測量的基本原理課件

測試技術(shù)基礎(chǔ)B

主講教師：溫泉博士

測試技術(shù)基礎(chǔ)B基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電路信號與系統(tǒng)微機(jī)及接口綜合應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)通信與控制特點(diǎn)綜合性強(qiáng)應(yīng)用面廣實(shí)踐性突出基模擬與數(shù)字電路信號與系統(tǒng)微機(jī)及接口綜電子計(jì)算機(jī)通信與控制特電子測量原理著重討論測量技術(shù)與方法，誤差分析和實(shí)際應(yīng)用基于系統(tǒng)方框級電子測量儀器著重研究電子儀器及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造等工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)基于電路結(jié)構(gòu)級測量的基本原理課件原理：基礎(chǔ)誤差：提升應(yīng)用：歸宿原理：基礎(chǔ)誤差：提升應(yīng)用：歸宿學(xué)時(shí)安排：理論28學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)第1章：測量的基本原理3學(xué)時(shí)第2章：測量方法與測量系統(tǒng)3學(xué)時(shí)第4章：時(shí)間與頻率的測量5學(xué)時(shí)第5章：電壓測量4學(xué)時(shí)第6章：阻抗測量4學(xué)時(shí)第7章：信號波形測量5學(xué)時(shí)第12章：測試系統(tǒng)集成技術(shù)4學(xué)時(shí)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)安排：理論28學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)本章闡述測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵介紹測量、計(jì)量的基本概念，即它們的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用討論測量原理、測量方法和測量系統(tǒng)中的共性問題分別從信息獲取的廣義概念和量值比較的狹義概念上，闡述測量的基本原理從實(shí)現(xiàn)測量原理的變換、比較、處理和顯示等環(huán)節(jié)中，闡述電子測量的基本技術(shù)第1章測量的基本原理本章闡述測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵第1章測量的基本原理1.1測量的基本概念1.1.1測量的意義

日常生活中處處離不開測量科學(xué)更加離不開測量

1.1測量的基本概念1.1.1測量的意義現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱信息獲取技術(shù)——測試技術(shù)信息傳輸技術(shù)——通信技術(shù)信息處理技術(shù)——計(jì)算機(jī)技術(shù)沒有獲取到信息，傳輸就是無源之水，處理更是無本之木現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱沒有獲取到信息，傳輸就是無源之水，科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量，離開測量就不會有真正的科學(xué)科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量，科學(xué)是從測量開始的，沒有測量就沒有科學(xué)，至少沒有精確的科學(xué)、真正的科學(xué)

科學(xué)是從測量開始的，測量的基本原理課件中國首個(gè)火星探測器熒火一號

中國首個(gè)火星探測器熒火一號計(jì)量測試技術(shù)落后，國家的一切都要落后計(jì)量測試技術(shù)落后，1.1.2測量的定義

1.狹義測量的定義測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的一組操作在進(jìn)行這組操作的過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果

測量的量值可表示為1.1.2測量的定義1.狹義測量的定義測量的量值可表示量：人們把事物（現(xiàn)象或狀態(tài)、物體或物質(zhì)等）可定性區(qū)別和定量確定的屬性，稱之為（可測量的）量。量值：一般是由一個(gè)數(shù)值乘以測量單位所表示的特定量的大小，它是一個(gè)要用數(shù)值和單位共同表示的量，即量值=數(shù)值X單位（量的）數(shù)值：它是在量值表示中用以單位相乘的數(shù)字。數(shù)值=量值/單位

（測量）單位：為了定量表示同種量的大小，人們共同約定的一個(gè)特定參考量，它有名稱、符號和定義，其數(shù)值為1?！皵?shù)值等于1的量”定義為單位i被測量：是指作為測量對象（測量客體）的特定量測量結(jié)果：是指通過測量所得到的賦予被測量的量值量：人們把事物（現(xiàn)象或狀態(tài)、物體或物質(zhì)等）可定性區(qū)別和定量確測量的內(nèi)涵

①測量目的是對被測對象取得一個(gè)定量的認(rèn)識②“一組操作”是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,說明了測量的實(shí)踐性③測量就是比較:直接比較和間接比較④需要同類已知單位作標(biāo)準(zhǔn)⑤最終能表示給測量主體（人）測量的內(nèi)涵被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，1.1.2測量的定義（續(xù)）

2.廣義測量的定義

測量是為了獲取被測對象的信息而進(jìn)行的實(shí)踐過程1.1.2測量的定義（續(xù)）2.廣義測量的定義信息事物（系統(tǒng)）的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式信息圖1-2測量的基本原理圖圖1-2測量的基本原理圖1.1.3測量的組成1.1.3測量的組成測量過程——基本要素之間的互動關(guān)系測量過程——基本要素之間的互動關(guān)系1.1.3測量的組成（續(xù)）3.被測對象——信息狹義的測量是量值的獲取,廣義的測量是信息的獲取信息又可分為自然信息和社會信息兩大類4.測量儀器系統(tǒng)——量具和儀器測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等5.測量的主體——測量人員手動：由測量主體（測量人員）直接參與完成自動：測量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計(jì)好6.測量技術(shù)測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測量技術(shù)1.1.3測量的組成（續(xù)）3.被測對象——信息測量的基本要素（續(xù)）7.測量環(huán)境測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和測量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化

測量的基本要素（續(xù)）7.測量環(huán)境儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10~+35oc，相對濕度80%(在35oc上)，只允許有輕微的振動。II組：一般的環(huán)境條件，溫度-10~+40oc，相對濕度80%(在40oc上)，允許一般的振動和沖擊。III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度-40~+55oc，相對濕度90%(在35oc上)，允許頻繁的搬動和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動。I—

高精度計(jì)量用儀器II—

通用儀器III—

野外、機(jī)載等儀器儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：1.1.4測試和檢測

定量定性定級測試:測量和試驗(yàn)的總稱,它包含了測量和試驗(yàn)的全部內(nèi)容,既包括定量的測量,也包含定性的試驗(yàn)本書中”測試”和”測量”不加區(qū)分而互相通用

檢測:包括檢驗(yàn)和測量兩方面的含義1.1.4測試和檢測定量定性定級測試:測量和試驗(yàn)的1.2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義和意義

1.計(jì)量的定義計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)施的一種特殊形式的測量，即把被測量與國家計(jì)量部門作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(jìn)行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書》計(jì)量的三個(gè)主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行的全部活動，如單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、進(jìn)行量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等1.2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義和意義1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）2.計(jì)量與測量的關(guān)系測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計(jì)量測量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑?jīng)]有測量，計(jì)量將失去價(jià)值為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，這個(gè)過程就是計(jì)量計(jì)量的任務(wù)是確定測量結(jié)果的可靠性計(jì)量是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)沒有計(jì)量，也談不上測量計(jì)量和測量相互配合，才能在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用計(jì)量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)以及人民生活等各個(gè)方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）2.計(jì)量與測量的關(guān)系測量發(fā)1.2.2單位和單位制

