元件测量(1)

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1、元件测量课件,熊新强,第一章 绪论,1.1 测量与计量,测量 = 被测量 + 标准量,被测量：被测对象的大小或量值。,标准量：即计量标准的大小或量值。,将被测量与同类标准量进行比较的过程。,被测量 定义1：被测的特定量。 应用学科：电力（一级学科）； 电测与计量（二级学科）。 定义2：受到测量的量。 应用学科：机械工程（一级学科）； 机械工程(3)总论（二级学科）； 仪器仪表基本名词（三级学科）。,计量标准定义： 用以定义、实现、保持、复现一个甚至多个已知量值的实物量具、测量仪器或测量系统，其目的是通过比较把该单位或量值传递到其他测量器具。 计量标准还包括用以保证测量结果统一和准确的标准物质、

2、标准方法和标准条件。,1.1.1 测量及其重要意义,一.测量,定义：为确定被测对象的量值而进行的实验过程。,定义：以确定量值为目的的一组操作。目前这一定义在世界范围内是一致的。,1.测量定义,2.测量分类,按方法分类：,直接测量,间接测量,按条件分类：,等精度测量,非等精度测量,1.测量是认识物质世界的工具,例如超导体的发现；,二.测量的重要意义,按照能带理论，在严格周期性势场中运动的电子，电子运动不受到“阻力”，只是当原子振动、杂质缺陷等原因使晶体势场偏离周期场，使电子运动发生碰撞散射，由于晶格原子振动对电子的散射引起金属的电阻。,散射概率与原子位移的平方成正比，在足够高的温度下与温度T成正

3、比； 在低温下，只有那些低频的晶格振动，也就是长声学波，才能对散 射有贡献，而且随着温度降低，有贡献的晶格振动模式的数量不断减少，呈现出金属导体的电阻会随着温度降低而逐渐减少。,然而，对于普通导体如铜和银，即使接近绝对零度时，仍然保有最低的电阻值，这是在实际材料中存在杂质与缺陷，也将破坏周期性势场，引起电子的散射。 金属中杂质和缺陷散射的影响，一般说来是不依赖于温度T的，而与杂质和缺陷的密度成正比，它们是产生剩余电阻的原因。,2.建立和掌握物质运动规律的途径,自然科学中的实验规律都是通过测量建立的，如自由落体运动规律。,3.建立和验证理论体系的方法和标准,如爱因斯坦光量子理论的验证。,4.现代

4、工业生产的基础,现代工业是指采用现代生产技术设备的工业生产。主要包括生产工艺过程的机械化、电气化、强速化、精密化和自动化等。,现代工业的意识：增值意识、成本意识、效率意识、问题意识、改革意识。,美国的泰勒进行时间研究： 泰勒在钢铁工厂用秒表观察工人用铁铲铲煤作业时发现每铲煤重量为21.5镑时每天的的搬动量最大，可以从12.5吨提高到48吨，搬动成本降低为原来的46%，工人工资可增加2.16倍。,吉尔布雷斯的动作研究： 吉尔布雷斯通过标准和规范工人的砌砖方法使每人作业效率从每小时120块提高到350块。,人机操作图：,ISO9000系列标准对企业的质量体系提出明确的要求，对产品从产品设计、原料采

5、购、生产过程控制、产品检验和试验等二十多个环节的质量控制提出具体且明确的规定。,5. 保证产品质量的关键,全面质量管理，强调对产品生产过程实时测量、实时控制的重要性。,原油外输计量工作的水平关乎原油贸易的公平与公正，也关系到公司的商业诚信。海上原油动态计量是海上原油贸易交接的主要计量方式，使用的器具以流量计为主。国家标准GB9109.1-88原油动态计量一般原则要求用于贸易交接的流量计基本误差不大于2。,6. 进行公平贸易的依据,含水测量。贸易双方结算的依据是原油的净数量，因此抽取有代表性的样品进行准确的含水测量，是数量鉴定中的一个重要环节。,三.测量及测量要素,1.测量 定义1：以确定量值为

