第1章 测量技术基础.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 测量技术基础知识,课程基本情况,本章主要内容：,1.,测量单位及单位制；,2.,测量和计量的区别；,3.,计量器具的基本概念及主要特征；,4.,电学和磁学量具；,1.1,测量与测量方法分类,1.,测量的概念,（,1,）,定义：,测量是被测量与同类标准量比较的一个实验过程。,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标准量进行,比较,，取得用数值和单位共同表示的测量结果。,（,2,）,测量结果表示：,测量结果,测量数值,测量单位，,即：,（,1,）,按测量结果的获得方式分为,直接测量,:,从仪表（仪器）的读数直接获取测量结果的方法。,特点：测量过程简单、迅速。,间接测量：,由仪表（仪器）读数，按照一定的函数关系（公式）计算获取测量结果的方法。,特点：测量过程复杂、费时。,组合测量：,在测量两个或两个以上相关的未知数时，改变测量条件而获得一组方程组，求取测量结果的方法。,2.,测量方法分类,1.1,测量与测量方法分类,2.,按测量读数的获得方式分为,直读测量法：,从仪器（仪表）直接获取读数。,特点：过程简单，一般来说准确度较低。,比较测量法：,把被测量与同类的标准量进行比较，根据比较的结果推算（计算）出读数。,典型的比较测量法：差值,(,微差,),法、零值法、替代法。特点：标准量直接参与，测量准确度高；测量设备较贵，过程复杂。,1.1,测量与测量方法分类,3.,按测量性质分为,时域测量：,（瞬态测量）以时间为主要研究对象，主要测量被测量随时间的变化的规律。,例：脉冲信号的上升沿、下降沿、脉宽等的测量。,频域测量：,（稳态测量）以频率为主要研究对象，主要测量被测量随频率的变化的规律。,例：信号频谱的测量等。,数据域测量：,（逻辑量测量）以数字电路的逻辑状态为主要研究对象。,例：测量数字电路的逻辑状态、时序等。,1.1,测量与测量方法分类,1.2,测量单位及单位制,单位：,有明确定义和名称并命其数值为,1,的固定量；,单位制,：,由基本单位与导出单位共同组成的一个完整的单位体系,国际单位制,基本量与基本单位：,少数相互独立的并可通过其组合定义其他所有物理量被称为“基本量”。这些量的单位被称为“基本单位”。,导出量与导出单位：,由基本量通过定义推导出的其他所有物理量被称为“导出量”。导出量的单位被称为“导出单位”。,国际单位制基本单位,SI,导出单位,SI,辅助单位,SI,词头,4.,我国的法定计量单位,国务院于,1984,年,2,月,27,日发布命令，明确规,定我国的法定计量单位包括：,1),国际单位制单位；,2),国家选定的非国际单位制单位；,3),以上单位构成的组合形式的单位。,国家选定的非国际单位制单位,1.3,计量器具,1.3.1,计量器具的基本概念,1.,量具的概念：,以固定形式复现量值的计量器具。,作用：维持单位统一，保证量值准确地传递。,2.,量具的分类：,（,1,）按形式分：单值量具、多值量具、成套量具,（,2,）按自身准确度高低：基准、标准、工作量具,计量器具,计量仪器,计量量具,计量物质,计量装置,计量工作的物质基础,1.3.2,基准和标准,1.,基准,用现代科学技术水平所能达到的最高准确度来复现和保存计量,单位的计量器具。只用于鉴定各种量具的准确度，不直接参加测量,.,。,(1,),一级基准,，又称主基准和国家基准。具有最高水平的基准。一个国家只有一个。,(2),二级基准,，又称副基准,.,基准的量值准确度由主基准确定，代替主基准向下传递或代替主基准参加国际比对。,(3),三级基准，,又称工作基准。工作基准用来直接向下属标准量具进行量值传递，用以检定下属计量标准量具的准确度。,2.,标准,根据工作基准复现出不同等级的便于经常使用的,计量标准量具或仪器，,简称标准。,计量标准的准确度等级在工作基准之下，工作计,量器具之上。,按准确度高低又分为一级标准、二级标准和三级,标准。,通过这些标准经常性地对日常工作仪器进行检,定，确定其量值的准确度大小。,1.3.3,测量基准的权威性和相对性,1.,基准的权威性,基准的理论定义最严格的、制作工艺技术最先进。,原器基准自身也会随时间、地点、环境条件而变化，甚至会损坏会失传。,从现代科学的观点来看，最好的基准是自然基准。,自然基准是根据物质粒子运动的恒定性、通过,原子常数的测定,而建立起来的基准。目前实现电学自然基准的途径为：根据交流约瑟夫逊效应建立电压基准；根据质子回旋磁比,p,建立电流基准；根据克里青效应建立欧姆基准。,2.,基准的相对性,一个时期的测量基准反映当时的人类认识水平和科学水平,。,例：以太阳为基准，时间测量的精确度,1,天内可达到,1,秒钟。而目前铯原子钟的计时精确度在三百万年内也不超过,1,秒。,1.3.4,测量标准的传递,自上而下逐级传递,1.4,电学量具,1.,标准电池：,温度特性是标准电池的最主要的特性。,标准电池的等级是,按年电动势变化率,划分的,。