根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位單位是表征測量結(jié)果的重要組成部分，又是對兩個(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)基本單位、導(dǎo)出單位、單位制1.2.2單位和單位制

根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位1.2.2單位和單位制（續(xù)）1.國際單位制（SI）的組成國際單位制基本單位

量的名稱單位名稱單位符號長度米m質(zhì)量千克kg時(shí)間秒s電流安[培]A熱力學(xué)溫度開[爾文]K物質(zhì)的量摩[爾]mol發(fā)光強(qiáng)度坎[德拉]cd1948年第9屆國際計(jì)量大會

1960年第11屆國際計(jì)量大會

1984年國務(wù)院頒布《中華人民共和國法定計(jì)量單位》1.2.2單位和單位制（續(xù)）1.國際單位制（SI）的組成1．2．2單位和單位制（續(xù)）國際單位制詞頭采用十進(jìn)制詞頭,表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)例：5.4X10-9s=5.4ns

因數(shù)詞頭名稱符號英文中文109giga吉G106Mega兆M103kilo千K10-3milli毫m10-6micro微u10-9nano納n10-12pico皮p1．2．2單位和單位制（續(xù)）國際單位制詞頭采用十進(jìn)制詞頭1.2.3測量標(biāo)準(zhǔn)

1.標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）的定義為了定義、實(shí)現(xiàn)、保存或復(fù)現(xiàn)量的單位或（一個(gè)或多個(gè)量值），用作參考的計(jì)量設(shè)備（實(shí)物量具、測量儀器、參考物質(zhì)或測量系統(tǒng)），稱之為標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)定義基本測量單位和制作體現(xiàn)其量值的標(biāo)準(zhǔn)器是兩件有聯(lián)系而又有區(qū)別的事，前者依據(jù)嚴(yán)格的科學(xué)理論，后者要靠先進(jìn)的制作技術(shù)。1.2.3測量標(biāo)準(zhǔn)

1.標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）的定義定義基本測量1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）2.測量標(biāo)準(zhǔn)的分類、分級分類：國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)參照標(biāo)準(zhǔn)作證標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器具標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分級：主標(biāo)準(zhǔn)（一級標(biāo)準(zhǔn)）副標(biāo)準(zhǔn)（二級標(biāo)準(zhǔn)）工作標(biāo)準(zhǔn)（三級標(biāo)準(zhǔn)）1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）2.測量標(biāo)準(zhǔn)的分類、分級分級：1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）3.幾個(gè)術(shù)語（1）計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測出被測對象量值的量具、計(jì)量儀器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱為計(jì)量器具。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類（2）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具（3）工作計(jì)量器具：工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來測量被測對象量值的計(jì)量器具1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）3.幾個(gè)術(shù)語1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（4）比對：在規(guī)定條件下，對相同準(zhǔn)確度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。（5）檢定：是用高一等級準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對低一等級的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。（6）校準(zhǔn)：校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。（7）量值的傳遞：指一個(gè)物理量單位通過各級基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。（8）量值的溯源性1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（4）比對：在規(guī)定條件下，1.2.4測量標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性1.標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)原器標(biāo)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，最好的標(biāo)準(zhǔn)是原子標(biāo)準(zhǔn)2.基準(zhǔn)的相對性一個(gè)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1.2.4測量標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性1.標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性我國通過與多個(gè)國家進(jìn)行科技合作，成功研發(fā)出銫原子噴泉鐘，使我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)的精度從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒，標(biāo)志著我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列

2007-1-4人民政協(xié)報(bào)美國科羅拉多州博爾德的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）1999年建成價(jià)值約為65萬美元，在2000萬年內(nèi)，它既不會少1秒也不會多1秒NISTF-1原子鐘

1915.8–2011.11NormanF.Ramsey1989年諾貝爾獎我國通過與多個(gè)國家進(jìn)行科技合作，成功研發(fā)出銫原子噴泉鐘，NI米標(biāo)準(zhǔn)原器是19世紀(jì)前的國際標(biāo)準(zhǔn)器，現(xiàn)在的長度單位定義為光用1/299792458秒在真空中傳播的長度米標(biāo)準(zhǔn)原器是19世紀(jì)前的國際標(biāo)準(zhǔn)器，現(xiàn)在的長度單位定義為1.2.5測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

自上而下逐級傳遞

圖1-5量值傳遞和溯源體系及計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)示意圖1.2.5測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

自上而下逐級傳遞圖1-5量值1.3測量誤差的基本概念1.3.1測量誤差定義1.3.2測量誤差的來源儀器誤差影響誤差方法誤差人身誤差測量對象變化誤差1.3.3測量誤差的表示方法絕對誤差相對誤差1.3測量誤差的基本概念1.3.1測量誤差定義1.3.21.4測量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問題：信息的含義是什么？為什么信息可以被獲??？信息獲取是怎樣的過程？信息獲取過程中采用了哪些基本方法？這些方法的實(shí)現(xiàn)途徑是什么？信息獲取的限制因素及其克服措施是什么？測量是研究如何獲取被測對象信息的一門科學(xué)1.4測量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問題：1.4.1信息的概念

1．客體的實(shí)有的信息——客觀信息某事物客體所具有的信息，是指該客觀存在的事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的自我表述或自我顯示。

客體論的信息是一種客觀的存在，不以主體的存在與否為轉(zhuǎn)移，或者無論是否被其主體感受到，都絲毫不影響它的“自我表述”或“自我顯示”。任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)處在一定的環(huán)境之中，正是這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境兩者綜合作用，決定了事物的具體運(yùn)動狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。但在有時(shí)人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況，這時(shí)就只能把它看作一個(gè)“黑箱”，并通過它的外部聯(lián)系（如輸入/輸出關(guān)系等外部行為）的狀態(tài)及其變化方式來獲得信息。

1.4.1信息的概念

1．客體的實(shí)有的信息——客觀信息1.4.1信息的概念（續(xù)）2．主體認(rèn)識論的信息——主觀信息是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式，及有關(guān)的形式、含義和效用。主體認(rèn)識論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次信息豐富得多。這是因?yàn)樽鳛檎J(rèn)識的主體：（1）具有感覺的能力，能夠感覺到信息的外在形式。（2）具有理解能力，能夠理解信息的內(nèi)在含義。（3）具有目的性，因而能夠判斷信息對其目的而言的價(jià)值。

1.4.1信息的概念（續(xù)）2．主體認(rèn)識論的信息——主觀信息1.4.1信息的概念（續(xù)）3.全信息——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價(jià)值的主體認(rèn)識論層次信息。

