第8课时第二章第四节测量仪器及其特性1.docx
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第8课时第二章第四节测量仪器及其特性1
第四节测量仪器及其特性
测量仪器及其特性
1.测量仪器（计量器具）
2.测量仪器的特征
知识点一：
测量仪器（计量器具）
（一）测量仪器及其作用
1•测量仪器的概念（特点）
测量仪器又称计量器具，是指“单独或与一个或多个辅助设备组合，用于进行测量的装置。
”。
它是用来测量并能得到被测对象量值的一种技术工具或装置。
为了达到测量的预定要求，测量仪器必须具有符合规范要求的计量学特性，特别是测量仪器的准确度必须符合规定要求。
例题：
单独地或同辅助设备一起用以进行测量的器具在计量学术语中称为
a.测量仪器
b.测量链
c.计量器具
d.测量传感器
答案：
ac
2、测量仪器的特点
（1）用于测量，目的是为了获得被测对象量值的大小。
（2）具有多种形式，它可以单独地或连同辅助设备一起使用。
（3）测量仪器本身是一种器具或一种技术装置，是一种实物。
测量仪器是用于测量目的的所有器具或装置的统称，我国习惯统称为计量器具
3.测量仪器的作用
（1）测量是为了获得被测量值的大小，而得到被测量值的大小是通过计量器具
来实现的，所以计量器具是人们从事测量获得测量结果的重要手段和工具，它是
测量的基础，是从事测量的重要条件。
（2）计量器具又是复现单位、实现量值传递和量值溯源的重要手段。
为实现计量单位统一和量值的准确可靠，必须建立相应的计量基准、计量标准和工作用计量器具；并通过检定和校准来实现测量的统一，实现测量的准确性、一致性，这
一任务正是通过各级计量器具进行量值的传递和溯源来完成的。
（3）计量器具又是实施计量法制管理的重要工具和手段。
国家计量法规对用于_贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测四个方面且列入强检目录的工作计量器具实施强制检定，这些强检计量器具既是实施法制管理的对象，又是为维护国家和人民利益提供服务的重要手段，正是通过这些计量器具量值的准确可靠，使广大人民群众免受不准确、不诚实测量带来的危害。
（4）计量器具又是开展科学研究、从事生产活动不可缺少的重要工具和手段。
（二）实物量具、测量系统和测量设备
定义
概念
具有所赋量值，使用时以固定形态复现或提供一个或多个量值的测量仪器。
内涵
它的主要特性是能复现或提供某个量、某些量的已知量值。
这里所说的固定形态应理解为量具是一种实物，它应具有恒定得到物理化学状态，以保证在使用时量具能确定地复现并保持已知量值。
获得已知量值的方式可以是复现的，也可以是提供的。
如砝码是量具，它本身的已知值就是复现了一个质量单位量值的实物。
如标准信号发生器也是一种实物量具，它提供多个已知量值作为供给量输出。
定义中的已知值应理解为其测量单位、数值及其不确定度均为已知。
标准物质即参考物质按定义均属于测量仪器中的实物量具。
特点
（1）本身直接复现或提供了单位量值，即实物量具的示值（标称值）复现了单位量值，如量块、线纹尺本身就复现了长度单位量值；
（2）在结构上一般没有测量机构，如砝码、标准电阻，它只是复现单位量值的一个实物；
（3）由于没有测量机构，在一般情况下，如果不依赖其他配套的测量仪器，就不能直接测量出被测量值，如砝码要用天平、量块要配用干涉仪、光学计。
因此，实物量具往往是一种被动式测量仪器。
量具本身所复现的量值，通常用标称值表示。
对实物量具而言，标称值是指标在实物上的以固定形态复现或提供给定量的那个值。
这个量值是经修表一约取整后的一个值，往往是通过标准器对比所确定的量值的近似值。
它可表示以表明实物量具的特性。
例如，标在标准电阻上的量值100®，该标称值
万式就是实物量具本身所复现的量值。
