《測量技術(shù)基礎(chǔ)》PPT課件.ppt

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第1章測量技術(shù)基礎(chǔ)知識,課程基本情況,本章主要內(nèi)容：1.測量單位及單位制；2.測量和計(jì)量的區(qū)別；3.計(jì)量器具的基本概念及主要特征；4.電學(xué)和磁學(xué)量具；,1.1測量與測量方法分類,1.測量的概念（1）定義：測量是被測量與同類標(biāo)準(zhǔn)量比較的一個實(shí)驗(yàn)過程。在測量過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接或間接地與同類標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果。（2）測量結(jié)果表示：,測量結(jié)果＝{測量數(shù)值}測量單位，即：,（1）按測量結(jié)果的獲得方式分為直接測量:從儀表（儀器）的讀數(shù)直接獲取測量結(jié)果的方法。特點(diǎn)：測量過程簡單、迅速。間接測量：由儀表（儀器）讀數(shù)，按照一定的函數(shù)關(guān)系（公式）計(jì)算獲取測量結(jié)果的方法。特點(diǎn)：測量過程復(fù)雜、費(fèi)時(shí)。組合測量：在測量兩個或兩個以上相關(guān)的未知數(shù)時(shí)，改變測量條件而獲得一組方程組，求取測量結(jié)果的方法。,2.測量方法分類,1.1測量與測量方法分類,2.按測量讀數(shù)的獲得方式分為直讀測量法：從儀器（儀表）直接獲取讀數(shù)。特點(diǎn)：過程簡單，一般來說準(zhǔn)確度較低。比較測量法：把被測量與同類的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果推算（計(jì)算）出讀數(shù)。典型的比較測量法：差值(微差)法、零值法、替代法。特點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)量直接參與，測量準(zhǔn)確度高；測量設(shè)備較貴，過程復(fù)雜。,1.1測量與測量方法分類,3.按測量性質(zhì)分為時(shí)域測量：（瞬態(tài)測量）以時(shí)間為主要研究對象，主要測量被測量隨時(shí)間的變化的規(guī)律。例：脈沖信號的上升沿、下降沿、脈寬等的測量。頻域測量：（穩(wěn)態(tài)測量）以頻率為主要研究對象，主要測量被測量隨頻率的變化的規(guī)律。例：信號頻譜的測量等。數(shù)據(jù)域測量：（邏輯量測量）以數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)為主要研究對象。例：測量數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)、時(shí)序等。,1.1測量與測量方法分類,1.2測量單位及單位制,單位：有明確定義和名稱并命其數(shù)值為1的固定量；單位制：由基本單位與導(dǎo)出單位共同組成的一個完整的單位體系國際單位制,基本量與基本單位：少數(shù)相互獨(dú)立的并可通過其組合定義其他所有物理量被稱為“基本量”。這些量的單位被稱為“基本單位”。導(dǎo)出量與導(dǎo)出單位：由基本量通過定義推導(dǎo)出的其他所有物理量被稱為“導(dǎo)出量”。導(dǎo)出量的單位被稱為“導(dǎo)出單位”。,國際單位制基本單位,SI導(dǎo)出單位,,SI輔助單位,SI詞頭,4.我國的法定計(jì)量單位,國務(wù)院于1984年2月27日發(fā)布命令，明確規(guī)定我國的法定計(jì)量單位包括：1)國際單位制單位；2)國家選定的非國際單位制單位；3)以上單位構(gòu)成的組合形式的單位。,國家選定的非國際單位制單位,1.3計(jì)量器具,1.3.1計(jì)量器具的基本概念1.量具的概念：以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具。作用：維持單位統(tǒng)一，保證量值準(zhǔn)確地傳遞。2.量具的分類：（1）按形式分：單值量具、多值量具、成套量具（2）按自身準(zhǔn)確度高低：基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)、工作量具,計(jì)量器具,計(jì)量儀器計(jì)量量具計(jì)量物質(zhì)計(jì)量裝置,,計(jì)量工作的物質(zhì)基礎(chǔ),,1.3.2基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn),1.基準(zhǔn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平所能達(dá)到的最高準(zhǔn)確度來復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位的計(jì)量器具。只用于鑒定各種量具的準(zhǔn)確度，不直接參加測量.。(1)一級基準(zhǔn)，又稱主基準(zhǔn)和國家基準(zhǔn)。具有最高水平的基準(zhǔn)。