4．實(shí)在信息、先驗(yàn)信息、實(shí)得信息

1.4.1信息的概念（續(xù)）3.全信息——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)1.4.2測量信息獲取的原理框圖圖1-6測量(信息獲取)原理圖1.4.2測量信息獲取的原理框圖圖1-6測量(信息獲取1.4.3信息的感知1．感知的基本原理信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到被測對象運(yùn)動的狀態(tài)及其變化的方式信息感知，是感知事物運(yùn)動的狀態(tài)及其變化方式，其實(shí)質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識論層次的語法信息圖1-7信息感知原理框圖1.4.3信息的感知1．感知的基本原理圖1-7信息感知原1.4.3信息的感知2．感知的基本技術(shù)——傳感器與敏感器測量的第一個(gè)環(huán)節(jié)是信息的感知。傳感器是感知各種非電信息并把非電量轉(zhuǎn)換為電量輸出的器件或裝置，它是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口，本質(zhì)上是完成信息載體的轉(zhuǎn)換。傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型、化學(xué)型和生物型三大類。例：熱敏電阻把被測溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。1.4.3信息的感知2．感知的基本技術(shù)——傳感器與敏感器風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器反射式光敏傳感器磁、氣、力敏傳感器超聲傳感器風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器反射式光敏傳感器磁、氣、力敏傳感器超1.4.4信息的識別1．識別的基本原理

識別是把感知的語法信息（信號形式）轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語義信息識別（分類）的基本原理是形式特征的比較。由于信息的類別不同，其形式特征也不相同，因此，理論上信息總是可以分辨（識別）的識別的原則是：相似而認(rèn)同，相異而拒斥由于識別環(huán)境存在固有干擾，待識別的信息天然不理想，理論方法不完備和信息類別相似性的表達(dá)不完善，因此，無論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息識別系統(tǒng)，完全無差錯(cuò)的識別是不現(xiàn)實(shí)的（誤差存在的絕對性）

1.4.4信息的識別1．識別的基本原理1.4.3信息的識別2．識別的基本技術(shù)為了把語法信息（信號）轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語義信息，須使用信號的比較、變換、處理和顯示技術(shù)。（1）比較——用已知量和未知量比較。（2）變換——某些被測量不便于直接比較，無法直接觀測而采用了變換。為了獲得更高的識別分辨力和精度、更快的速度、更寬的量程而采用變換技術(shù)。例如，雷達(dá)測量飛機(jī)的距離，采用了把距離變換成時(shí)間，通過直接測量電脈沖來回傳輸?shù)臅r(shí)間來測得距離。（3）信息處理——泛指為了各種目的而對信息所進(jìn)行的變換和加工。（4）顯示原理——顯示的基本功能是把人眼不可見的信息轉(zhuǎn)化成為可見的信息1.4.3信息的識別2．識別的基本技術(shù)各種測量系統(tǒng)中對處理功能的需求可能很不同，處理內(nèi)容和復(fù)雜程度差異也很大，處理的方法也可能很不一樣。（1）人工處理方式例：一個(gè)模擬式的交流電壓表的原理框圖，它測量交流電壓的有效值。工作原理是被測交流電壓經(jīng)峰值檢波器變換成直流電壓（AC-DC電壓變換），然后經(jīng)直流電壓放大（幅度變換）和電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出（電壓-電流變換），去驅(qū)動電表指針偏轉(zhuǎn)（電壓-指針偏轉(zhuǎn)換變換）。圖1-8交流電壓表原理圖各種測量系統(tǒng)中對處理功能的需求可能很不同，處理內(nèi)容和復(fù)雜程度（2）自動化方式圖1-9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖（2）自動化方式圖1-9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖(3)智能化處理機(jī)器智能——人所賦予機(jī)器的一種智能智能包含信息、知識、策略和行為四個(gè)要素，具有獲取有用信息、由信息生成知識（認(rèn)識）、由知識和目的生成策略（決策）以及實(shí)施策略取得效果（施效）等四個(gè)方面的能力。圖1-10學(xué)習(xí)與決策環(huán)節(jié)的模型(3)智能化處理圖1-10學(xué)習(xí)與決策環(huán)節(jié)的模型1.5測量的量值比較原理測量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)識和區(qū)別被測對象的一種重要方法。測量是通過比較來取得一個(gè)定量的認(rèn)識

1.5.1基于比例變換的間接比較法（偏轉(zhuǎn)法）1.比例變換的原理（1）三種類型的子變換：A圖1-11偏轉(zhuǎn)法(直讀法)測量原理1.5測量的量值比較原理測量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器的一個(gè)簡單例子。被測重物放在彈簧秤上，把物體的重量變成彈簧的彈性形變。然后，形變帶動機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn)，指示出被測物體的重量。直讀式電壓表

圖1-12偏轉(zhuǎn)法(間接法)直讀式彈簧稱和直讀式電壓表1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）（2）間接比較方法步驟為①校準(zhǔn)②測量

圖1-14間接比較法的過程1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）（2）間接比較方法1.5.2基于差值示零的直接比較法1.差值測量原理:

被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較①

需要一個(gè)具有比較功能的電路，要求比較的范圍寬、靈敏度和分辨力高；②

需要一個(gè)與被測量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量參與比較，要求標(biāo)準(zhǔn)量準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié)。比較功能可由運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)有兩種方式：(1)差值運(yùn)算比較(2)比例運(yùn)算比較

圖1-15量值比較原理圖1.5.2基于差值示零的直接比較法1.差值測量原理:圖1-1.5.2基于差值示零的直接比較法2.差值示零的平衡調(diào)節(jié)（1）零示法原理:

圖1-16直接比較(零示法)原理圖1.5.2基于差值示零的直接比較法2.差值示零的平衡調(diào)節(jié)1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)則1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）對稱差動的橋式結(jié)構(gòu)

當(dāng)時(shí)，

1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）對稱差動的橋式結(jié)構(gòu)1.6電子測量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)

變換技術(shù)

比較技術(shù)

處理技術(shù)

顯示技術(shù)

1.6電子測量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)

變換技術(shù)

比較技術(shù)1.6.1電子測量中的變換技術(shù)1.量值變換信號放大與衰減阻抗變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)1.量值變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）2.頻率變換

