常用物理实验仪器的性能参数.docx

1、常用物理实验仪器的性能参数附录三 常用仪器的性能参数*表1长度测量名称主要技术性能特点和简要说明基准量具及实现原理饱和吸收稳频激光辐射(或称为激光波长基准)CIPM推荐了用于复现米定义的8种饱和吸收稳频激光辐射(频率值、波长值及其不确定度)，其中最常用的是633nm，由碘稳频He Ne激光器实现复现，规定其复现性为2.51011127I2和129I2分子在633nm附近有多条强吸收谱线，且每条吸收线又有多个超精细结构分量。置碘吸收室于He Ne激光器谐振腔内，当激光频率调谐到吸收线中心频率附近时，其激光输出功率曲线上出现饱和吸收峰，通过稳频器将激光频率自动锁定到吸收线中心线纹尺标准线纹尺有线纹

2、米尺和200mm短尺两种。一般线纹尺的长度有0.1m,0.5m,2m,5m,10m,20m,50m等11 000mm线纹尺准确度：1等：(0.10.4L/m)m2等：(0.20.8L/m)m3等：(37L/m)m作为长度标准用或作为检定低一级量具的标准量具量块按制造误差分成：00,0,1,2，(3)，标准(k)6级00级，小于10mm的量块，工作面上任意点的长度偏差不得超过0.06m是长度计量中使用最广和准确度最高的实物标准，常为六面体，有两个平行的工作面，以两工作面中心点的距离来复现量值常用量具钢直尺规格 全长允差至300mm 0.1mm300500mm 0.15mm5001 000mm 0

3、.2mm测量范围再大，可用钢卷尺，其规格有1m,2m,5m,10m,20m,30m,50m。1m,2m的钢卷尺全长允差分别为0.5mm，1mm游标卡尺测量范围：有125mm,200mm,300mm,500mm等游标卡尺可用来测量内、外直径及长度，另外还有专门测量深度游标分度值：0.1mm,0.05mm,0.02mm示值误差：0300mm的同分度值300500mm的相应为0.1mm,0.05mm,0.04mm和高度的游标卡尺螺旋测微计(千分尺)量限：10mm,25mm,50mm,75mm,100mm示值误差(100mm的)：1级为0.004mm0级为0.002mm千分尺的刻度值通常为0.01mm

4、，另外还有刻度值为0.002mm和0.005mm杠杆千分尺常用测量仪器测量显微镜JLC型：测微鼓轮的刻度值为0.01mm测量误差：被测长度Lm和温度为203时为m显微镜目镜、物镜放大倍数可以改变。可用于观察、瞄准或直角坐标测量，有圆工作台的还可测量角度阿贝比长仪测量范围：0200mm示值误差：mL(mm)被测长度H(mm)离工作台面高度与精密石英刻尺比较长度电感式测微仪哈量型示值范围(m)：125，50，25，12.5，5分度值(m)：5,2,1,0.5,0.2示值误差：各档均不大于0.5倍TESA，CH型示值范围(m)：10，3，1分度值(m)：0.5,0.1,0.05一对电感线圈组成电桥的

5、两臂，位移使线圈中铁芯移动，因而线圈电感一个增大，一个减小，并且电桥失去平衡。相应地有电压输出，其大小在一定范围内与位移成正比电容式测微仪20世纪70年代产品示值范围(m)：28，2080分度值(m)：0.2,2示值误差：1m20世纪80年代已有分辨率达109m的产品将被测尺寸变化转换成电容的变化，将电容接入电路，便可转换成电压信号线位移光栅(长度光栅)测量范围：301 000mm分辨率：1m或0.1m，甚至更高光栅实际上是一种刻线很密的尺。用一小块光栅作为指示光栅覆盖在主光栅上，中间留一小间隙，两光栅的刻线相交成一小角度，在近于光栅的垂直方向上出现条纹，称为莫尔条纹。当指示光栅移动一小距离时

6、，莫尔条纹在垂直方向上移动一较大距离，通过光电计数可测出位移量常用测量仪器感应同步器，磁尺，电栅(容栅)分辨率可达1m或10m多在精密机床上应用单频激光干涉仪量程一般可达20m分辨率可达0.01m激光作为光源，借助于一光学干涉系统可将位移量转变成移过的干涉条纹数目。通过光电计数和电子计算直接给出位移量。测量准确度高，需要恒温、防振等较好的环境条件双频激光干涉仪量程可达60m，分辨率一般可达0.01m，最高可达亚埃量级与单频激光干涉仪相比，抗干扰能力强，环境条件要求低，成本高*表1表 8选自丁慎训物理实验教程(普通物理实验部分)北京：清华大学出版社，1992。略作补充及修改。表2时间和频率测量名

