第1章测量的基本原理

1、没有望远镜就没有没有望远镜就没有天文学，没有显微天文学，没有显微镜就没有细胞学，镜就没有细胞学，没有指南针就没有没有指南针就没有航海事业航海事业 测量结果测量数值测量结果测量数值. .测量单位，测量单位，即：即：0 xxx图11 测量的比较原理(a) 天平直接比较（b）弹簧称间接比较被测物体的重量等于标被测物体的重量等于标准砝码的重量准砝码的重量被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘被测物体的重量从度盘上读数，因为，弹簧秤度盘上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。上的刻度是事先与标准量进行比较的结果。被测对象测量人员测试仪器系统信 息显 示感知和识别对对象象属属性性影影响响影影响响影影响

2、响测测量量策策略略、算算法法数数据据状状态态参参数数命命令令被被测测信信息息原原理理方方法法被被测测对对象象仪仪器器系系统统测测量量人人员员测测量量环环境境激激励励信信号号选选择择仪仪器器决决定定方方法法图图1 1- -3 3 测测量量的的基基本本要要素素执执行行测测量量操操作作测测试试数数据据处处理理测测量量结结果果显显示示结结 束束设设置置仪仪器器工工作作参参数数实实施施阶阶段段被被测测对对象象设设计计阶阶段段测测量量任任务务要要求求组组建建测测量量系系统统需需 求求 分分 析析拟拟定定测测量量方方案案现现有有仪仪器器设设备备选选用用测测量量仪仪器器（测测试试硬硬件件平平台台）决决定定测测

3、量量技技术术（测测试试软软件件平平台台）完完成成仪仪器器互互连连拟拟定定测测量量步步骤骤开开 始始论论证证阶阶段段测量发展的客观需要才出现测量发展的客观需要才出现了计量。了计量。测量是计量应用的重要途径。测量是计量应用的重要途径。没有测量，计量将失去价值没有测量，计量将失去价值为了保证测量结果的准确性，为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。校准，这个过程就是计量。u计量的任务是确定测量结计量的任务是确定测量结果的可靠性。果的可靠性。u计量是测量的基础和依据。计量是测量的基础和依据。u没有计量，也谈不上测量。没有计量，也谈不上测量。u计

4、量和测量相互配合，才计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥能在国民经济各个领域发挥重要作用。重要作用。u计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等它在工农业生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督的作用。各个方面起着技术保证和技术监督的作用。英呎feetfeet中中国国计计量量院院中中国国测测试试院院国国家家标标物物中中心心授授权权基基准准实实验验室室大大区区国国家家计计量量中中心心省省级级计计量量所所市市（地地）计计量量所所分分站站县县（区区）计计量量所所

5、工工矿矿企企业业、商商店店、研研究究院院所所、医医院院、学学校校等等国国防防计计量量中中心心行行业业计计量量中中心心国国家家专专业业计计量量站站国国家家标标准准级级级级级级工工作作标标准准自上而下逐级传递自上而下逐级传递 Axx0AxxxxAxxAxCCxA0100%xA 100%AxA 100%xxx 100%mmmxx 0 0mx|mx |mx A AxAmAmx A mmmxxm %mxxSx2100%1.5% 1.5%100mxxSx1400%0.5%2%100mxxsx oxiVAV 20lg()xxGA dB 20lg(1)dBAAAAAx全信息全信息语义信息语义信息语用信息语用信

6、息语法信息语法信息信息感知信息感知主体认识论信息主体认识论信息（语法信息）（语法信息）客体层次的信息客体层次的信息（信号信号）yx测测量量客客体体客客体体信信息息比比较较标标准准处处理理显显示示规规范范化化信信号号语语法法信信息息量量化化信信息息可可见见信信息息信信息息识识别别语语义义信信息息处处理理语语用用信信息息测测量量人人员员目目标标信信息息激激励励传传感感语语法法信信息息变变换换信信号号信信息息感感知知3. 测量的原理测量的原理测量的信息过程测量的信息过程测量客体测量客体信息感知信息感知信息识别信息识别测量主体测量主体 语法信息语法信息语义信息语义信息语用信息语用信息检检 波波放放大大

7、u显显 示示被被 测测 对对 象象测测 量量 人人 员员温温度度压压力力流流量量转转速速水水位位传传感感器器1u1信信号号调调理理U1传传感感器器2u2信信号号调调理理U2传传感感器器3u3信信号号调调理理U3传传感感器器4u4信信号号调调理理U4传传感感器器5u5信信号号调调理理U5多多功功能能切切换换开开关关S/HA/D计计算算机机数数码码管管CRT显显示示打打印印机机绘绘图图仪仪输输出出设设备备数数字字I/OD/A模模拟拟信信号号输输出出（2 2）自动化方式）自动化方式目目的的知知识识库库理理解解与与分分析析信信息息选选择择决决策策语语法法信信息息全全信信息息y1y2y电电量量变变换换（