(1)檢波

(2)斬波

(3)變頻

(4)倍頻

(5)分頻

(6)合成

(7)取樣1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）2.頻率變換3.波形變換（1）整形（2）限幅（3）微分（4）合成（5）變換3.波形變換4參量變換（1）AVΩ變換（2）V/F變換（3）V/T變換（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換4參量變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）5.能量變換能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換。傳感器就是能量變換器，即從非電量變換成電量6.模/數(shù)和數(shù)/模變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）5.能量變換[例]試以數(shù)字多用表測量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測量中的應(yīng)用。①交流電流/交流電壓的變換；②交流電壓/直流電壓的變換；③直流電壓的幅值變換；④模擬/數(shù)字的變換；⑤BCD碼/七段碼的碼制變換；⑥顯示器件的電/光轉(zhuǎn)換。[例]試以數(shù)字多用表測量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測1.6.2電子測量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念被測量為x、標(biāo)準(zhǔn)量為s、比較電路輸出為y。當(dāng)x<s時(shí)，y=YL；當(dāng)x>s時(shí)，y=YH當(dāng)x=s時(shí)，y出現(xiàn)一個(gè)躍變信號1.6.2電子測量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))（1）比較的基本類型：①標(biāo)量比較——它只識別兩個(gè)同類的未知量是否相等，例如兩個(gè)爐子溫度是否相等，②矢量比較——它識別一組同類的未知量的相對大小，并按照由大到?。ɑ蛴尚〉酱螅┑捻樞蚺帕衅饋怼＂鄄钪当容^——利用具有減法運(yùn)算功能的比較電路，取出兩個(gè)未知量之間的間隔大小（差值），并對差值進(jìn)行比較。④比值比較——它選擇某個(gè)點(diǎn)作為參考點(diǎn)，將每次測量值除以參考值，確定它們的相對大小。例如，在一組測量值中以最大測量值作參考，得到測量值以百分?jǐn)?shù)表示。⑤量化比較——被測未知量與標(biāo)準(zhǔn)單位量比較，確定它是該單位的若干倍或是若干分之一。A/D轉(zhuǎn)換器是基于量化比較的典型部件。1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))（1）比較的基本類型1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))2.電壓比較

(1)電平比較

(2)差值型比較

(3)比例型比較1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))2.電壓比較1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))3.阻抗比較電橋電路具有對稱差動的電路結(jié)構(gòu)，是一種電量天平，可以十分方便地實(shí)現(xiàn)差值檢測和比例比較的功能。電橋電路具有靈敏度高、測量范圍寬，溫度補(bǔ)償容易實(shí)現(xiàn)，測量電路的零點(diǎn)調(diào)節(jié)方便。（a）比例臂電橋（b）有源電橋（c）電壓電橋（d）電流電橋1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))3.阻抗比較（a）比1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))4.頻率（時(shí)間）比較①時(shí)間差值比較：用R-S觸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)時(shí)差的比較1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))4.頻率（時(shí)間）比較1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))5.相位比較——使用鑒相器6.數(shù)字比較1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))5.相位比較——使1.6.3電子測量中的處理技術(shù)信號運(yùn)算與處理是電子測量中的基本技術(shù)淺層的信息處理基本上屬于對信息的形式化關(guān)系所作的變換或處理，僅僅利用了語法信息的因素。例如，在測量交流電壓的平均值、峰值、有效值時(shí)，需要對信號進(jìn)行加、減、乘、除、平方、開方、平均、取絕對值、峰值等運(yùn)算與處理。深層信息處理（特別是直接與優(yōu)化、決策、認(rèn)知等相聯(lián)系的信息處理）的目的是為了要從原始信息中獲得相關(guān)的“知識”運(yùn)算電路分為模擬運(yùn)算電路和數(shù)字運(yùn)算電路兩大類

1.6.3電子測量中的處理技術(shù)信號運(yùn)算與處理是電子測量中1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))1.基本模擬運(yùn)算運(yùn)算放大器輔之以不同的電路元件，可以組成諸如比例、加減、微分、積分、對數(shù)、指數(shù)和乘除等電路（1）四則運(yùn)算電路

（2）積分和微分電路（3）有源濾波器1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))1.基本模擬運(yùn)算1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))[例1-7]舉例說明運(yùn)算與處理功能在電壓測量中的應(yīng)用。計(jì)算公式第一級為模擬乘法器，完成被測電壓的平方運(yùn)算；第二級為積分器，完成平均運(yùn)算；第三級為開方器，完成開平方根的運(yùn)算；最后一級為放大器，按一定比例放大的直流輸出電壓去驅(qū)動電表使電表，按被測電壓的有效值進(jìn)行線性刻度。1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))[例1-7]舉例說1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))2.數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信號處理基于數(shù)字邏輯電路的硬件方式：利用現(xiàn)有的各種數(shù)字邏輯門、譯碼器、觸發(fā)器、寄存器、計(jì)數(shù)器、全加器等，以及各種CPLD、FPGA等可編程邏輯，組成各種數(shù)字邏輯的運(yùn)算與控制單元?；谖⑻幚砥骱臀⑿陀?jì)算機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的軟件方式：通過軟件編程，可完成各種數(shù)字與邏輯的運(yùn)算。它不僅能完成常用的數(shù)學(xué)運(yùn)算，而且能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算、FFT運(yùn)算等。運(yùn)算功能強(qiáng)、精度高、速度快、靈活性及抗干擾性強(qiáng)。再加之微機(jī)和單片機(jī)的邏輯運(yùn)算與控制功能，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代測試儀器系統(tǒng)的智能化、自動化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化。1.6.3電子測量中的處理技術(shù)(續(xù))2.數(shù)字計(jì)算與數(shù)字信1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)

測量結(jié)果必須通過顯示器件把各種電信號轉(zhuǎn)換成人們五官可直接感知的機(jī)械運(yùn)動、數(shù)字、文字、圖形、圖像等形式的信號顯示出來1.指示式儀表圖1-31動圈式儀表的分度盤示例和內(nèi)部結(jié)構(gòu)(a)分度盤示例（直流電流表）(b)動圈式儀表的結(jié)構(gòu)1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)測量結(jié)果必須通過顯示1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))2）電光顯示器件（1）發(fā)光二極管（LED）利用正向偏置PN結(jié)中電子與空穴的幅射復(fù)合發(fā)光，發(fā)射出非相干光，光譜較寬，發(fā)散角大，視角效果好；LED的發(fā)光顏色多、輝度高，LED的單元體積小，電壓低、驅(qū)動電流小，壽命長。①指示燈②數(shù)字顯示器1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))2）電光顯示器件1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))（2）液晶顯示器（LCD）液晶是一種具有光學(xué)雙射性的液體狀的晶體，液晶顯示器件在電信號驅(qū)動下，控制其對入射偏光的反射或透射，實(shí)現(xiàn)LCD的顯示LCD具有薄型、輕量、低功耗、低工作電壓等特點(diǎn)①數(shù)字、字符顯示②平面顯示

1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))（2）液晶顯示器（L1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))（3）陰極射線管（CRT）CRT可分為電視用、顯示終端用及儀器儀表用幾種類型

