度计测体温水银温度计测体温 弹簧测物体的重量弹簧测物体的重量第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.1 测量测量(续续)2.1.2 2.1.2 间接测量间接测量1 1）定义：）定义：间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，间接测量是在直接测量的基础上，根据已知的函数关系，计算出所要测量的物理量的大小。计算出所要测量的物理量的大小。2 2）特点）特点 被测物理量不能用现有仪表直接测量得到，需通过数学关被测物理量不能用现有仪表直接测量得到，需通过数学关系计算得到。系计算得到。如：如：欲测量欲测量y,y,首先测量首先测量x x1 1,x,x2 2,x,x3 3,才能得到才能得到3 3）举例）举例 用线圈靶测弹丸速度；用线圈靶测弹丸速度；测运动物体的动能。测运动物体的动能。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.1 测量测量(续续)2.1.3 2.1.3 要使测量具有普遍科学意义的条件要使测量具有普遍科学意义的条件1 1、作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；、作比较的标准必须是精确已知的，得到公认的；2 2、进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。、进行比较的测量系统必须工作稳定，经得起检验。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位 和和标准量标准量量值定义的目标：量值定义的目标：统一、明确、简洁、实用统一、明确、简洁、实用 历史上出现过由不同政治集团（国家）、技术历史上出现过由不同政治集团（国家）、技术领域规定的多种领域规定的多种量值定义量值定义体系体系计量单位计量单位制制 量值定义量值定义由由计量单位计量单位来明确来明确 计量单位计量单位由由各级各级标准量标准量来贯彻来贯彻当前趋向于采用国际统一的当前趋向于采用国际统一的“国际单位制国际单位制”SI制制SI:法文法文Le System International elUnites缩写缩写第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量SI制制：7个个SI基本（计量）单位、基本（计量）单位、2个个SI辅助单位、辅助单位、16个具有专门名称（符号）的个具有专门名称（符号）的SI导出单位；导出单位；16个表示十进制倍数、分数的个表示十进制倍数、分数的SI词头；词头；2.2.1 SI2.2.1 SI制构成制构成 由由 国际计量大会国际计量大会组织，对现代应用的组织，对现代应用的各种物各种物理量理量进行统一定义，约定进行统一定义，约定计量单位计量单位，形成，形成SI。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 米米 长度单位长度单位 符号：符号：m 米米19831983=光在真空中（光在真空中（1/299 792 458）s时时间所传播的距离。间所传播的距离。（2亿亿9千千9百百7拾拾9万万2千千4百百5拾拾8）1983年年17届国际计量大会规定。届国际计量大会规定。(相对）不确定度：优于相对）不确定度：优于410-9第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 千克（公斤）千克（公斤）质量单位质量单位 符号：符号：kg 1 kg=国际公斤原器的质量国际公斤原器的质量。1889年设定、国际标准计量局（巴黎）保存，年设定、国际标准计量局（巴黎）保存，3939 mm3铂铱合金圆主体铂铱合金圆主体 1889年第年第1届国际计量大会建议，届国际计量大会建议，1901年第年第3届国届国际计量大会决议。际计量大会决议。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 秒秒 时间单位时间单位 符号：符号：s 秒秒1967=铯铯133（Cs133)原子基态的两个超精细能级原子基态的两个超精细能级之间跃迁产生的辐射周期的之间跃迁产生的辐射周期的 9 192 631 770（9拾拾1亿亿9千千2百百6拾拾3万万1千千7百百7拾拾）倍的持续时间。）倍的持续时间。1967年年13届国际计量大会决议。届国际计量大会决议。不确定度：不确定度：310-9第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 安培安培 电流强度单位电流强度单位 符号：符号：A 安培安培=使真空中两根相距使真空中两根相距1m的的无限长无限长极细圆截面极细圆截面导线产生导线产生210-7 N/m作用力的恒定电流。作用力的恒定电流。1948年第年第9届国际计量大会批准。届国际计量大会批准。1967年年13届国际计量大会决议最新的实现方法：由电流天平届国际计量大会决议最新的实现方法：由电流天平（安培天平）实现，不确定度：（安培天平）实现，不确定度：310-9第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 开尔文开尔文 热力学温度单位热力学温度单位 符号：符号：K 1K=水的三相点（固、液、气共存点）的热力学温水的三相点（固、液、气共存点）的热力学温度的度的1/273.15。1967年年13届国际计量大会决议。届国际计量大会决议。热力学温标热力学温标（温度标准）（温度标准）无法实现无法实现热力学温度热力学温度零点零点无法达到！无法达到！规定：用规定：用国际温标国际温标复制（实现）热力学温标复制（实现）热力学温标！最新的最新的国际温标国际温标:ITS-90(90国际温标国际温标,简称简称T90)1989年年18届国际计量大会修订。届国际计量大会修订。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 坎德拉坎德拉 发光强度单位发光强度单位 符号：符号：cd 1 cd=发光强度为发光强度为1 cd的光源在给定方向上发出频的光源在给定方向上发出频率为率为5401012Hz三相单色辐射，辐射强度为三相单色辐射，辐射强度为(1/683)W/sr。1979年第年第16届计量大会决议。届计量大会决议。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 摩尔摩尔 物质量的单位物质量的单位 符号：符号：mol 1 mol=发构成物质系统的结构粒子数目与发构成物质系统的结构粒子数目与0.012kg碳碳12中的原子数目中的原子数目相等时，该系统的物质的量为相等时，该系统的物质的量为1 mol。