第5章--测试与计量方法

第五章确定测试与测量方法、测试与测量方法测试方案，是完成设备设计的重要手段之一。 测量问题的一般解决方法：1.模拟法、数字法2 .直接解决、转换解决(与常用传感器组合的测量方法等):一般信号电、声、光信号； 3 .电量测量热长度机械测量。 测试方法的重要性：1.测试方法与生产效率、效益等有着密不可分的关系。 2、测量和仪表设计三个基本要素：物理原理、测量方法和技术实现。 5.1测试计量方法及其分类。 计量原理是计量方法的科学基础. 。 例如，温度测量：热电效应； 电压测量：约瑟夫森效应速度测量：多普勒效应：长度测量：光干涉原理等。 构成计量测试的重要基础，广泛有重要应用。 什么是后台知识文库：约瑟夫森效应？ 超导性的本质是什么？ 20世纪50年代取得了突破性进展。 美国物理学家巴丁、库珀、施利费于1957年首先提出了“BCS”理论。 理论的核心是导体中存在的电子相互吸引形成共振状态，即计算出存在“电子对”。 1962年剑桥研究生约瑟夫森根据“BCS”的理论，预言在由薄绝缘层隔开的两种超导材料之间流过电流，即“电子对”可以穿过薄绝缘层。 同时，不需要通过电流薄的绝缘层施加电压，施加电压时反而会产生电流停止、产生高频振动等特殊现象。 这种超导物理现象被称为“约瑟夫森效应”，在美国贝尔研究所得到了证实。 根据所施加的交流频率可以得到非常准确的物理常数。 利用这一效应，还可以制作非常敏感的“超导量子干涉仪”(superconductionquantuminterferencedevice，SQUID )，测量极微弱的磁场。 “约瑟夫森效应”强有力地支持了“BCS理论”。 所以。 帕丁、库珀和施利费在1972年获得诺贝尔物理奖。 约瑟夫森获得了1973年的诺贝尔物理奖。 实验方案和仪器设计的一般要求：1.充分考虑物理量本身的规律性特征2 .有提高测量精度、发现误差因素的合理方法。 测试测量方法的选择要求：1.测量精度2 .测量范围3 .测量响应时间4 .设计方案和仪器的制造成本等。 测量方法不同，测量误差也不同。 优秀测量方法的特点是直接实验精度不一定高，实验结果表明测量精度非常高。 5.2直接计量法和间接计量法1 .直接计量法可以直接获得被测量值，而不需要计量与被测量有关的其他量。 在A=X式中，经计量的A到54的量的值X到54为从实验直接获得的结果。 请注意，该测量方法的测量误差为A=X，即使用传感器将测量的电量转换为线性进行测量，也应该理解为直接计量法。 实验误差由100%转换为测量误差，因此直接测量法的测量精度往往有限。 直接计量法的优点：1.测量结果直接、方便2 .测试设备一般不复杂3 .测量范围广4 .一般不存在时间响应问题。 直接计量法的缺点：1.测量精度比较有限。 例如：用数字频率序列计测量频率。 测试原理如下图所示。 频率调制器在频率信号分频之后控制精确定时信号(例如，秒信号)栅极。 被测量信号通过该门后，由计数器进行计数。 此外，放大整形、主阀、计数显示、控制电路、恒温晶体振荡、时间轴分频系统、2 .间接计量方法以与被测量有函数关系的其它量的计量来获得被测量。 在A=F(X1、X2、X3、Xn )的方程式中，测量A所得到的值X1、X2、X3、Xn测量直接量的大小。间接计量法可以得到高精度的测量结果，因此经常被选用于高精度的测量和计量。 原因：测试结果的精度可以通过分析对应的函数关系式得到。 5.3基本计量法和定义计量法、基本计量法进行关于基本量的计量，决定被测量量的计量方法。 也被称为“绝对计量法”。 其本质是间接计量法的一种。 还定义了计量方法，其以量为单位定义了对量进行计量的方法。 适用于基本单位和衍生单位。 定义计量法可能有与各种方案不同的精度。 例如，根据新的米的定义，3种方法(时间法、频率法和波长法)以及能够用多种激光照射再现的伏特基准，无论是饱和威斯顿标准电池还是约瑟夫森效应都能够再现。 5.4比较直接计量法和替代计量法。 1 .直接比较计量方法将被测量与已知的同一类型的量进行直接比较。 直接比较计量法的两个特征：1.比较的两个量必须相同的量2 .计量需要比较式的计量器具。 由于许多误差成分在比较过程中沿与标准仪相同的方向增减抵消，因此可获得较高的计量精度。 二、替换计量方法是选择被测量、将其值替换为已知的相同类型的量、以及使作用于指示器的效果相同的计量方法。 例如，使用天平已知质量的平衡块代替被测量物体求出质量，可以消除天平计算困难的不均匀的臂性误差，提高计量测试的精度。 5.5微差计量法和适合计量法，1 .微差计量法微差计量法对与被测量量只有同量微小差异的同一种已知量进行比较，计量其差异。 由于两个比较量为相同条件，因此各影响量产生的误差成分可自动局部抵消或几乎完