1.6.4電子測量中的顯示技術(shù)(續(xù))（3）陰極射線管（C本章小結(jié)測量是測量主體通過比較的方法，對被測對象取得定量信息（即量值）的實(shí)驗(yàn)過程，是人類獲取信息的基本手段，是認(rèn)識客觀世界的主要工具。計(jì)量是為了保證量值的統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致的一種測量。它具有統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性的三個(gè)主要特征。測量是研究信息獲取的科學(xué)，它包括信息的感知和識別。測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的比較，分為直接比較、間接比較。測量的基本技術(shù)有：變換、比較、處理和顯示本章小結(jié)測量是測量主體通過比較的方法，對被測對象取得定量信息

測試技術(shù)基礎(chǔ)B

主講教師：溫泉博士

測試技術(shù)基礎(chǔ)B基礎(chǔ)模擬與數(shù)字電路信號與系統(tǒng)微機(jī)及接口綜合應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)通信與控制特點(diǎn)綜合性強(qiáng)應(yīng)用面廣實(shí)踐性突出基模擬與數(shù)字電路信號與系統(tǒng)微機(jī)及接口綜電子計(jì)算機(jī)通信與控制特電子測量原理著重討論測量技術(shù)與方法，誤差分析和實(shí)際應(yīng)用基于系統(tǒng)方框級電子測量儀器著重研究電子儀器及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造等工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)基于電路結(jié)構(gòu)級測量的基本原理課件原理：基礎(chǔ)誤差：提升應(yīng)用：歸宿原理：基礎(chǔ)誤差：提升應(yīng)用：歸宿學(xué)時(shí)安排：理論28學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)第1章：測量的基本原理3學(xué)時(shí)第2章：測量方法與測量系統(tǒng)3學(xué)時(shí)第4章：時(shí)間與頻率的測量5學(xué)時(shí)第5章：電壓測量4學(xué)時(shí)第6章：阻抗測量4學(xué)時(shí)第7章：信號波形測量5學(xué)時(shí)第12章：測試系統(tǒng)集成技術(shù)4學(xué)時(shí)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)安排：理論28學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)4學(xué)時(shí)本章闡述測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵介紹測量、計(jì)量的基本概念，即它們的意義、內(nèi)容、特點(diǎn)及應(yīng)用討論測量原理、測量方法和測量系統(tǒng)中的共性問題分別從信息獲取的廣義概念和量值比較的狹義概念上，闡述測量的基本原理從實(shí)現(xiàn)測量原理的變換、比較、處理和顯示等環(huán)節(jié)中，闡述電子測量的基本技術(shù)第1章測量的基本原理本章闡述測量學(xué)科的豐富內(nèi)涵第1章測量的基本原理1.1測量的基本概念1.1.1測量的意義

日常生活中處處離不開測量科學(xué)更加離不開測量

1.1測量的基本概念1.1.1測量的意義現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱信息獲取技術(shù)——測試技術(shù)信息傳輸技術(shù)——通信技術(shù)信息處理技術(shù)——計(jì)算機(jī)技術(shù)沒有獲取到信息，傳輸就是無源之水，處理更是無本之木現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的三大支柱沒有獲取到信息，傳輸就是無源之水，科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量，離開測量就不會有真正的科學(xué)科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展離不開測量，科學(xué)是從測量開始的，沒有測量就沒有科學(xué)，至少沒有精確的科學(xué)、真正的科學(xué)

科學(xué)是從測量開始的，測量的基本原理課件中國首個(gè)火星探測器熒火一號

中國首個(gè)火星探測器熒火一號計(jì)量測試技術(shù)落后，國家的一切都要落后計(jì)量測試技術(shù)落后，1.1.2測量的定義

1.狹義測量的定義測量是為了確定被測對象的量值而進(jìn)行的一組操作在進(jìn)行這組操作的過程中，人們借助專門的設(shè)備，把被測對象直接或間接地與同類已知單位進(jìn)行比較，取得用數(shù)值和單位共同表示的測量結(jié)果

測量的量值可表示為1.1.2測量的定義1.狹義測量的定義測量的量值可表示量：人們把事物（現(xiàn)象或狀態(tài)、物體或物質(zhì)等）可定性區(qū)別和定量確定的屬性，稱之為（可測量的）量。量值：一般是由一個(gè)數(shù)值乘以測量單位所表示的特定量的大小，它是一個(gè)要用數(shù)值和單位共同表示的量，即量值=數(shù)值X單位（量的）數(shù)值：它是在量值表示中用以單位相乘的數(shù)字。數(shù)值=量值/單位

（測量）單位：為了定量表示同種量的大小，人們共同約定的一個(gè)特定參考量，它有名稱、符號和定義，其數(shù)值為1?！皵?shù)值等于1的量”定義為單位i被測量：是指作為測量對象（測量客體）的特定量測量結(jié)果：是指通過測量所得到的賦予被測量的量值量：人們把事物（現(xiàn)象或狀態(tài)、物體或物質(zhì)等）可定性區(qū)別和定量確測量的內(nèi)涵

①測量目的是對被測對象取得一個(gè)定量的認(rèn)識②“一組操作”是一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程,說明了測量的實(shí)踐性③測量就是比較:直接比較和間接比較④需要同類已知單位作標(biāo)準(zhǔn)⑤最終能表示給測量主體（人）測量的內(nèi)涵被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，因?yàn)?，彈簧秤度盤上的刻度是事先與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較的結(jié)果被測物體的重量等于標(biāo)準(zhǔn)砝碼的重量被測物體的重量從度盤上讀數(shù)，1.1.2測量的定義（續(xù)）

2.廣義測量的定義

測量是為了獲取被測對象的信息而進(jìn)行的實(shí)踐過程1.1.2測量的定義（續(xù)）2.廣義測量的定義信息事物（系統(tǒng)）的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式信息圖1-2測量的基本原理圖圖1-2測量的基本原理圖1.1.3測量的組成1.1.3測量的組成測量過程——基本要素之間的互動關(guān)系測量過程——基本要素之間的互動關(guān)系1.1.3測量的組成（續(xù)）3.被測對象——信息狹義的測量是量值的獲取,廣義的測量是信息的獲取信息又可分為自然信息和社會信息兩大類4.測量儀器系統(tǒng)——量具和儀器測量儀器系統(tǒng)包括量具、測試儀器、測試系統(tǒng)及附件等5.測量的主體——測量人員手動：由測量主體（測量人員）直接參與完成自動：測量主體交給智能設(shè)備（計(jì)算機(jī)等）完成，但測量策略、軟件算法、程序編寫需由測量人員事先設(shè)計(jì)好6.測量技術(shù)測量中所采用的原理、方法和技術(shù)措施，總稱為測量技術(shù)1.1.3測量的組成（續(xù)）3.被測對象——信息測量的基本要素（續(xù)）7.測量環(huán)境測量環(huán)境是指測量過程中人員、對象和儀器系統(tǒng)所處空間的一切物理和化學(xué)條件的總和測量環(huán)境包括溫度、濕度、力場、電磁場、輻射、化學(xué)氣霧和粉塵，霉菌以及有關(guān)電磁量（工作電壓、源阻抗、負(fù)載阻抗、地磁場、雷電等）的數(shù)值、范圍及其變化