对于多刻度的玻璃量器之类的量具，则
通常取其满刻度值作为标称值，这种标称值也可作为总标称值。
有的量具还标有如额定电流值等，但通常不能认为这些量值或数据是量具的标称值。
量具的分类
按具复现或提供的量值看
单值量具
如量块、标准电池、砝码等，一般不带标尺；
多值量具
如线纹尺、电阻箱等，带有标尺；也包含成套量具，如砝码组、量块组等。
从工作方式来看
从属量具
必须借助其他测量仪器才能进仃测量的量具，如砝码，只有借助天平或质量比较仪才能进行质量的测量；
独立量具
不必借助其他测量仪器即可进行测量的量具，如尺子、量杯等。
例题：
实物量具是（）
a.使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的计量器具b•能将输入量转化为输出量的计量器具
c.能指示被测量值的计量器具
d•结构上一般有测量机构，是一种被动式计量器具
答案：
a.本题考核的是实物量具的含义。
例题：
下列计量器具中，（）属于实物量具
a.流量计
b.标准信号发生器
c.砝码
d.秤答案：
bc
【案例】考评员在考核某研究所的综合管理部门时，问其中的管理人员小李：
“你看以下计量器具中，哪些是实物量具？
（1）钢卷尺⑵台秤⑶注射器⑷热电偶⑸电阻箱⑹卡尺⑺铁路计量油罐车（8）电能表。
”小李回答：
“我认为其中1、3、4、6是实物量具。
”又问另一位管理人员：
“你认为他的回答对吗？
”管理人员回答：
“说不上来。
”
【问题】什么是实物量具？
【案例分析】依据jjf1001-1998《通用计量术语及定义》中6.2条规定，实物量具是指“使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的量具。
”实物量具本身直接复现或提供了量值，实物量具的示值就是其标称值。
上题中除⑵台秤、⑷热电偶、⑹卡尺和（8）电能表不是实物量具外，其他都属于实物量具。
卡尺虽然习惯上称之为“通用量具”，但按定义它并不是实物量具，而是一种指示式测量仪器。
2、测量系统
测量系统的疋义
测量系统是指“一套组装的并适用于特定量在规定量的规定区间内给出测得值信息的一台或多台测量仪器”。
包括试剂和电源。
具体地说，是指用于特定测量目的，由全套测量仪器和其他的有关设备组装起来所形成的一个系统。
如半导体材料电导率测量装置、体温计校准装置、磁性材料磁特性测量装置、光学高温计检定装置等。
这里全套测量仪器包括各种测量仪器、实物量具或标准物质，其他设备包括任何试剂、电源、稳压器、指示仪器、分流器、分压器、附加电压、开关线路及辅助设备。
测量装置
定义
测量系统是由各种测量仪器连同辅助设备组装起来，有时也可以随时拆卸，形成固定安装的测量系统称为测量装置。
测量装置作为计量标准时，有时又称检定装置或校准装置。
分类
按自动化程度分
为自动、半自动和手动测量装置
按被测量的数目分
单参量和多参量测量装置。
测量系统的
特点
测量系统可以是小型的或便携式的，但也可以是中型、大型或固定式的，有时则可能是把计量器具、计算装置和辅助装置连接起来的一套自动化装置，便于转换、存储和在自动化系统中应用。
如电站、锅炉房全套计量器具所组成的测量装备。
3•测量设备
概念
测量设备是指“为实现测量过程所需要的测量仪器、软件、测量标准、标准物质、辅助设备或其组合”。
它包括检定、校准、试验和检验过程中使用的全部测量设备。
可见它并不是指某台或某类设备，而是测量过程所必需的测量仪器相关的包括硬件和软件的统称。
特点
（1）概念的广义性。
测量设备不仅包含一般的测量仪器，而且包含了各等级的测量标准、各类标准物质和实物量具，还包含和测量设备连接的各种辅助设备，以及进行测量所必须的资料和软件。
测量设备还包括了检验设备和试验设备中用于测量的设备。
定义的广义性是从isO
9000标准的生产全过程实施质量控制所决定的。