,标准电池的主要技术指标,等级指数,20,C,电动势检定值,/V,一年期间电动势允许变化范围,/,V,内阻值,/,从,到,新生产,使用中,0,.,0002,级,1.0185900,1.0186800,2,700,0,.,0005,级,1.0185900,1.0186800,5,700,0,.,001,级,1.018590,1.018680,10,700,1500,0,.,005,级,1.01855,1.01868,50,700,2000,0,.,005,级（不饱和）,1.01880,1.01930,50,500,0,.,01,级,1.01855,1.01868,100,700,3000,0,.,01,级（不饱和）,1.01880,1.01930,100,500,3000,0,.,02,级（不饱和）,10.186,10.196,200,500,3000,1.4,电学量具,标准电池使用时应注意：,使用和存放的温度应符合有关要求；,通入或流出的电流不得大于各级标准电池规定的数值；,极性不能接反；,不能用普通的电压表或万用表测量标准电池的电动势；,1.4,电学量具,2.,基准电压源,基准电压源最重要的性能是其,准确性,和,稳定性；,准确性一般通过激光校准工艺保证其允许误差（,“时漂”,）；,稳定度即随时间和温度的变化维持基准电压稳定的能力（,“温 漂”,）。,目前广泛应用的基准电压源有,齐纳二极管和集成电压基准。,1.4,电学量具,3.,标准电阻：,制作材料：,锰铜电阻丝,，是一种铜、锰、镍的合金材料，具有以下特点：,在工作温度下，电阻温度系数小；,与铜的接触电势小；,有很高的电阻系数；,年稳定性好；,有较好的机械加工性能,。,四端接线法,1.4,电学量具,标准电阻使用时应注意：,不允许超过规定的额定功率；,环境温度不允许超过规定的界限，也不允许剧烈波动；,在一定频率下使用；,铭牌上给定的是环境温度为,20,C,时的电阻值，若在其它温度下使用，标准电阻的阻值需要按相关公式计算。,1.4,电学量具,4.,标准电感：,通常是由,绝缘铜导线在大理石或陶瓷框架上绕制而成。,标准电感有自感和互感两种，在电磁测,量中，作为电感的标准量具，也常在材料磁特性测量,中作为磁通的标准量具。,标准电感使用时应注意：,不能超过标准电感的额定电流；,在规定的频率范围内使用；,标准电感附近不能有铁磁物质和干扰磁场。,1.4,电学量具,5.,标准电容：,标准电容包括标准空气电容器和标准云母电容器。,三个端钮,A,、,B,、,P,。,P,为屏蔽端钮，和金属屏蔽罩连接。使用时通常使,P,的电位为零或固定某一数值上，这样,A,、,B,两端对屏蔽层的分布电容,C,AP,、,C,BP,和,P,端对地的分布电容,C,P0,均为固定值，在测量中可设法消除它们的影响。,1.4,电学量具1.5,磁学量具,磁量具分类：磁通量具、磁感应强度量具、磁距量具。磁性材料的标准试样也是磁量具，它有一定的磁性能并有确定的精度。,磁感应强度或磁场强度量具有永久磁铁和通电线圈两种形式。用永久磁铁或电磁铁作为磁感应量具，一般都由质子核磁共振仪来校准磁感应强度,B0,的量值，其误差为,0,001%,0,01%,。,亥姆霍兹线圈是弱磁场量具基准，一般在,1,10-8,1,10-3 T,范围内。单层绕组的亥姆霍兹线圈其场强的计算与实际场强的误差为,0,001%,。,1.5,磁学量具,1.,标准磁体,YCB,标准磁体采用高性能的永磁材料制造，这些高品质的产品具有长期的稳定性，标准磁体可以稳定的使用在,0-70,之间，温度系数为,-0.03%/,，因为温度系数为负数，所以当温度上升的时候，磁场强度下降。标准磁体的外壳采用高磁导率的材料制成，它能有效的防护外界磁场的干扰影响，同时屏蔽了标准磁场对外界的磁场干扰影响。该产品可提供的标准磁体从,1000,高斯到,20,，,000,高斯，标准磁体的均匀性优于,0.5%,。,YCB,标准磁体适用于数字特斯拉计（高斯计）探头的单点校准，随时监测数字特斯拉计（高斯计）的工作状态是否正常，携带方便，使用简单。,1.5,磁学量具,2.,标准线圈,亥母霍兹线圈（,Helmholtz,）,用两个半径和匝数完全相同的线圈，将其同轴排列并令间距等于半径，这种线圈组合称为,Helmholtz,线圈。用它可以产生极微弱的磁场直至数百,Gs,的磁场。我公司专业设计和制作,Helmholtz,线圈，可根据用户提出的磁场强度，磁场均匀区及均匀度等级要求提出设计方案，可进行多维空间的设计，构思严谨计算精确，制作考就，已为大专院校，计量研究单位使用。,磁场强度：当电流,1A,时，,30G/25G/15G;,磁场均匀性：,0.5%,在线圈一定的空间内。,1.5,磁学量具,3.,磁通标准,伏秒定标器,磁通的量纲是伏特*秒，即电压与时间的乘积。也就是说可用电压脉冲对时间的积分等价“磁通”。,“伏秒”定标器是一种对磁通计、电子积分器进行定标的精密校正器。作为定标器的本身校准问题也只是需要精密地测量时间及电压,因此在一般的实验室里就有条件能很好地完成对“伏秒”定标器的校准。所以它将在磁测领域中得到广泛的应用。,1.5,磁学量具,伏秒发生器产品举例：,CB4,伏秒发生器用来校准磁通量，可作为实验室校准设备。全集成化，校准速度快，操作方便。,