測量的基本要素（續(xù)）7.測量環(huán)境儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：I組：良好的環(huán)境條件，溫度+10~+35oc，相對濕度80%(在35oc上)，只允許有輕微的振動。II組：一般的環(huán)境條件，溫度-10~+40oc，相對濕度80%(在40oc上)，允許一般的振動和沖擊。III組：惡劣的環(huán)境條件，溫度-40~+55oc，相對濕度90%(在35oc上)，允許頻繁的搬動和運(yùn)輸中受到較大的沖擊和振動。I—

高精度計(jì)量用儀器II—

通用儀器III—

野外、機(jī)載等儀器儀器以工作環(huán)境條件的不同要求分為三組：1.1.4測試和檢測

定量定性定級測試:測量和試驗(yàn)的總稱,它包含了測量和試驗(yàn)的全部內(nèi)容,既包括定量的測量,也包含定性的試驗(yàn)本書中”測試”和”測量”不加區(qū)分而互相通用

檢測:包括檢驗(yàn)和測量兩方面的含義1.1.4測試和檢測定量定性定級測試:測量和試驗(yàn)的1.2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義和意義

1.計(jì)量的定義計(jì)量是利用技術(shù)和法制手段實(shí)施的一種特殊形式的測量，即把被測量與國家計(jì)量部門作為基準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)的同類單位量進(jìn)行比較，以確定合格與否，并給出具有法律效力的《檢定證書》計(jì)量的三個(gè)主要特征是統(tǒng)一性、準(zhǔn)確性和法制性。計(jì)量包含了為達(dá)到統(tǒng)一和準(zhǔn)確一致所進(jìn)行的全部活動，如單位的統(tǒng)一、基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的建立、進(jìn)行量值傳遞、計(jì)量監(jiān)督管理、測量方法及其手段的研究等1.2計(jì)量的基本概念1.2.1計(jì)量的定義和意義1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）2.計(jì)量與測量的關(guān)系測量發(fā)展的客觀需要才出現(xiàn)了計(jì)量測量是計(jì)量應(yīng)用的重要途徑?jīng)]有測量，計(jì)量將失去價(jià)值為了保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須定期對儀器進(jìn)行檢定和校準(zhǔn)，這個(gè)過程就是計(jì)量計(jì)量的任務(wù)是確定測量結(jié)果的可靠性計(jì)量是測量的基礎(chǔ)和依據(jù)沒有計(jì)量，也談不上測量計(jì)量和測量相互配合，才能在國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用計(jì)量工作是國民經(jīng)濟(jì)中一項(xiàng)極為重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，它在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)技術(shù)、國防建設(shè)以及人民生活等各個(gè)方面起著技術(shù)保證和技術(shù)監(jiān)督的作用1.2.1計(jì)量的定義和意義（續(xù)）2.計(jì)量與測量的關(guān)系測量發(fā)1.2.2單位和單位制

根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位單位是表征測量結(jié)果的重要組成部分，又是對兩個(gè)同類量值進(jìn)行比較的基礎(chǔ)基本單位、導(dǎo)出單位、單位制1.2.2單位和單位制

根據(jù)定義而令系數(shù)為1的量稱為單位1.2.2單位和單位制（續(xù)）1.國際單位制（SI）的組成國際單位制基本單位

量的名稱單位名稱單位符號長度米m質(zhì)量千克kg時(shí)間秒s電流安[培]A熱力學(xué)溫度開[爾文]K物質(zhì)的量摩[爾]mol發(fā)光強(qiáng)度坎[德拉]cd1948年第9屆國際計(jì)量大會

1960年第11屆國際計(jì)量大會

1984年國務(wù)院頒布《中華人民共和國法定計(jì)量單位》1.2.2單位和單位制（續(xù)）1.國際單位制（SI）的組成1．2．2單位和單位制（續(xù)）國際單位制詞頭采用十進(jìn)制詞頭,表示使單位增大或縮小的十進(jìn)倍數(shù)例：5.4X10-9s=5.4ns

因數(shù)詞頭名稱符號英文中文109giga吉G106Mega兆M103kilo千K10-3milli毫m10-6micro微u10-9nano納n10-12pico皮p1．2．2單位和單位制（續(xù)）國際單位制詞頭采用十進(jìn)制詞頭1.2.3測量標(biāo)準(zhǔn)

1.標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）的定義為了定義、實(shí)現(xiàn)、保存或復(fù)現(xiàn)量的單位或（一個(gè)或多個(gè)量值），用作參考的計(jì)量設(shè)備（實(shí)物量具、測量儀器、參考物質(zhì)或測量系統(tǒng)），稱之為標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)定義基本測量單位和制作體現(xiàn)其量值的標(biāo)準(zhǔn)器是兩件有聯(lián)系而又有區(qū)別的事，前者依據(jù)嚴(yán)格的科學(xué)理論，后者要靠先進(jìn)的制作技術(shù)。1.2.3測量標(biāo)準(zhǔn)

1.標(biāo)準(zhǔn)（或基準(zhǔn)）的定義定義基本測量1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）2.測量標(biāo)準(zhǔn)的分類、分級分類：國際標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)參照標(biāo)準(zhǔn)作證標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)器具標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分級：主標(biāo)準(zhǔn)（一級標(biāo)準(zhǔn)）副標(biāo)準(zhǔn)（二級標(biāo)準(zhǔn)）工作標(biāo)準(zhǔn)（三級標(biāo)準(zhǔn)）1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）2.測量標(biāo)準(zhǔn)的分類、分級分級：1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）3.幾個(gè)術(shù)語（1）計(jì)量器具：凡是能用以直接或間接測出被測對象量值的量具、計(jì)量儀器和計(jì)量裝置都統(tǒng)稱為計(jì)量器具。計(jì)量器具按作用可分為計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具三類（2）計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)，用于檢定計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具（3）工作計(jì)量器具：工作崗位上使用，不用于進(jìn)行量值傳遞，而是直接用來測量被測對象量值的計(jì)量器具1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）3.幾個(gè)術(shù)語1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（4）比對：在規(guī)定條件下，對相同準(zhǔn)確度等級的同類基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器之間的量值進(jìn)行比較，其目的是考核量值的一致性。（5）檢定：是用高一等級準(zhǔn)確度的計(jì)量器具對低一等級的計(jì)量器具進(jìn)行比較，以達(dá)到全面評定被檢計(jì)量器具的計(jì)量性能是否合格的目的。一般要求計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢者的1/3到1/10。（6）校準(zhǔn)：校準(zhǔn)是指被校的計(jì)量器具與高一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)相比較，以確定被校計(jì)量器具的示值誤差（有時(shí)也包括確定被校器具的其他計(jì)量性能）的全部工作。（7）量值的傳遞：指一個(gè)物理量單位通過各級基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)及相應(yīng)的輔助手段準(zhǔn)確地傳遞到日常工作中所使用的測量儀器、量具，以保證量值統(tǒng)一的全過程。（8）量值的溯源性1.2.3基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)（續(xù)）（4）比對：在規(guī)定條件下，1.2.4測量標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性1.標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)的理論定義最嚴(yán)格的、制作工藝技術(shù)最先進(jìn)原器標(biāo)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，最好的標(biāo)準(zhǔn)是原子標(biāo)準(zhǔn)2.基準(zhǔn)的相對性一個(gè)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1.2.4測量標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性和相對性1.標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性我國通過與多個(gè)國家進(jìn)行科技合作，成功研發(fā)出銫原子噴泉鐘，使我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)的精度從30萬年不差1秒提高到600萬年不差1秒，標(biāo)志著我國時(shí)間頻率基準(zhǔn)研究進(jìn)入世界先進(jìn)行列