7、称主要技术性能特点和简要说明铯束原子频率标准频率f09 192 631 770Hz不确定度优于11013(1)稳定度71015用做时间标准。在国际单位制中规定，与铯133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的919 263 177 0个周期的持续时间作为时间单位秒石英晶体振荡器频率范围很宽，频率稳定度在1041012范围内，经校准，1年内可保持在109。高质量的石英晶体振荡器，在经常校准时，可达1011在时间频率精确测量中获得广泛应用。频率稳定度与选用的石英材料及恒温条件关系密切电子计数器测量时间间隔和频率测量准确度主要决定于作为时基信号的频率准确度及开关门的触发误差，测量准确度较高以频

8、率稳定的脉冲信号作为时基信号，经过控制门送入电子计数器，由起始时间信号去开门，终止时间信号去关门，计数器计得时基信号脉冲数乘以脉冲周期即为被测时间间隔。用时间间隔为1s的信号去开门、关门，计数器所计的被测信号脉冲数即为被测信号频率示波器测频率的准确度不很高可测频率、时间间隔、相位差等，使用方便秒表机械式秒表，分辨率一般为1/30s，电子秒表分辨率一般为0.01s表3质量测量名称主要技术性能特点及简要说明质量基准国际千克原器直径和高均为39mm的铂铱合金圆柱体，含铂90%、铱10%，在温度为293.15K时，其体积为46.396cm31889年，第一届国际计量大会决定该原器作为质量单位，保存在巴

9、黎国际计量局原器库里中国国家千克基准No.60：质量值为1kg0.271mg，标准不确定度为0.008mg。表达为：mNo.60(1 000.000 2710.000 008)g该原器1965年从英国引进，经BIPM检定，由中国计量科学院(NIM)保存和使用常用量具及仪器天平按天平的最大称量mmax与检定标尺间隔d(即分度值、感量)之比分为10个准确度级别，110级相应为比值(mmax/d)1107、4106、2106、1106、4105、2105、1105、4104、2104、1104。其中17级为高精密天平，810级为精密天平按结构形式分，有杠杆天平、无杠杆天平，等臂、不等臂天平，单盘、双

10、盘天平，还有扭力天平、电磁天平、电子天平等按用途分，有标准天平、分析天平、工业天平、专用天平按分度值分，有超微量、微量、半微量、普通等天平砝码按准确度高低分5等，各等级砝码的允差(mg)为：标称质量 12345 10kg 30 80 200 500 2500 1kg 4 5 20 50 250 100g 0.4 1.0 2 5 25 10g 0.10 0.2 0.8 1 5 1g 0.05 0.10 0.4 1 5 100mg 0.03 0.05 0.2 1 10mg 0.02 0.05 0.2 1 1mg 0.01 0.05 0.2用物理化学性能稳定的非磁性金属制成一、二等砝码用于检定低一等

11、砝码及与13级天平配套使用；三等砝码与37级天平配套使用；四等砝码与810级天平配套使用；五等砝码用于检定低精度工商业用秤和低精度天平常用量具及仪器工业天平(TG 75)分度值50mg，称量5 000g,7级普物实验用普通天平(TG 805)分度值100mg，称量5 000g,8级物理实验用精密天平(LGZ 650)分度值25mg，称量5 000g,6级用于质量标准传递和物理实验高精度天平分度值0.02mg，称量200g,1级检定一等砝码、高精度衡量，计量部门用表4温度测量名称主要技术参数原理或特点的简要说明玻璃液体温度计、水银温度计酒精温度计测量范围可达200600测量范围35500对于测量

12、范围在0100的温度计，分度值为0.1时，示值误差限为0.2；分度值不小于0.5时，示值误差限等于分度值测量范围8080工作原理基于液体在玻璃外壳中的热膨胀作用。当储液泡的温度发生变化时，玻璃管内液柱随之升高或降低，通过温度标尺便可读出温度值。感温介质有汞、酒精、甲苯等液体。由于结构简单，使用方便，成本低廉，得到广泛应用。一等标准水银温度计，测量范围24101，最小分度值0.05，允许误差0.10双金属温度计测量范围80600准确度等级1.0,1.5,2.5分度值最小0.5，最大20两种不同膨胀系数的金属片焊接在一起，将一端固定，当温度变化时，膨胀系数较大的金属片伸长较多，致使其未固定端向膨胀