（2）内容的扩展性。
测量设备不仅仅是指测量仪器本身，而又扩大到辅助设备，因为有关的辅助设备将直接影响测量的准确性和可靠性。
这里主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备，也包括作为检验手段用的工具、工装、定位器、模具、夹具等试验硬件或软件。
可见作为测量设备的辅助设备对保证测量的统一和准确十分重要。
特点
（3）测量设备不仅是指硬件还有软件，它还包括“进行测量所必须的资料”，这是指设备使用说明书、作业指导书及有关测量程序文件等资料，当然也包括一些测量仪器本身所属的测量软盘，没有这些资料就不能给出准确可靠的数据。
因此，软件也应视为是测量设备的组成部分。
意义
测量设备是一个总称，它比测量仪器或测量系统的含意更为广泛。
提出此术语有利于对测量过程进行控制。
（三）测量仪器的分类
测量仪器按其结构、功能、作用、性质或不同专业，具有很多的分类方法。
测量仪器按其结构和功能特点可分为以下六类。
（1）指示式或显示式测量仪器
指示式测量仪器是指能“提供带有被测量量值信息的输出信号的测量仪器”。
例如电压表、测微仪、电子天平。
显示式测量仪器是指“输出信号以可视形式表示的指示式测量仪器。
（2）记录式测量仪器
记录式测量仪器是指“提供示值记录的测量仪器”。
这类测量仪器能将被测量值的示值记录下来。
给出的记录可以是模拟的（连续或断续线条），也可以是数字的；可记录一个量或多个量的值，如温度记录仪、气压记录仪、记录式光谱仪、热释光剂量计等。
这类测量仪器具有记录器，记录器把被测量值记录到媒质上，有时数字式测量仪器也可以通过接口配以打印机、记录仪进行记录。
绝大多数记录式测量仪器也具有显示功能，当然其主要的功能是记录，即记录式仪器也可带有指示装置以显示示值。
（3）累计式测量仪器
累计式测量仪器是指“通过对来自一个或多个源中，同时或依次得到的被测量的部分值求和，以确定被测量值的测量仪器”。
它是为了获得被测量在一段时间间隔内的累计值，即被测量值求和的测量仪器。
这是从测量仪器的使用功能上来进行分类的，有些情况下，测量的目的不是为了获得被测量值的瞬时值，如需要称量在一段时间内皮带传送的散装物料的总重量，或一列货车所载货物的总重量等。
通常测量仪器的示值所反映的是被测量的瞬时值。
因此，为了给出累计量就必须使测量仪器增加一个累计功能，这个功能由累计器来实现，如累计式皮带秤，就是通过累计器根据称重和位移传感器提供信息，对皮带测量段上每次称得的各分量负荷进行累加求和，并通过累计指示器将累计值显示出来。
电子轨道衡是一种累计式测量仪器。
（4）积分式测量仪器
积分式测量仪器是指“通过一个量对另一个量积分，以确定被测量值的测量仪器”。
有时被测量按其定义或实际性质本来就是一个积分量。
例如，豕庭用的电能表，就是两次付费时刻之间的一段时间内，所耗用的功率对时间的积分。
家用电能表中的积分机构能随时将所用电能的累积计算出来，并通过数字指示装置加以显示。
又如皮革面积的测量，将皮革摊平在平面上，实际上就是要测量其轮廓线所围的平面面积，因此也很自然的是一个积分量。
所以，家用电能表和皮革面积测量仪都疋积分式测量仪器。
积分式测量一起不冃匕将积分变量分割为无限小的微分，而只是分割为可认为足够小的分段就行了。
可见，累计式测量仪器，如果将分量量值设法加以足够的细分，也就成了积分式测量仪器了。
（5）模拟式测量仪器或模拟式指示仪器
模拟式测量仪器或模拟式指示仪器是指“其输出或显示为被测量或输入信号连续函数的测量仪器”。
这是从测量仪器输出或显示的形式来分类。
即测量仪器的输出或显示为被测量的量值或为与输入信号相对应的连续函数值。
通常遇到的被测量均被看作是可以无限细分的连续量。
因此，在一定条件下，任何两个这种量之间均可以建立起数值上的对应关系即函数关系，这就是说，输出量是输入量的一种模拟信号的关系。