一個國家只有一個。(2)二級基準(zhǔn)，又稱副基準(zhǔn).基準(zhǔn)的量值準(zhǔn)確度由主基準(zhǔn)確定，代替主基準(zhǔn)向下傳遞或代替主基準(zhǔn)參加國際比對。(3)三級基準(zhǔn)，又稱工作基準(zhǔn)。工作基準(zhǔn)用來直接向下屬標(biāo)準(zhǔn)量具進(jìn)行量值傳遞，用以檢定下屬計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具的準(zhǔn)確度。,2.標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工作基準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)出不同等級的便于經(jīng)常使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量具或儀器，簡稱標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度等級在工作基準(zhǔn)之下，工作計(jì)量器具之上。按準(zhǔn)確度高低又分為一級標(biāo)準(zhǔn)、二級標(biāo)準(zhǔn)和三級標(biāo)準(zhǔn)。通過這些標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)常性地對日常工作儀器進(jìn)行檢定，確定其量值的準(zhǔn)確度大小。,1.3.3測量基準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性,1.基準(zhǔn)的權(quán)威性基準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)。原器基準(zhǔn)自身也會隨時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境條件而變化，甚至?xí)p壞，會失傳。從現(xiàn)代科學(xué)的觀點(diǎn)來看，最好的基準(zhǔn)是自然基準(zhǔn)。自然基準(zhǔn)是根據(jù)物質(zhì)粒子運(yùn)動的恒定性、通過原子常數(shù)的測定而建立起來的基準(zhǔn)。目前實(shí)現(xiàn)電學(xué)自然基準(zhǔn)的途徑為：根據(jù)交流約瑟夫遜效應(yīng)建立電壓基準(zhǔn)；根據(jù)質(zhì)子回旋磁比?p建立電流基準(zhǔn)；根據(jù)克里青效應(yīng)建立歐姆基準(zhǔn)。2.基準(zhǔn)的相對性一個時(shí)期的測量基準(zhǔn)反映當(dāng)時(shí)的人類認(rèn)識水平和科學(xué)水平。例：以太陽為基準(zhǔn)，時(shí)間測量的精確度1天內(nèi)可達(dá)到1秒鐘。而目前銫原子鐘的計(jì)時(shí)精確度在三百萬年內(nèi)也不超過1秒。,1.3.4測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞,自上而下逐級傳遞,1.4電學(xué)量具,1.標(biāo)準(zhǔn)電池：溫度特性是標(biāo)準(zhǔn)電池的最主要的特性。標(biāo)準(zhǔn)電池的等級是按年電動勢變化率劃分的。,,,標(biāo)準(zhǔn)電池的主要技術(shù)指標(biāo),,1.4電學(xué)量具,標(biāo)準(zhǔn)電池使用時(shí)應(yīng)注意：使用和存放的溫度應(yīng)符合有關(guān)要求；通入或流出的電流不得大于各級標(biāo)準(zhǔn)電池規(guī)定的數(shù)值；極性不能接反；不能用普通的電壓表或萬用表測量標(biāo)準(zhǔn)電池的電動勢；,1.4電學(xué)量具,2.基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源最重要的性能是其準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；準(zhǔn)確性一般通過激光校準(zhǔn)工藝保證其允許誤差（“時(shí)漂”）；穩(wěn)定度即隨時(shí)間和溫度的變化維持基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定的能力（“溫漂”）。目前廣泛應(yīng)用的基準(zhǔn)電壓源有齊納二極管和集成電壓基準(zhǔn)。,1.4電學(xué)量具,3.標(biāo)準(zhǔn)電阻：制作材料：錳銅電阻絲，是一種銅、錳、鎳的合金材料，具有以下特點(diǎn)：在工作溫度下，電阻溫度系數(shù)??；與銅的接觸電勢?。挥泻芨叩碾娮柘禂?shù)；年穩(wěn)定性好；有較好的機(jī)械加工性能。四端接線法,1.4電學(xué)量具,標(biāo)準(zhǔn)電阻使用時(shí)應(yīng)注意：不允許超過規(guī)定的額定功率；環(huán)境溫度不允許超過規(guī)定的界限，也不允許劇烈波動；在一定頻率下使用；銘牌上給定的是環(huán)境溫度為20?C時(shí)的電阻值，若在其它溫度下使用，標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值需要按相關(guān)公式計(jì)算。