13、系数较小的金属片一方弯曲变形，由变形大小可测出温度高低。由于无汞害，便于维护，坚固耐振，故广泛用于工业生产和科研压力式温度计测量范围100500当温度变化时，装入密闭容器内的感温介质的压力随之变化，致使弹簧管变形，经传动机构带动指针偏转而测温。用做感温介质的有氮、低沸点蒸发液体丙酮、乙醚等。由于能防爆、远距离测温、读数清晰、使用方便，故多用于固定的工业生产设备中气体压力式液体压力式蒸气压力式准确度等级1.0,1.5,2.5电阻温度计铂热电阻铜热电阻热敏电阻铑铁电阻常用的测量范围200650测量范围259.3630.70测量范围50150测量范围40150测量范围0.1K273K利用物质的电阻随

14、温度而变化的特性制成的测温仪器。由于测温准确度高、范围宽，能远距离测量，便于实现温度控制和自动记录，故应用较广泛。国际实用温标规定复现13.803 3K到961.78这个温区的温度量值，采用基准铂电阻温度计。典型的标准铁电阻具有25.5的冰点电阻，平均灵敏度为0.1/(0100)或200V/(工作电流为2mA)热电偶温度计铂铑10-铂测量范围12 800测量范围01 600，微分电势(512)V/，1 100以下时允差为1.0常用测量范围01 300，400以下工业用热电偶的允许误差，一般为3200350，微分电势不小于16V/热电偶是由两种不同的金属或合金制成的，它们的一端焊在一起形成测温端

15、，另一端置于标准温度下。当两个端点置于不同温度处热电偶回路中就会有电动势产生。金属种类和成分确定后，温差和电动势的关系一般即确定，因此，测出电动势便可测得温差。由于结构简单、体积小、测量范围广、灵敏度高、能直接将温度量转换为电学量，适用于自动控温，已成为目前应用最为广泛的测温元件。铂铑10 铂热电偶是国际实用温标复现630.7551 064.43温区的温度量值的基准仪器镍铬-镍硅铜-康铜光学高温计测量范围7003 200一般工作距离700mm精密光学高温计在9001 400范围内基本误差可小于8被测高温物体的热辐射表现为一定的亮度，经物镜聚焦在灯丝平面上，改变灯丝电流来改变灯丝亮度，并且与被测

16、物亮度比较。当亮度一致时，灯丝隐没于被测物的亮背景之中，此时的电流值即可指示与被测物相应的亮度温度。它是非接触测温仪表，是目前高温测量中应用较广的一种测温仪器光电高温计测量范围宽，测量下限值低于光学高温计和辐射温度计由于采用单色滤光器件，光电探测器等改进了光学高温计，大大提高了灵敏度和准确度。测金凝固点温度(1 064.43)不确定度达0.04，分辨率为0.005，是复现1 064.43以上的国际实用温标的基准仪器辐射温度计测量范围1002 000常用的辐射高温计在1 0002 000范围内基本误差不大于20被测物体的辐射能经过透镜聚焦在热电堆的受热片上(有许多串联的热电偶热接点)，受热片接受

17、辐射能量转为热能而温度升高，热电堆中产生相应的热电势。利用物体辐射强度与温度4次方成正比的规律，从而较精确地测出温度。它也是非接触测温仪表之一表5直流电流测量名称主要技术指示原理或特点的简单说明基准量具及实现原理电流天平复现单位1A，I/I已可小于4106根据SI电流单位A(安培)的定义，通过测量流过同一电流的两线圈(其几何形状及相对位置均已知)间的力来确定电流由测质子磁旋比p来复现电流单位p267 522 1288ls1T1，电流复现的不确定度在106量级一定尺寸的线圈中心磁场正比电流I。磁场中核磁共振的频率pB，测出，可求出B，进而求出电流I利用欧姆定律IU/R来实现电压基准的参数见表26

18、，电阻基准的确定度达2107。1990年起利用量子霍尔效应来复现实用电阻基准，其稳定度指标比不确定度高几个数量级低温强磁场下，场效应管长条形表面沟通两侧的霍尔电极间产生霍尔电压UH，UH和漏极电流IP之比RHUH/IP。RH称为霍尔电阻，其阻值为物理常数RK90的整数分之一，这一效应称为量子霍尔效应。RK90取约定值25812.807直流标准电流发生器准确度很高，输出电流0.001A10A由基准电压源、精密电阻分压器和高准确度、高增益运算放大器等部分组成续表名称主要技术参数原理或特点的简要说明常用测量仪表及装置振动电容静电计电流分度值可达11016A/div由振动电容器、电子放大器和指示仪表等