2007-1-4人民政協(xié)報(bào)美國科羅拉多州博爾德的國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所（NIST）1999年建成價(jià)值約為65萬美元，在2000萬年內(nèi)，它既不會少1秒也不會多1秒NISTF-1原子鐘

1915.8–2011.11NormanF.Ramsey1989年諾貝爾獎我國通過與多個(gè)國家進(jìn)行科技合作，成功研發(fā)出銫原子噴泉鐘，NI米標(biāo)準(zhǔn)原器是19世紀(jì)前的國際標(biāo)準(zhǔn)器，現(xiàn)在的長度單位定義為光用1/299792458秒在真空中傳播的長度米標(biāo)準(zhǔn)原器是19世紀(jì)前的國際標(biāo)準(zhǔn)器，現(xiàn)在的長度單位定義為1.2.5測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

自上而下逐級傳遞

圖1-5量值傳遞和溯源體系及計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)示意圖1.2.5測量標(biāo)準(zhǔn)的傳遞

自上而下逐級傳遞圖1-5量值1.3測量誤差的基本概念1.3.1測量誤差定義1.3.2測量誤差的來源儀器誤差影響誤差方法誤差人身誤差測量對象變化誤差1.3.3測量誤差的表示方法絕對誤差相對誤差1.3測量誤差的基本概念1.3.1測量誤差定義1.3.21.4測量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問題：信息的含義是什么？為什么信息可以被獲取？信息獲取是怎樣的過程？信息獲取過程中采用了哪些基本方法？這些方法的實(shí)現(xiàn)途徑是什么？信息獲取的限制因素及其克服措施是什么？測量是研究如何獲取被測對象信息的一門科學(xué)1.4測量信息的獲取原理本節(jié)中將主要闡述以下基本問題：1.4.1信息的概念

1．客體的實(shí)有的信息——客觀信息某事物客體所具有的信息，是指該客觀存在的事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的自我表述或自我顯示。

客體論的信息是一種客觀的存在，不以主體的存在與否為轉(zhuǎn)移，或者無論是否被其主體感受到，都絲毫不影響它的“自我表述”或“自我顯示”。任何事物都具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，同時(shí)處在一定的環(huán)境之中，正是這種內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部環(huán)境兩者綜合作用，決定了事物的具體運(yùn)動狀態(tài)和狀態(tài)變化方式。但在有時(shí)人們很難了解事物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀況，這時(shí)就只能把它看作一個(gè)“黑箱”，并通過它的外部聯(lián)系（如輸入/輸出關(guān)系等外部行為）的狀態(tài)及其變化方式來獲得信息。

1.4.1信息的概念

1．客體的實(shí)有的信息——客觀信息1.4.1信息的概念（續(xù)）2．主體認(rèn)識論的信息——主觀信息是指主體所感知或表述的關(guān)于該事物的運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式，及有關(guān)的形式、含義和效用。主體認(rèn)識論層次的信息的內(nèi)涵比客體論層次信息豐富得多。這是因?yàn)樽鳛檎J(rèn)識的主體：（1）具有感覺的能力，能夠感覺到信息的外在形式。（2）具有理解能力，能夠理解信息的內(nèi)在含義。（3）具有目的性，因而能夠判斷信息對其目的而言的價(jià)值。

1.4.1信息的概念（續(xù)）2．主體認(rèn)識論的信息——主觀信息1.4.1信息的概念（續(xù)）3.全信息——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)動狀態(tài)及其變化方式的外在形式、內(nèi)在含義和效用價(jià)值的主體認(rèn)識論層次信息。

4．實(shí)在信息、先驗(yàn)信息、實(shí)得信息

1.4.1信息的概念（續(xù)）3.全信息——是同時(shí)考慮了事物運(yùn)1.4.2測量信息獲取的原理框圖圖1-6測量(信息獲取)原理圖1.4.2測量信息獲取的原理框圖圖1-6測量(信息獲取1.4.3信息的感知1．感知的基本原理信息感知的基本機(jī)制在于要有某種組織或器官能夠靈敏地感受到被測對象運(yùn)動的狀態(tài)及其變化的方式信息感知，是感知事物運(yùn)動的狀態(tài)及其變化方式，其實(shí)質(zhì)是把客體論層次的信息轉(zhuǎn)換為主體認(rèn)識論層次的語法信息圖1-7信息感知原理框圖1.4.3信息的感知1．感知的基本原理圖1-7信息感知原1.4.3信息的感知2．感知的基本技術(shù)——傳感器與敏感器測量的第一個(gè)環(huán)節(jié)是信息的感知。傳感器是感知各種非電信息并把非電量轉(zhuǎn)換為電量輸出的器件或裝置，它是非電系統(tǒng)與電系統(tǒng)之間的接口，本質(zhì)上是完成信息載體的轉(zhuǎn)換。傳感器根據(jù)轉(zhuǎn)換的效應(yīng)可分為物理型、化學(xué)型和生物型三大類。例：熱敏電阻把被測溫度的變化轉(zhuǎn)換為電阻的變化。1.4.3信息的感知2．感知的基本技術(shù)——傳感器與敏感器風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器反射式光敏傳感器磁、氣、力敏傳感器超聲傳感器風(fēng)力參數(shù)傳感器地震檢波器反射式光敏傳感器磁、氣、力敏傳感器超1.4.4信息的識別1．識別的基本原理

識別是把感知的語法信息（信號形式）轉(zhuǎn)換成人們能夠理解的語義信息識別（分類）的基本原理是形式特征的比較。由于信息的類別不同，其形式特征也不相同，因此，理論上信息總是可以分辨（識別）的識別的原則是：相似而認(rèn)同，相異而拒斥由于識別環(huán)境存在固有干擾，待識別的信息天然不理想，理論方法不完備和信息類別相似性的表達(dá)不完善，因此，無論怎樣精巧地設(shè)計(jì)信息識別系統(tǒng)，完全無差錯(cuò)的識別是不現(xiàn)實(shí)的（誤差存在的絕對性）