例如，热电偶测温、热电偶作为感温元件又将被测对象的温度值变换为相应的热电势，两者之间具有函数关系，然后通过配套的动圈式显示仪表，将其输出变换为表针的偏转角度，从而指示出被测温度的大小。
（5）模拟式测量仪器或模拟式指示仪器
如玻璃水银温度计，是将被测温度变换为水银柱高度进行指示。
都是可以连续读数的模拟式测量仪器。
模拟式测量仪器仅仅是就输出或显示的变现形式而言，而与测量仪器的工作原理无关。
如电测量仪器中不同原理的磁电系仪表、电磁系仪表、电动系仪表均属于模拟式测量仪器。
模拟式测量仪器，有的可以显示被测量值，有的则可以输出某一个已知量值，固有模拟式指示仪器或模拟式测量仪器两个术语。
（6）数字式测量仪器或数字式指示仪器
数字式测量仪器或数字式指示仪器是指“提供数字化输出或显示的测量仪器”。
这是从测量仪器输出或显示的不同形式来分类的。
只要输出或显示是以十进数字自动显示的，则就是数字式测量仪器，而与仪器的工作原理无关。
例如，通过使用的数字电压表、数字电流表、数字功率表、数字频率计等。
数字式温度计大多也以频率、电压、电阻等为感温信号，通过模/数转换电路，以数字形式显示测温结果。
数字式测量仪器具有准确度高、灵敏度高、重复性好、测量速度快、可同时测量多种参数，特别是具有便于与计算机相连以进行自动化测量和控制等一系列优点。
数字式测量仪器可以提供数字化输出，也可以提供数字化显示，故采用了数字式测量仪器和数字式指示仪器两个名称。
（四）测量链、测量传感器、检测器、敏感器
1、测量链
测量链是指“从敏感器到输出单元构成的单一信号通道测量系统中的单元系列”。
具体地说，是测量仪器或测量系统从测量信号输入到输出所形成的一个通道，这一通道由一系列单元组成。
2、测量传感器
定义
测量传感器是指“用于测量的，提供与输入量有确定关系的输出量的器件或器具”它的作用就是将输入量按照确定的对应关系变换成易测量或处理的另一种量，或大小适当的同一种量再输出。
在实践中，一些被测量往往不能找到能将匕与已知量直接进行比较的测量仪器来测量，或者测量准确度不高，直接同他们的标准量比较是相当困难的，但可以将输入量变换成其他量，或变换成大小不同的同种量，这种器件就称为测量传感器。
通常测量传感器的输入量就是被测量。
分类
按被测量分类
可分为温度传感器、力传感器、压力传感器、应变传感器、速度传感器等；
按测量原理分类
可分为电阻式、电感式、电容器、热电式、压电式、光电式等，
按其测量原理及应用分类
电阻式传感器（热电阻）、电感式传感器（电动量仪）、电容式传感器（电动量仪）、压电式传感器、压磁式传感器（测力、称重传感器）、压阻式传感器、光电式传感器、霍尔传感器、热电式传感器（热偶）、磁电式传感器、电离辐射式传感器、光纤传感器、
有时提供与输入量有给定关系的输出量的器件，并不直接作用于被测量，而
是测量仪器的通道中间的某个坏节，或是测量仪器本身内部的某一部件，则这种
器件亦称为测量变换器；如输入和输出为同种量，亦称为测量放大器；输出量为
标准信号的传感器通常也称为变送器，如温度变送器、压力变送器、流量变送器
例题：
测量传感器是指
a•—种指示式计量器具
b.输入和输出为同种量的仪器
c.提供与输入量有确定关系的输出量的器件
d.通过转换得到的指示值或等效信息的仪器
答案：
c
3•检测器
检测器是指“当超过关联量的阈值时，指示存在某现象、物体或物质的装置
或物质”。
检测器的用途是为了指示某个现象物体或物质是否存在，即反映该现
象物体或物质的某特定量是否存在，或者是为了确定该特定量是否达到了某一规定的阈值的器件或物质。
检测器并不是与被测量值无关，其测量的信息结果是由被测量值决定的，并且具有一定的准确度，其特点是不必提供具体量值的大小。
有的检测器直接作用于被测量，又能够随着输入量而达到输出，这就是一种测量传感器。