19、组成测微电流的振动电容静电计，可用于超高阻测量。微电流经振动电容器调制后再放大磁电系仪表一般动圈式磁电系仪表中，载流线圈在永久磁铁磁场中发生偏转。该类仪表准确度高、灵敏度高、功耗小、刻度均匀，但过载能力差电流表准确度多在1.5级以上，可达0.05级无分流器的磁电系电流表只有微安表或毫安表，仅能测直流检流计(灵敏电流计)及光点反射(或复射)式电流计指针式分度值在(106107)A/div量级，光点式在(1061010)A/div量级用于测小电流或作平衡指示仪表。也常用直流放大器和检流计(或微安表)相连组成弱电流测量装置或平衡指示装置，以代替光点式检流计，其分辨率可优于光点检流计电磁系电流表可测1

20、02A102A的电流，准确度一般低于0.5级在固定载流线圈和可动软磁铁芯间产生偏转力矩M，MI2。电磁系表可直接测大电流，过载能力强，结构简单，交、直流两用，但刻度不均匀、功耗较大、灵敏度较低电动系电流表准确度可达0.5级以上，最高达0.1级。量限为101A1A量级通有电流的固定线圈和可动线圈间产生偏转力矩。电动系仪表准确度高，可用于交流测量，灵敏度较高，但刻度不均匀，过载能力差，易受外磁场干扰且功耗较大数字电流表量限108A101A，分辨率可小于1010A利用基于欧姆定律的电流电压转换器将电流转换为电压，经数字电压表(参阅表26)显示电流值直流大电流测量装置测10A以上的大电流时，常用定值电

21、阻和上述仪表并联分流的办法。分流器分为并联分流和环形分流两种，后者常用于多量程电流表表26直流电压测量名称主要技术指标原理或特点的简要说明基准量具及实现原理标准电池电动势稳定度级别0.20.001，国家基准电池组的平均值年漂移小于2107电动势稳定性较好，结构简单，但温度系数大，易碎。其电动势不确定度(最高)为106量级电压天平不确定度约1105两平行平面电极间的静电引力F和电压平方U2成正比。已知F、极间距和面积，可求U液体静电计不确定度约1105汞液面和它上方的平板电极间加电压U，静电力使电极下方液面升高一定距离h续表名称主要技术指标原理或特点的简要说明基准量具及实现原理利用约瑟夫森效应实

22、现电压的新实用基准自1990年1月1日起在世界各国推行我国1993年完成量子电压基准装置研制，1995年与BIMP进行比对，两装置所复现的电压单位相差1.1101，标准不确定度为1.11010。我国的量子电压基准装置达到国际先进水平，并居于前列低温下两超导体间夹有极薄的绝缘层，组成了约瑟夫森结。用频率为的电磁波照射结时，在一系列分立的电压值Un上，可感应出直流电流，且nKJ90Un，n是正整数。这是外感应约瑟夫森效应。常数KJ90取约定值483 597.9GHz/V使用稳压二极管的标准电压发生器通常用10V、100V、1 000V3个量限，不确定度可优于5105由基准电压源、精密电阻分压器和运

23、放组成。基准电压源由稳压二极管等构成。稳压二极管温度系数小，其电压不确定度小于2106，广泛用于数字仪表中常用测量仪表及装置光电放大检流计电压分度值可达1109V/div检流计偏转时，小镜使照在两并置光电池上的光强差改变，从而使其光电流的差值改变，光电流差由另一检流计指示直流电位差计准确度分为10个级别：0.000 1,0.000 2,0.000 5,0.001,0.002,0.005,0.01,0.02,0.05,0.1按测量范围分为高电势电位差计(最大测量电压1V)和低电势电位差计(最大测量电压1V)测量盘有不同的线路结构类型：向单分压线路，串联代换线路，并联分路式，电流叠加线路，桥式线路

24、和分列环式线路等直流单位差计具有测量准确度高，对被测电路无影响等特点，可用来测量微伏级到约2V的电动势。配以标准附件可测量电流、电阻、功率及较大电压。配合热电偶能测量温度；还可以对各种直流电压表、电流表及标准电阻进行检定磁电系检流计和电压表检流计电压分度值(104108)V/div，电压表准确度1.50.05级磁电系电压表准确度高，功耗小，但过载能力低。内阻一般为(103104)/V量级。量限一般小于103V电磁系电压表测量范围1103V，准确度一般为5.0级0.05级结构简单，过载能力强，可测交流电压，分度不均匀。内阻约为(101103)/V量级电动系电压表准确度可达0.5级以上(最高达0.