,1.4電學(xué)量具,4.標(biāo)準(zhǔn)電感：通常是由絕緣銅導(dǎo)線在大理石或陶瓷框架上繞制而成。標(biāo)準(zhǔn)電感有自感和互感兩種，在電磁測量中，作為電感的標(biāo)準(zhǔn)量具，也常在材料磁特性測量中作為磁通的標(biāo)準(zhǔn)量具。標(biāo)準(zhǔn)電感使用時(shí)應(yīng)注意：不能超過標(biāo)準(zhǔn)電感的額定電流；在規(guī)定的頻率范圍內(nèi)使用；標(biāo)準(zhǔn)電感附近不能有鐵磁物質(zhì)和干擾磁場。,1.4電學(xué)量具,5.標(biāo)準(zhǔn)電容：標(biāo)準(zhǔn)電容包括標(biāo)準(zhǔn)空氣電容器和標(biāo)準(zhǔn)云母電容器。,三個端鈕A、B、P。P為屏蔽端鈕，和金屬屏蔽罩連接。使用時(shí)通常使P的電位為零或固定某一數(shù)值上，這樣A、B兩端對屏蔽層的分布電容CAP、CBP和P端對地的分布電容CP0均為固定值，在測量中可設(shè)法消除它們的影響。,1.4電學(xué)量具,1.5磁學(xué)量具,磁量具分類：磁通量具、磁感應(yīng)強(qiáng)度量具、磁距量具。磁性材料的標(biāo)準(zhǔn)試樣也是磁量具，它有一定的磁性能并有確定的精度。磁感應(yīng)強(qiáng)度或磁場強(qiáng)度量具有永久磁鐵和通電線圈兩種形式。用永久磁鐵或電磁鐵作為磁感應(yīng)量具，一般都由質(zhì)子核磁共振儀來校準(zhǔn)磁感應(yīng)強(qiáng)度B0的量值，其誤差為?0?001%?0?01%。亥姆霍茲線圈是弱磁場量具基準(zhǔn)，一般在1?10-8?1?10-3T范圍內(nèi)。單層繞組的亥姆霍茲線圈其場強(qiáng)的計(jì)算與實(shí)際場強(qiáng)的誤差為?0?001%。,1.5磁學(xué)量具,1.標(biāo)準(zhǔn)磁體YCB標(biāo)準(zhǔn)磁體采用高性能的永磁材料制造，這些高品質(zhì)的產(chǎn)品具有長期的穩(wěn)定性，標(biāo)準(zhǔn)磁體可以穩(wěn)定的使用在0-70℃之間，溫度系數(shù)為-0.03%/℃，因?yàn)闇囟认禂?shù)為負(fù)數(shù)，所以當(dāng)溫度上升的時(shí)候，磁場強(qiáng)度下降。標(biāo)準(zhǔn)磁體的外殼采用高磁導(dǎo)率的材料制成，它能有效的防護(hù)外界磁場的干擾影響，同時(shí)屏蔽了標(biāo)準(zhǔn)磁場對外界的磁場干擾影響。該產(chǎn)品可提供的標(biāo)準(zhǔn)磁體從1000高斯到20，000高斯，標(biāo)準(zhǔn)磁體的均勻性優(yōu)于0.5%。YCB標(biāo)準(zhǔn)磁體適用于數(shù)字特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）探頭的單點(diǎn)校準(zhǔn)，隨時(shí)監(jiān)測數(shù)字特斯拉計(jì)（高斯計(jì)）的工作狀態(tài)是否正常，攜帶方便，使用簡單。,1.5磁學(xué)量具,2.標(biāo)準(zhǔn)線圈亥母霍茲線圈（Helmholtz）用兩個半徑和匝數(shù)完全相同的線圈，將其同軸排列并令間距等于半徑，這種線圈組合稱為Helmholtz線圈。用它可以產(chǎn)生極微弱的磁場直至數(shù)百Gs的磁場。我公司專業(yè)設(shè)計(jì)和制作Helmholtz線圈，可根據(jù)用戶提出的磁場強(qiáng)度，磁場均勻區(qū)及均勻度等級要求提出設(shè)計(jì)方案，可進(jìn)行多維空間的設(shè)計(jì)，構(gòu)思嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算精確，制作考就，已為大專院校，計(jì)量研究單位使用。磁場強(qiáng)度：當(dāng)電流1A時(shí)，30G/25G/15G;磁場均勻性：0.5%在線圈一定的空間內(nèi)。,1.5磁學(xué)量具,3.磁通標(biāo)準(zhǔn)——伏秒定標(biāo)器磁通的量綱是伏特*秒，即電壓與時(shí)間的乘積。也就是說可用電壓脈沖對時(shí)間的積分等價(jià)“磁通”?！胺搿倍?biāo)器是一種對磁通計(jì)、電子積分器進(jìn)行定標(biāo)的精密校正器。作為定標(biāo)器的本身校準(zhǔn)問題也只是需要精密地測量時(shí)間及電壓,因此在一般的實(shí)驗(yàn)室里就有條件能很好地完成對“伏秒”定標(biāo)器的校準(zhǔn)。所以它將在磁測領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。,1.5磁學(xué)量具,伏秒發(fā)生器產(chǎn)品舉例：CB4伏秒發(fā)生器用來校準(zhǔn)磁通量，可作為實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)設(shè)備。全集成化，校準(zhǔn)速度快，操作方便。,