有的检测器本身也就是一种敏感器。
4.敏感器
概念
敏感器又称敏感元件，是指“测量系统中直接受带有被测量的现象、物体或物质作用的测量系统的元件。
”。
敏感元件是直接受被测量作用，能接受被测量信息的一个元件。
它是测量仪器或测量链中输入信号的直接接受者，可以是一种元件，也可以是一种器件。
敏感元件与传感器、检测器的区别
三者的概念是不同的。
传感器是提供与输入量有确定关系的输出量的器件，检测器是用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质。
例如，热电偶是测量传感器，但它并不是敏感元件，因为只有热电偶的测量结（热端）直接处于被测量温度中，因此测量结才是敏感元件。
又如，电阻温度计中的工业热电阻，它是测量传感器，但实际测温中虽然把热电阻的感温元件均处于被测量温度中，但此时热电阻的感温元件就是敏感元件，而不是传感器，因为它还有导线连接，可以进行输出，所以敏感元件只能说是传感器直接受被测量作用的那一部分，两者是有区别的。
另外，相对于检测器而言，也是不同的概念，检测器是用以确定被测量阈值的测量仪器，如卤素检漏仪，它并不是一个敏感元件。
有的检测器本身就是直接作用于被测量从而确定其阈值，如化学试纸，这种检测器就属于一种敏感器。
敏感元件在某些领域中，也用术语检测器来表示，即有的敏感器能够直接确定被测量阈值，则也可以称为检测器。
（五）显示装置、指示器、测量仪器的标尺和仪器常数
概念
显示装置是指“测量仪器显示示值的部件”。
显示装置通常位于测量仪器的输出端。
显示装置与指示装置的差异
指示装置是显示装置的一种，指示装置通常具有指示器，可以用指针刻度等进行显示，也可以用数字进行显示，而某些复杂的信号则要靠文字、图形和图像来显示，甚至应用计算机借助屏幕直接进行显示，以供人观察分析，因此，显示装置具有广义性。
测量仪器上应用的多数仍是指示装置。
指示装置提供示值的三种方式
模拟
式
模拟式指示装置提供模拟示值，通常带有标尺和指示器，将被测量变换为长度或角度量值进行显示。
数字式
数字式指示装置提供数字示值，即它把模拟量转换为以脉冲信号的频率或时间间隔形式出现的数字量，然后用电子计数器计数并进行显示。
半数字式
半数字式指示装置是以上两种的组合，即除末位数为模拟示值外，其他均为数字化示值，它通过末位由有效数字的连续移动进行内插的数字式指示，或通过由标尺和指示器辅助读数的数字或指示提供半数字示值。
示值的概念既适用于测量仪器，也适用于实物量具。
因此，指示（显示）装置也包括实物量具的指示器或定位装置。
但应注意，并不是所有的测量仪器都带有显示装置，例如，有时实物量具用其标称值作为其示值，如量块、标准电阻、砝码等，这些不能作为显示装置，因为它没有显示示值的部件。
但一些可调式量具也具有显示装置，如电阻箱、多刻度的玻璃量器等。
2•指示器
概念
指示器是指“根据相对于标尺标记的位置即可确定示值的，显示单元中固定的或可动的部件”。
显示单元中用以确定示值的部件，可以是固定的，也可以是活动的。
确定示值的
方法
由指示器相对于标尺标记的位置来确疋。
通常指示装置具有测量仪器的标尺，标尺上带有一组或多组有序的带有数码的标记，这就是测量仪器标尺上与被测量值有对应关系的刻线、点及数字等记号，即标尺标记，指示器正是在上述标记上的以确定其被测量值示值的固定或不动的部件。
指示装置和指示器的区别
指示器是指示装置中确定示值的部件。
因此，它直接影响着示值读数的准确度。
3•测量仪器的标尺
概念
测量仪器的标尺是指“测量仪器显示单元的部件，由一组有序的带数码的标记构成。
”标尺是测量仪器显示装置中的一个部件，它由一组有序的
带有数码的标尺标记所构成。
表示方法
标尺标记上所标注的数字可以用被测量单位表示，也可以用其他单位表示，或仅为一个纯数。