8、测测量量电电路路）信信宿宿点点非非电电逆逆变变换换（显显示示器器）被被测测量量 x信信源源点点非非电电变变换换（传传感感器器）y1=f1(x)221( )yf y 32()yf y A321 ( )( )yfff xf x直读式直读式电压表电压表 K K1 1K K3 3K K2 2xu2u3 yu1y1y2y3信信源源点点信信宿宿点点 )(111uxKy)(2122uyKy)(3233uyKyy321123()y K K K x uuuKx u 123KK K K321123uuuuKK K （a) 测零点值（a) 测零点值非电电变换非电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换

9、电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器（b) 测标准量（b) 测标准量非电电变换非电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器（c) 测未知量（c) 测未知量非电电变换非电电变换 K1主体主体电非电变换电非电变换 K3电电变换电电变换 K2传感器传感器变换电路变换电路显示器显示器0 x0ysyxysx xxsxsy比较电路比较电路被测量被测量标准量标准量xs K1K2减减法法比比较较或或比比例例比比较较K3变变换换变变换换变变换换指指示示器器 uxusy0 0 xs（a a) ) 双双通通道道对对称称输输入入结结

10、构构mu或 当当 则则skkx1212kk x s (b) 对称桥式结构(b) 对称桥式结构s sx激励源激励源y=0y=02r1r当当 时，时， 12rxsr 12rr xs xs 微差法进行测量时，测量误差公式：微差法进行测量时，测量误差公式：测量仪器的误差测量仪器的误差 对测量的对测量的影响被大大地削弱影响被大大地削弱优点：测量速度快和测量准确度高。优点：测量速度快和测量准确度高。 xSxSx/ 0-v+vxs 替代法的测量原理 替代法的测量原理xs0 0-v-v+v+v2 2K KK K1 1（b) 零示法（b) 零示法(a) 偏转法(a) 偏转法xs0 0-v-v+v+v2 2K K

11、K K1 1r r第一次平衡第一次平衡 第二次平衡第二次平衡 上两式相乘、开方得：上两式相乘、开方得：12121()2xWWWWW11 2xW lWl 22 1xW lW l (a) 天平称重(a) 天平称重xWW1l1l2xWW2l1l212121()2xssssRRRRR 例：例：f=200.020kHzf=200.020kHz220kHz220kHz f f0 0=200kHz=200kHz则则 F=f-fF=f-f0 0=20Hz=20Hz20kHz20kHz覆盖系数从覆盖系数从1.11.1扩展到扩展到10001000L LC C振振荡荡器器fF=f-f0f0()xsxsmfmfm f

12、fm f I/VAC/DC放放大大或或衰衰减减A/DBCD/七七段段码码数数码码显显示示i伤伤痕痕比比较较校校正正显显示示工工件件光光源源光光信信号号电电信信号号滤滤光光片片透透镜镜固固体体图图像像传传感感器器放放大大标标准准样样板板被被测测量量标标准准量量xs比比较较电电路路yyHyL0ysx0-v+vxsx xs s （a）差差动动型型 （b）求求和和型型 （c）比比较较特特性性_+uxusuo_+uxus比比较较器器uousux0 xsuu12xsRuuR 21xsTUUT（a a）比例臂电桥）比例臂电桥 （b b）有源电桥）有源电桥 （c c）电压电桥）电压电桥 （d d）电流电桥）电

13、流电桥3124ZZZZ1122sxZUNUNZUsaRsRxbUo+_xossRURUoxssURRUR-S 触触发发器器tAtBQS RtBtAT 混混频频器器fAfBF F= =f f - -f fA A B B被被测测频频率率标标准准频频率率混混频频器器Ffxfs零零差差指指示示=fx- fscos2xmsmoKU UuKxyuxusuo=ux us+_数字比较器数字比较器数数字字比比较较器器N N1 1N N2 2Q Q12012()2CCUUCC交交流流放放大大器器相相敏敏检检波波器器低低通通滤滤波波器器交交流流信信号号源源UoCC12 2A1u2RR_+A2RR_+RRRUoRu1u3u4R01234UU UUU/1iTU UosURI e1ln(/)lnoTisiUUU RIk UAUiDR1_+R2AUiR1D_+R2Uo图图2-20 指数电路和对数电路指数电路和对数电路对数对数对