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第一章测量的基本知识
第一节测量的基本概念
人们通过对客观事物大量的观察和测量,形成了定性和定量的认识,通过归纳、整理
建立起了各种定理和定律,而后又要通过测量来验证这些认识、定理和定律是否符合实际
情况,经过如此反复实践,逐步认识事物的客观规律,并用以解释和改造世界。因此可以
说,测量是人认识和改造世界的一种不可缺少和替代的手段。俄国科学家门捷列夫在论述
测量的意义时曾说过“:没有测量,就没有科学”“,测量是认识自然界的主要工具”。英国
科学家库克也认为:“测量是技术生命的神经系统”。这些话都极为精辟地阐明了测量的重
要意义。历史事实也已证明:科学的进步,生产的发展,与测量理论、技术、手段的发展
和进步是相互依赖、相互促进的。测量技术水平是一个历史时期、一个的一面“镜子正如特尔曼)教授所说:“科学和技术的发展是与测量
技艺并行进步相互匹配的。事实上,可以说,评价一个国家的科技状态,最快捷的办法就
是审视那里所进行的测量以及由测量所累积的数据是如何被利用的。”
一、测量
测量是运用专门的工具,根据物理、化学、生物等原理,通过实验和计算找到被测量
的量值。测量的目的就是尽可能准确及时地收集被测对象的状态信息,以便对生产过程进
行正确的控制。例如用压力传感器测量供暖管道的压力;用温度传感器测量恒温室的温度
等。
测量是以同性质的标准量与被测量比较,并确定被测量相对标准量的倍数(标准量应
该是国际上或国家所公认的和性能稳定的)。
测量的定义也可用公式来表示:
=
式中被测量;
标准量(测量单位);
比值,又称测量值。
由式( 可见的大小随选用的标准量的大小而定。为了正确反映测量结果,常
需在测量值的后面标明标准量的单位。例如长度的被测量为,标准量的单位采用
国际单位制米,测量的读数为( 米)。
测量过程中的关键在于被测量和标准量的比较。有些被测量与标准量是能直接进行比
较而得到被测量的量值,例如用天平测量物体的重量。但被测量和标准量能直接比较的情
况并不多。大多数被测量和标准量都需要变换到双方都便于比较的某一个中间量,才能进
行比较,例如用水银温度计测量水温时,水温被变换成玻璃管内水银柱的高度,而温度的
标准量被变换为玻璃管上刻度,两者的比较被变换成为玻璃管内水银柱的高度的比较。这
种变换并不是惟一的,例如用热电阻测量水温时,水温被变换成电阻值,而温度的标准量
被变换为电阻的刻度值,温度的比较变换成电阻值的比较。
通过变换可以实现测量,变换也是实现测量的核心,一个新的变换对应着一个新的测
量元件、一个新的测量方法的产生。
二、测量方法
一个物理量的测量,可以通过不同的方法实现。测量方法的选择正确与否,直接关系
到测量结果的可信赖程度,也关系到测量工作的经济性和可行性。不当或错误的测量方
法,除了得不到正确的测量结果外,甚至会损坏测量仪器和被测量设备。有了先进精密的
测量仪器设备,并不等于就一定能获得准确的测量结果。必须根据不同的测量对象、测量
要求及测量条件,选择正确的测量方法、合适的测量仪器及构造测量系统,进行正确操
作,才能得到理想的测量结果。
测量方法的分类形式有多种,下面介绍几种常见的分类方法。
(一)按测量手段分类
直接测量
它是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法,比如用压力表测量管道水压,
用欧姆表测量电阻阻值等。直接测量的特点是不需要对被测量与其他实测的量进行函数关
系的辅助运算,因此测量过程简单迅速,是工程测量中广泛应用的测量方法。
间接测量
它是利用直接测量的量与被测量之间的函数关系(可以是公式、曲线或表格等)间接
得到被测量的量值的测量方法。例如需要测量电阻上消耗的直流功率,可以通过直
接测量电压,电流,而后根据函数关系,经过计算,间接获得功率
间接测量费时费事,常在下列情况下使用:直接测量不方便,或间接测量的结果较直
接测量更为准确,或缺少直接测量仪器等。
组合测量
当某项测量结果需用多个未知参数表达时,可通过改变测量条件进行多次测量,根据
测量量与未知参数间的函数关系列出方程组并求解,进而得到未知量,这种测量方法称为
组合测量。一个典型的例子是电阻器电阻温度系数的测量。已知电阻器阻值与温度
间满足关系
式中的为℃时的电阻值,一般为已知量。、称为电阻的温度系数, 为
环境温度。为了获得值,可以在两个不同的温度下( 可由温度计直接
测得)测得相应的两个电阻值,代入式( 得到联立方程:
求解联立方程,就可以得到值。如果未知,显然可在三个不