标尺通常固定或标注在刻度盘上。
一个度盘可以有一个或多个标尺（如万用表）。
度盘可以是固定的，也可以是活动的，所以标尺也可以是固定的或活动的。
应用
在模拟式测量仪器中，标尺使用十分广泛，带有指示器的显示装置均带有标尺。
标尺是确定测量仪器被测量值示值大小的重要部件，因为标尺的准确性直接影响着测量仪器的准确度。
测量仪器是否具有标尺，关键决定于该测量仪器是否有指示装置，即是否有指示示值的部件，如量块、标准电阻、砝码只有其标称值，并无指示示值的部件，就没有标尺，同样，数字显示的测量仪器也不存在标尺。
测量仪器的标尺是对测量仪器而言的，但通常使用时简称标尺。
与标尺有关的术语及含意如下:
标尺长度
标尺长度是指在给疋标尺上，始末两条标尺标记之间且通过全部取短标尺标记各个中点的光滑连线的长度”。
标尺长度就是标尺的第一个标记（始端）与最末一个标记（末端）之间连线的长度，此连线应通过全部最短标记的中点，这根连线也可称为标尺基线。
匕可能是头线，也可能是虚线，还可以是一条标尺基线，对多量程的标尺也可能有多条标尺基线。
标尺长度以长度单位表示，它与被测量的单位或标在标尺上的单位无关。
标尺长度对测量仪器的计量特性十分重要，因为它影响着测量仪器读数误差的大小。
标尺间距
标尺间距是指“沿着标尺长度的同一条线测得的两相邻标尺标记之间的距离”。
标尺间距是沿标尺长度的线段（即标尺基线）所测量得到的任何两个相邻标尺标记之间的距离。
它以长度单位表示，而与被测量的单位和标在标尺上的单位无关。
标尺间隔相同时，如标尺间距大，贝U有利于减小读数误差。
标尺间隔
（分度值）
标尺间隔是指对应两相邻标尺标记的两个值之差。
标尺间隔用标在标尺上的单位来表示，而与被测量的单位无关，人们习惯上称为分度值，即标尺间隔和分度值是同义词。
有的测量仪器有几个标尺，其标尺间隔各不相同，则此时标尺的分度值往往指最小的标尺间隔。
分度值影响着测量仪器的示值误差，它和标尺分度一起，是某些测量仪器划分准确等级的主要依据。
标尺分度
标尺分度是指标尺上任何两相邻标尺标记之间的部分。
标尺分度主要说明标尺分成了多少个可以分辨的区间，决定标尺分度的数目是分得粗一点，还是分得细一点。
要注意标尺分度和标尺间隔（分度值）的区别，标尺分度是说明如何确定标尺的数目和区间，而标尺间隔（分度值）是指两相邻标尺标记的两个值之差。
从上面例子可见，两者有一定关系，分度数目多了，其分度值就小了。
标尺分度数目和分度值，是很多测量仪器划分准确度等级的重要依据。
【案例】考评员在考核电学室时，对室主任小黄提出了如下问题：
“在以下三个
测量仪器的标尺中（见下图），其标尺长度均为60mm其测量范围分别为a（0〜
6ma）、b（0〜6ma）、c（0〜20ma）,za为指针位置，请分别指出标尺的标尺间隔（分度值）、标尺间距、指示za的量值及a、b、c三个标尺的测量仪器中，那个测量仪器的灵敏度高？
”
49*
I・■・Bl•I•llVIfItIIIBitill■IBltBfllI«■ItiltItltti||・i
♦
小黄进行了计算，做了如下回答:
■R
A
”6tnA
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3.6mA
B
6lnA
筑8mA
C
4mA
HUtnA
【案例分析】依据jjf1001-1998《通用计量术语及定义》中6.22、6.23、7.10给出了标尺间隔（分度值）、标尺间距及测量仪器的灵敏度的定义，可以判断以上回答中，标尺间隔（分度值）、标尺间距是正确的。
标尺C的“Za的量值”不
正确，灵敏度高低判断不全面。
标尺c的测量范围为20ma指针位置Za的量值不可能为26.4ma。
c标尺Za的量值应为36
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