关于测量与测量模型
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§ 测量的概念
在现代信息技术中,测量的地位尤其显得重要。对此,钱学森曾指出:“信息技术包括测量技术、计算机技术和通讯技术。测量技术是关键和基础。” 限时,仪器仪表成了一切事业成功的前提。科学进展首先取决于测量技术的进展。
科学上的发现和技术上的发明是从对事物的观察开始的。对事物的精细观察就要借助于仪器,就要测试,特别是在自然科学和工业生产领域更是如此。在对事物的观察、测试基础上经过分析推导,形成认识,上升为事物的描述模型(包括测量模型自身)。
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测量过程与方法
依据测量过程,对测量有如下分类:
1、直接测量和间接测量方法
直接测量方法:无需进行函数关系的再运算,从实测数据中直接得到被测量值的测量方法。如:直尺测量长度、温度计测温、电压表测电压等。
间接测量方法:直接测量与被测量存在某种关系的各个物理量,通过一定的数学关系获得被测量。如:流量可通过流速和管道直径测定值而求得。
2、接触测量和非接触测量方法
接触测量方法:仪表的一部分(传感器)与被测对象相接触并承受对象参数的作用。如:热电偶测温、扭矩式转速计测转速等。
非接触测量方法:仪表的传感器不必与被测对象直接接触而给出测量结果的测量方法。如:光学高温计测温、雷达测速仪测量速度等。
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3、偏位测量和差示测量方法
偏位测量方法:被测量作用于仪表的比较装置(测量机构),使其某参量按已知关系变化,当此变化产生的反作用与被测量的作用相平衡时,则测量机构即可显示被测量。如磅秤称重、指针式仪器等。
差示测量方法:被测量对仪表比较装置的作用由已知量部分或全部抵消,测量机构输出的是已知量与被测量的差值或零,由已知量得出被测量。如托盘天平称重、大象体重称量等。
4、在线测量和离线测量方法
在线测量方法:在测量过程中,测量机构输出被测量的即时测量值的方法。如:波谱心律仪测心律、柜式电流表、电压表等。
离线测量方法:取样离线后再行测量的方法。如:岩石成分的取样测定等。
5、静态测量和动态测量方法
静态测量:测量时被测量物理量处于静止或动平衡状态。
动态测量:测量时被测物理量处于渐变状态。
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测量技术新发展的影响
1、大大提高了被测参数的精度。现代宇航陀螺仪制造,误差控制在纳米级以内。超大规模集成电路内部线路间距、物理光栅的刻划,其误差控制级别要求更高。检测技术的新发展为被测参数实现超高精度测量提供了技术保证。
2、极大地扩展了测量的对象和领域。在传统工业、农业、商务物流以及科学实验中,大型复杂的对象面临多输入参数和多输出参数的综合测量与控制,这离不开新型测量工具和现代测量理论的支持。此外,航空航天、遥感遥测、海洋开发、环境保护、现代化战争的演习等,都离不开新型检测技术的支持。
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§ 测量模型是客观的存在
测量模型是对测量系统或测量方案的科学描述。测量模型来自于人们对被测事物的认识,是自然规律的体现,是一种客观存在。
测量模型的客观性表现在以下几个方面:
1、模型不依人们认识途径而改变;
2、同一模型不因人们表达方式的差异而受到影响;
3、正确的模型是理论与实验的殊途同归;
4、模型具有唯一性。
精准的数据观测,恰当的模型描述和数据处理,是测量系统的灵魂,也是人类不断认知世界、掌握自然客观规律的必由之路。
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§ 测量模型处于不断完善的过程
测量模型的建立和完善除了数学之外,还需要专业知识、需要仪器甚至是自创先进的仪器、和创新的思维。是一个大胆假设,小心求证的过程。
1882年,英国卡文迪什实验室的瑞利为验证各种气体所含元素的原子量是否为氢原子量的整数倍,认真地做着各种有关的实验。瑞利发现用两种不同方法制得的氮气,其密度不相等。
1895年1月13日瑞利与拉姆塞(William Ramsay)共同提交了一份长达54页的论文,给出了这种新发现的气体的密度、折射率、在水中的溶解性、比热容和原子光谱,将其定名为氩(Argon)。
瑞利进行的测量实验非常细致,为了准确的测定氩的折射率,他设计制作了现在称之为瑞利干涉仪的测量仪器,。
瑞利干涉仪示意图
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