6、目的的一组操作。目前这一定义在世界范围内是一致的。,定义2：为确定被测对象的量值而进行的实验过程。,测试：具有试验性质的测量。,2.测量要素,测量对象，即被测量；,测量单位:测量时所用的计量单位；,测量方法：进行测量时所用的，按类别叙述的一组操作逻辑次序。包括测量器具和使用的方法。,测量不确定度：,定义1：表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数。,定义2：对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度。即表征测量值可靠程度的指标。,定义3：是表征被测量的真值所处的量值范围的评定。,3.测量不确定度与测量误差的区别,测量不确定度表明赋予被测量之值的分散性，是通过对测量过程的分析

7、和评定得出的一个区间。,测量误差则是表明测量结果偏离真值的差值。,不确定度理论是在误差理论基础上发展起来的，其基本分析和计算方法是共同的。,四.测量技术和测量器具,1.测量技术：为实现测量而采用的原理、方法、手段和技术措施。,2.测量器具：为测量目的而用的技术装备（包括仪器和量具）。选择测量器具的依据是被测对象的特点和测量误差的大小。,1.1.2 计量的基本概念,一.计量,1.定义：是利用技术和法制手段实现单位统一和量值准确可靠的测量。,2.计量的特征：,准确性：表征计量结果与被测量真值的接近程度。,一致性（统一性）：即单位统一和量值统一两个方面。单位统一是量值统一的重要前提。量值的一致是指在

8、给定误差范围内的一致。,溯源性：为了使计量结果准确一致，任何量值都必须由同一个基准（国家基准或国际基准）传递而来。,法制性：计量的社会性本身就要求有一定的法制来保障。我国于1986年7月1日实行中华人民共和国计量法。,二.计量器具,1.定义：是指能用以直接或间接测出被测对象量值的装置、仪器仪表、量具和用于统一量值的标准物质。,2.计量器具按结构特点分类可以分为以下三类：,量具：即用固定形式复现量值的计量器具，如量块、砝码、标准电池、标准电阻、竹木直尺。线纹米尺等；,计量仪器仪表：即将被测量的量转换成可直接观测的指标值等效信息的计量器具，如压力表、流量计、温度计、电流表。心脑电图仪等；,计量装置

9、：即为了确定被测量值所必须的计量器具和辅助设备的总体组合，如里程计价表检定装置、高频微波功率计校准装置等。,3.计量器具按计量学用途分类可以分为以下三类：,计量基准器具,计量标准器具,工作计量器具,计量基准器具： 定义1：是用于确定定义、并保存和复现单位的计量器具。分为国家基准、副基准和工作基准。 定义2:用来复现某一基本测量单位的量值，它是指一个国家直接按物理量单位定义、用以复现和保存计量单位量值，具有最高准确度水平的基准。只用于鉴定各种量具的精度，不直接参加测量。,计量标准器具： 定义1：是指为了定义实现保存或复现量的单位或一个或多个量值用作参考的实物量具。 定义2：根据计量基准复现出不同

10、等级的便于经常使用的计量标准量具或仪器，简称计量标准器具。 计量标准的准确度等级在计量基准之下，工作计量器具之上。,按精度高低又分为一级标准、二级标准和三级标准。,通过这些标准经常性地对日常工作仪器进行检定，确定其量值的精确度大小。除标准器具外，还有标准物质。,工作计量器具：是指一般日常工作中所用的计量器具它可获得某给定量的计量结果。,工作计量器具不用于检定工作，只用于日常测定，必须定期用计量标准来检定其性能，判断其是否合格。,4.计量单位：,根据定义而令系数为1的量称为单位。单位是表征测量结果的重要组成部分，又是对两个同类量值进行比较的基础。,计量单位指为定量表示同种量的大小而约定的定义和采

11、用的特定量。计量单位应具有明确的名称、定义和符号。,国际单位制， 简称SI：,国际单位制包括7个基本单位： 长度米，质量千克（公斤）， 时间秒，电流安培， 热力学温度开尔文， 物质的量摩尔， 发光强度坎德拉。,三.计量与测量的关系,计量的任务是确定测量结果的可靠性。 计量是测量的基础和依据。 没有计量，也谈不上测量。 计量和测量相互配合，才能在国民经济各个领域发挥重要作用。,测量发展的客观需要才出现了计量。 测量是计量应用的重要途径。 没有测量，计量将失去价值 为了保证测量结果的准确性，必须定期对仪器进行检定和校准，这个过程就是计量。,计量工作是国民经济中一项极为重要的技术基础工作，它在工农业