1.4.4信息的識別1．識別的基本原理1.4.3信息的識別2．識別的基本技術(shù)為了把語法信息（信號）轉(zhuǎn)換人們能夠理解的語義信息，須使用信號的比較、變換、處理和顯示技術(shù)。（1）比較——用已知量和未知量比較。（2）變換——某些被測量不便于直接比較，無法直接觀測而采用了變換。為了獲得更高的識別分辨力和精度、更快的速度、更寬的量程而采用變換技術(shù)。例如，雷達(dá)測量飛機(jī)的距離，采用了把距離變換成時(shí)間，通過直接測量電脈沖來回傳輸?shù)臅r(shí)間來測得距離。（3）信息處理——泛指為了各種目的而對信息所進(jìn)行的變換和加工。（4）顯示原理——顯示的基本功能是把人眼不可見的信息轉(zhuǎn)化成為可見的信息1.4.3信息的識別2．識別的基本技術(shù)各種測量系統(tǒng)中對處理功能的需求可能很不同，處理內(nèi)容和復(fù)雜程度差異也很大，處理的方法也可能很不一樣。（1）人工處理方式例：一個(gè)模擬式的交流電壓表的原理框圖，它測量交流電壓的有效值。工作原理是被測交流電壓經(jīng)峰值檢波器變換成直流電壓（AC-DC電壓變換），然后經(jīng)直流電壓放大（幅度變換）和電壓轉(zhuǎn)換為電流輸出（電壓-電流變換），去驅(qū)動電表指針偏轉(zhuǎn)（電壓-指針偏轉(zhuǎn)換變換）。圖1-8交流電壓表原理圖各種測量系統(tǒng)中對處理功能的需求可能很不同，處理內(nèi)容和復(fù)雜程度（2）自動化方式圖1-9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖（2）自動化方式圖1-9數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理圖(3)智能化處理機(jī)器智能——人所賦予機(jī)器的一種智能智能包含信息、知識、策略和行為四個(gè)要素，具有獲取有用信息、由信息生成知識（認(rèn)識）、由知識和目的生成策略（決策）以及實(shí)施策略取得效果（施效）等四個(gè)方面的能力。圖1-10學(xué)習(xí)與決策環(huán)節(jié)的模型(3)智能化處理圖1-10學(xué)習(xí)與決策環(huán)節(jié)的模型1.5測量的量值比較原理測量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)識和區(qū)別被測對象的一種重要方法。測量是通過比較來取得一個(gè)定量的認(rèn)識

1.5.1基于比例變換的間接比較法（偏轉(zhuǎn)法）1.比例變換的原理（1）三種類型的子變換：A圖1-11偏轉(zhuǎn)法(直讀法)測量原理1.5測量的量值比較原理測量最基本的原理是比較，比較是認(rèn)1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法直讀式儀器的一個(gè)簡單例子。被測重物放在彈簧秤上，把物體的重量變成彈簧的彈性形變。然后，形變帶動機(jī)械式儀表的指針成比例的偏轉(zhuǎn)，指示出被測物體的重量。直讀式電壓表

圖1-12偏轉(zhuǎn)法(間接法)直讀式彈簧稱和直讀式電壓表1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）例：彈簧秤是偏轉(zhuǎn)法1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）（2）間接比較方法步驟為①校準(zhǔn)②測量

圖1-14間接比較法的過程1.5.1基于比例變換的間接比較法（續(xù)）（2）間接比較方法1.5.2基于差值示零的直接比較法1.差值測量原理:

被測量與標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較①

需要一個(gè)具有比較功能的電路，要求比較的范圍寬、靈敏度和分辨力高；②

需要一個(gè)與被測量同類的可變標(biāo)準(zhǔn)量參與比較，要求標(biāo)準(zhǔn)量準(zhǔn)確且可細(xì)微調(diào)節(jié)。比較功能可由運(yùn)算功能來實(shí)現(xiàn)有兩種方式：(1)差值運(yùn)算比較(2)比例運(yùn)算比較

圖1-15量值比較原理圖1.5.2基于差值示零的直接比較法1.差值測量原理:圖1-1.5.2基于差值示零的直接比較法2.差值示零的平衡調(diào)節(jié)（1）零示法原理:

圖1-16直接比較(零示法)原理圖1.5.2基于差值示零的直接比較法2.差值示零的平衡調(diào)節(jié)1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)

當(dāng)則1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）（2）實(shí)現(xiàn)平衡調(diào)節(jié)1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）對稱差動的橋式結(jié)構(gòu)

當(dāng)時(shí)，

1.5.2基于差值示零的直接比較法（續(xù)）對稱差動的橋式結(jié)構(gòu)1.6電子測量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)

變換技術(shù)

比較技術(shù)

處理技術(shù)

顯示技術(shù)

1.6電子測量中的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)

變換技術(shù)

比較技術(shù)1.6.1電子測量中的變換技術(shù)1.量值變換信號放大與衰減阻抗變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)1.量值變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）2.頻率變換

(1)檢波

(2)斬波

(3)變頻

(4)倍頻

(5)分頻

(6)合成

(7)取樣1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）2.頻率變換3.波形變換（1）整形（2）限幅（3）微分（4）合成（5）變換3.波形變換4參量變換（1）AVΩ變換（2）V/F變換（3）V/T變換（4）網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的變換4參量變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）5.能量變換能量變換是泛指其他多種形式的物理量與電學(xué)量之間的變換。傳感器就是能量變換器，即從非電量變換成電量6.模/數(shù)和數(shù)/模變換1.6.1電子測量中的變換技術(shù)(續(xù)）5.能量變換[例]試以數(shù)字多用表測量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測量中的應(yīng)用。①交流電流/交流電壓的變換；②交流電壓/直流電壓的變換；③直流電壓的幅值變換；④模擬/數(shù)字的變換；⑤BCD碼/七段碼的碼制變換；⑥顯示器件的電/光轉(zhuǎn)換。[例]試以數(shù)字多用表測量交流電流為例，闡述變換技術(shù)在電子測1.6.2電子測量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念被測量為x、標(biāo)準(zhǔn)量為s、比較電路輸出為y。當(dāng)x<s時(shí)，y=YL；當(dāng)x>s時(shí)，y=YH當(dāng)x=s時(shí)，y出現(xiàn)一個(gè)躍變信號1.6.2電子測量中的比較技術(shù)1.比較的基本概念1.6.2電子測量中的比較技術(shù)(續(xù))（1）比較的基本類型：①標(biāo)量比較——它只識別兩個(gè)同類的未知量是否相等，例如兩