25、1级)准确度高，可测交流，常用防外磁场干扰的机构。过载能力差，分度不均。内阻一般小于磁电系仪表静电系电压表输入电容1011F1010F，量限103V7.5105V电容器两极板间的静电作用力产生的转矩正比于极间电压的平方。测量时功耗最小，也可测交流电压，输入阻抗很高，但准确度较低续表名称主要技术指标原理或特点的简单说明常用测量仪表及装置数字电压表分辨率可达104V109V，量限可为102V103V主要部件为基准源、电阻(或分压器)和放大器3部分。带精密感应分压器的数字表允许以107的不确定度进行电压比较。基准源多用硅稳压二极管分压法测直流高压有串联电阻分压和串联电容分压两类，后者仅限于和静电系电

26、压表配合使用示波器测量电压输入阻抗可达105106或更高，测量范围104V102V量级测量准确度低，输入阻抗高，较直观。可测直流、交流或脉冲电压表27直流电磁感应强度的测量方法简介名称主要技术指标原理或特点的简要说明电磁感应法(探测线圈法)用冲击电流计、格拉索特(Grassot)磁通计或电子积分器根据电磁感应定律，在已知探测线圈参数时测出和感应电动势有关的量，进而求出磁场B。可在磁场建立时测感应电动势(或电流)对时间的积分，也可在线圈翻转180或移至无磁场处时测上述量。冲击电流计能测量电流对时间的积分，磁通计和电子积分器能测电压对时间的积分旋转线圈法测量范围3104T3T转轴和磁场方向垂直，可

27、测均匀场。已知线圈参数、转动频率时测出感应电动势，再算出B值振动线圈法不确定度为102左右线圈沿轴向(平行于外磁场)振动浮线法两端固定的载流柔性导线在与均匀磁场相垂直的平面内会发生弯曲，线上张力与磁场B成正比核磁共振法测量范围102T2T在电磁波作用下处于外磁场中的原子核能级之间的共振跃迁现象叫核磁共振。共振时电磁波频率磁场B核子磁旋比/2。常用水或石油内的氢作共振用的样品，此法是目前磁场测量准确度最高的方法之一电子顺磁共振法测量范围104T2T利用电子轨道及自旋的磁共振现象来进行测量，B电子磁旋比e/2。因e比核子磁旋比大两个数量级以上，故此法灵敏度高续表名称主要技术指标原理或特点的简要说明

28、霍尔效应法测量范围一般为104T10T霍尔探头尺寸可做到2525m2甚至更小，测量范围可小到107T，使用温度范围已达4.2K573K磁通门法量限0.1T，主要用于小于103T的弱磁场，分辨率最高可达1018T1019T利用高磁导率铁芯，在饱和交变励磁下选通铁芯中直流磁场分量，并将直流磁场转变为交流电压输出而进行测量。此法广泛用于地磁研究、探矿及星际磁测量等领域磁光效应法可测强磁场，如1T102T量级的场平面偏振光在置于磁场中的各向同性介质中沿磁场方向传播时，其偏振面发生旋转，转角正比于磁场B，这叫法拉第效应(磁光效应)。此法响应速度快，可测上升时间很短的脉冲磁场，运用温度范围广，可用于低温条

29、件下超导量子干涉器件(SQUID)法测量范围1013T104T，适合弱磁场测量，灵敏度很高，分辨率可达1015T，可用于磁场差、磁场梯度的测量。即使在2.5T的强场下，仍可测出1011T的磁场变化两块超导体间夹有极薄的绝缘层，组成了约瑟夫森结。在一超导环内插入两个或一个约瑟夫森结可分别组成直流SQUID和射频SQUID。这类器件在工作条件下产生一输出电压信号，该信号是穿过其超导环的磁通量的周期函数。它们能测量的最小磁通变化为105 0的数量级， 0h/2e2.071015Wb光(泵)磁共振法测量范围5106T103T，测量不确定度可达1011T，灵敏度高，可测出1014T的场在弱磁场中，某些元素的超精细结构能级作进一步分裂。当用一定频率的合适圆偏振光照射原子时，