12、生产、科学技术、国防建设以及人民生活等各个方面起着技术保证和技术监督的作用。,1.1.3 电子测量：,二.电子测量对象,一.定义：电子测量是以电子技术理论为依据，以电子测量仪器和设备为手段，以被测电气及电子参量为对象。,1.电能参数：包括电流、电压、功率、电场强度等的测量。,2.电路（元器件）参数：包括电阻、电容、电感、阻抗、品质因数、电子器件参数等的测量。,3.电信号特性参数：包括波形、频率、周期、时间、相位、失真度、调制度、逻辑状态等的测量。,4.电路性能的测量：包括增益、衰减、灵敏度、通频带、噪声系数等的测量。,5.特性曲线的显示测量：包括幅频特性曲线、器件特性曲线等的显示测量等。,6.

13、非电量测量：通过传感器，可将温度、压力、流量、位移等非电量转换成电信号后进行测量。,1.2 本课程的任务,一.主要任务： 1.测量误差和数据处理 2.电子元件阻抗参量的测量原理 3.元件参数的测量方法和典型测量仪器,二.学习重点： 1.测量误差和数据处理 2.电压测量 3.基本测量原理和基本测量方法,2.1 测量误差的基本概念,第二章 测量误差与数据处理,一.测量 定义1：以确定量值为目的的一组操作。目前这一定义在世界范围内是一致的。,定义2：为确定被测对象的量值而进行的实验过程。,2.1.1 测量误差的基本概念,二.真值 1.定义：被测对象客观存在的真实大小。,2.真值是一个理想的概念，一般

14、是无法得到的。,3.计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。,三.测量误差,测量结果与被测量的真值之间的差。,四.误差理论,运用数学的方法去研究误差的性质、出现误差的规律和如何减小误差对测量结果的影响等问题的理论。,五.研究误差理论的目的 1.合理评价测量结果的误差。,2.正确处理测量数据，以得到接近真值的最佳结果。,3.指导实验设计，合理选择测量器具、测量方法和规定测量条件，以便得到最佳的测量结果。,六.真值的确定（约定真值） 1.由国家基准或当地最高计量标准复现而赋予该量的值。,2.采用权威组织推荐的该量的值。,3.用某量的多次测量结果的平均值来确定该量的约定真值。,七.测量误差的分类

15、 系统误差、随机误差和粗差。,1.系统误差：是指在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号保持不变(称为恒定系统误差)，或在条件改变时，按一定规律变化的误差(称为变值系统误差)。,变值系统误差又分为线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差三种类型。,2.随机误差：是指在同一条件下，多次测量同一量值时，绝对值和符号以不可预知方式变化的误差。,这种误差是随机变量，它服从正态概率分布规律，可以用统计分析方法进行处理。,3.粗大误差：是指在一定的测量条件下，测量值明显地偏离实际值所形成的误差。,该误差主要是由主观因素产生，如操作时疏忽大意；读数、记录、计算错误等。另外，环境条件的反常突变因素

16、也是产生这些误差的原因。,一.描述测量结果的术语,2.1.2 测量结果的评定,1.精度,2.精密度,3.正确度,4.精确度,5.灵敏度,1.精度:指测量的精确细密程度。通常泛指测量中可靠部分所占比重大小，但不确指哪种误差，只是一个比较笼统概念。,2.精密度：在同一条件下,用同一方法对同一真值进行多次独立测量,各次测量值之间的一致程度（复现程度），即测量数据重复性的大小。精密度是表征测量结果中随机误差大小。,3.正确度（准确度）：在同一条件下,用同一方法对同一真值进行多次独立测量,测量值与真值的符合程度。正确度是表征测量结果中系统误差大小。,4.准确度（精确度）：既指测量值之间的一致程度，又指测量值与真值的符合程度，是精密度和正确度的综合概念。准确度综合表征随机误差和系统误差大小的程度。,5.灵敏度:,定义1：仪表、传感器等装置与系统的输出量的增量与输入量增量的比。,定义2：计量仪器的响应变化值除以相应激励变化值。,定义3：系统参数的变化对系统状态的影响程度。,二.精密度