12 g 碳碳12中的原子数目中的原子数目1 g 氢原子的数目；氢原子的数目；12 g 碳碳12中的原子数目中的原子数目阿佛加德罗（阿佛加德罗（意大利化学意大利化学家家Avogadro)常数常数NA 6.0221023 mol一般只用于表达微观粒子的量！一般只用于表达微观粒子的量！1971年第年第14届计量大会决议。届计量大会决议。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.2 SI基本单位基本单位 是是1960年第年第11届国际计量大会确认的基本量；届国际计量大会确认的基本量；（具体定义有所改进）（具体定义有所改进）（摩尔）（摩尔）是是1971年第年第14届国际计量大会增补的基本届国际计量大会增补的基本量。量。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量如何获取所需的如何获取所需的标准量？标准量？2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源 进行进行测量时测量时需要应用需要应用已知量值已知量值的的标准量标准量.如果如果所有的测量所有的测量都都从量的定义从量的定义及及SISI规规定的定的复现方法复现方法获取获取标准量标准量或耗费巨大或耗费巨大！或不可能实现（如质量原器）或不可能实现（如质量原器）实用的方法：在一定的范围内（在一定的范围内（全国、全世界全国、全世界），），从量的定义从量的定义及及SISI规定的规定的复现方法复现方法获取获取一套一套最高的最高的标准量标准量，然后采然后采用工程实用的方法复制、衍生用工程实用的方法复制、衍生较低级的标准量较低级的标准量，逐级逐级向下传递向下传递第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.2 量值定义量值定义、计量单位计量单位和和标准量标准量2.2.3 2.2.3 量值传递与溯源量值传递与溯源第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统现代测试系统的基本组成的基本组成第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统的组成现代测试系统的组成(续续)1 1）传感器（一次仪表）传感器（一次仪表）u定义：定义：将被测非电量通过某种原理转换成电信号的装置将被测非电量通过某种原理转换成电信号的装置u作用：作用：将被测非电量转换成便于放大、记录。将被测非电量转换成便于放大、记录。u传感器的组成传感器的组成第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统的组成现代测试系统的组成(续续)敏感元件敏感元件 将被测非电量预先变换为另一种易于变换将被测非电量预先变换为另一种易于变换成电量的非电量（例如应变或位移）元件。成电量的非电量（例如应变或位移）元件。然后再利用传感元件，将这种非电量变换成电量。然后再利用传感元件，将这种非电量变换成电量。在许多传感器中，在许多传感器中，敏感元件敏感元件由由弹性材料弹性材料做做成，当承受外力作用时，它会产生弹性变形；成，当承受外力作用时，它会产生弹性变形；当去除外力后，弹性变形消失并能完全恢复其当去除外力后，弹性变形消失并能完全恢复其原来的尺寸和形状。故又称原来的尺寸和形状。故又称弹性敏感元件弹性敏感元件第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统的组成现代测试系统的组成(续续)传感元件传感元件 将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度等）变换为电量将感受到的非电量（如力、压力、温度梯度等）变换为电量的器件称为传感元件（或称变换元件）。的器件称为传感元件（或称变换元件）。如应变计、压电晶体、如应变计、压电晶体、压磁式器件、光电元件及热电偶等。压磁式器件、光电元件及热电偶等。传感元件是利用各种物理效应或化学效应制成，它是传感器传感元件是利用各种物理效应或化学效应制成，它是传感器的的核心核心。说明说明:将传感器分解成将传感器分解成敏感元件敏感元件和和传感元件传感元件两部分仅仅只是方便了一类常见两部分仅仅只是方便了一类常见传感器的分析。并不是所有的传感器都包括两部分传感器的分析。并不是所有的传感器都包括两部分如热敏电阻、光电如热敏电阻、光电器件等只有传感元件；如固态压阻式压力传感器等器件等只有传感元件；如固态压阻式压力传感器等敏感、传感元件敏感、传感元件合二为合二为一。一。第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统的组成现代测试系统的组成(续续)2 2）中间变换与调理电路（二次仪表）中间变换与调理电路（二次仪表)定义：将传感器输出的微弱信号进行放大，调理定义：将传感器输出的微弱信号进行放大，调理输出给记录仪器的装置：输出给记录仪器的装置：直流放大器直流放大器 滤波器滤波器 应变仪应变仪 电荷放大器电荷放大器 第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 2.3 现代测试系统的组成现代测试系统的组成(续续)3 3）显示记录设备（三次仪表）显示记录设备（三次仪表）作用：作用：把中间变换与测量电路送来的电压或电流信号把中间变换与测量电路送来的电压或电流信号不失真地显示和记录出来。如：不失真地显示和记录出来。如：电子（光线）示波器；电子（光线）示波器；光线记录仪，笔式记录仪，光线记录仪，笔式记录仪，电压表电压表:指针式、数字式指针式、数字式 磁带记录仪（模拟式、数字式）；磁带记录仪（模拟式、数字式）；数字式瞬态波形存储器（半导体、磁盘、光盘、数字式瞬态波形存储器（半导体、磁盘、光盘、)第第2 2章章 测量的基础知识测量的基础知识 作作 业业1 1、欲使测量系统具有普遍科学意义的条件是什么、欲使测量系统具有普遍科学意义的条件是什么?2 2、非电量电测法的基本思想是什么？、非电量电测法的基本思想是什么？3 3、一般测量系统的组成分几个环节，分别说明其作用。、一般测量系统的组成分几个环节，分别说明其作用。4 4、举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么、举例说明直接测量和间接测量的主要区别是什么?5 5、根据你的理解，谈谈测试技术的内涵。、根据你的理解，谈谈测试技术的内涵。