《测量技术基础》PPT课件.ppt

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,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20C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CAP、CBP和P端对地的分布电容CP0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0001%001%。 亥姆霍兹线圈是弱磁场量具基准，一般在110-8110-3 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0001%。,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