第10章 各种物理量的测试计量(下)#高级课件

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1、第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.1 光学计量光学计量10.2 声学计量声学计量10.3 化学计量化学计量10.4 电离辐射计量电离辐射计量 习题习题 1精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.1 光学计量光学计量 10.1.1 光度计量1光度计量的主要内容和计量单位 光源发光的强弱、照明的效果是用人眼的视觉来衡量的,在可见光范围内,人的眼睛对不同波长的光的敏感程度是不相同的,这就造成人眼对能量相同、波长不同的光所感受到的明暗程度是不同的。2精编

2、课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 为了测光的统一和准确,根据对许多正常人眼的研究,求出了各种波长的平均相对光谱灵敏度。1942年,国家照明委员会（简称CIE）规定了国际统一的平均人眼光谱特性曲线,称为平均人眼的“光谱光效率”或“视见函数”,以V(）表示。 光度计量一般是指对可见光各种参数的计量,主要有发光强度、光通量、光照度和光亮度等。 3精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1） 光通量 光通量是单位时间内通过某一面积,并按国际约定的平均人眼视觉特性评价的光辐射通量,用表示,单位是流明（lm）。流明的定义是: 光强度

3、为1坎 (cd)的均匀点光源,在1球面度(sr)立体角内发射的光通量。2） 光强度 光强度是点光源在给定的方向上在单位立体角发射的光通量,用I表示,单位是坎（cd）。4精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 坎德拉的定义是: 一光源在给定方向上的发光强度,该光源发出频率为5401012Hz的单色辐射,且在此方向上的辐射强度为1/683 W/sr。3）光照度 光照度是入射在单位面积上的光通量,用E表示,单位是勒克斯（lx）。 (10.1.2)(10.1.1) 5精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 勒克斯的定义是: 1 l

4、m的光通量均匀分布在1 m2表面上所产生的光照度。 4）光亮度 光亮度是一个具有一定面积的光源（包括非自发光源表面）在指定方向上单位投影面积的发光强度,用L表示,单位是尼特（nt）。(10.1.3)6精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2 光探测器 光探测器是进行光学计量的重要器件。就其探测范围而言,包括可见、红外、紫外光区。就其测量类别而言有直观和客观两类。 客观的光探测器一般有三类: （1） 光电效应探测器: 有光电管、光电倍增管、光导管、光电池等。当受到光照时,光电效应产生的光电流与被照表面吸收的光通量成正比,且与照射波的波长有关。 7精编课件第第

5、10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （2） 热电效应探测器: 如热电偶、热敏电阻等。此类探测器只与接收的辐射通量有关,与入射光的波长无关,是无选择性的探测器。（3） 光化学效应探测器: 如照相底片。3 测光光度计测光光度计有以下几种：（1） 陆末-布络洪光度计。 陆末-布络洪光度计也称为目视光度头。通过不断改变光源到漫射板的距离,并用人眼观测,很容易使得在一定距离上漫射板两边的照度一样。这样就可以求出两光源的发光强度之比,通过已知灯的光强度值来标定待测灯的光强度。 8精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （2） 数字式光电光度计

6、。 数字式光电光度计是用光电法进行光度计量的仪器,即用各种光电接收器和电测仪表相配合进行计量。常用的接收器有光电池、光电管和光电倍增管等。不同光源光度量的计量,需选择不同物理性质的光电接收器,采用不同方式来指示光度量。硒光电池就是较普遍用于光度计量的光接收器,其优点是精度高、测量时间短。（3） 球形光度计。 球形光度计又称积分光度计或积分球。它是内部中空而外部完整的球壳,根据光源功率和外部尺寸的大小,有不同直径的球可供选择。球上有一窗口,球内涂有反射率为的白色漫射层并装有待测灯,光通过漫反射经窗口射到接收器上,这部分光通量正比于待测灯的总光通量。9精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下

7、）各种物理量的测试计量（下） （4）分布光度计。 分布光度计是通过计量光源的光分布,即照度分布,计算出被测光源的光通量的大型仪器。一般应用于大功率和光分布不均匀的光源的计量。4光度量的计量方法1）光度计量原理 光度计量有主观计量和客观计量之分,主观计量以人眼为接收器进行计量,客观计量以各种物理接收器与电测仪器来进行计量。在计量中,正确掌握光度学的一些基本原理以及适用的条件是十分重要的。 10精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (1) 朗伯定律。朗伯定律是与发光强度和亮度有关系的。如果有一个面积为A的均匀发光面,它在某一方向上的亮度为L,则在这个方向上的发

8、光强度I为 I=LAcos (10.1.4)式中,为发光面法线与指定方向的夹角,称为方向角。 如果这个面光源的亮度在各个方向上均相等,即亮度不依赖于方向角,则下标可以取消,亮度L为一个常数,则式（10.1.4）可写为 I=LAcos (10.1.5)11精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 而垂直于发光面的发光强度I0=LA,代入式（10.1.5）可得 I=I0 cos (10.1.6) 上式表明,一个亮度在各个方向上均相等的发光面,在某一个方向上的发光强度等于这个面垂直方向上的发光强度I0乘以方向角的余弦。这就是著名的朗伯定律,式（10.1.6）就是朗伯

9、定律的数学表达式。凡是亮度在各个方向上均相等的发光面,都被称为朗伯发射面或朗伯体,有时也叫均匀漫射面或均匀漫射体。例如,黑体辐射器就是一个朗伯体。在光辐射计量中经常用到的漫射器如乳白玻璃、白色反射板等也在很大程度上近似于朗伯体。 12精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (2) 距离平方反比定律。设有一个点光源,它在各个方向上的发光强度都等于I,在距离这个光源足够远的l处,可以把传播着的波阵面看做球面,即有一垂直面积为dA的受光面元。光源在某一很小的立体角d范围内发出的光线是均匀的,根据发光强度与光通量之间的关系,这个受光面所接收到的光通量为d=Id (1

10、0.1.7)其中 (10.1.8) 13精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 为点光源对受光面所张的立体角。因此有 (10.1.9)将上式代入照度公式E=d/dA,可得 (10.1.10) 式(10.1.10)表明,垂直于光线传播方向的被照表面的光照度与从光源到该表面的距离的平方成反比,这称为距离平方反比定律。 14精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (3) 光照度的余弦法则。 设点光源在某一很小的立体角d范围内均匀发出光线,与该立体角相截的任意横截面dA上的光照度为E。如果dA不垂直于光线,即其法线与光线有一夹角,

11、则dA在垂直于光线方向的投影为dAcos。所以 (10.1.11)因此,被照表面dA上的光照度为 (10.1.12)15精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 从式(10.1.12)可以看出,被照表面的光照度和该表面法线与光线方向之间夹角的余弦成正比,这称为光照度的余弦法则。 2） 光强度的计量 光强度的计量通常采用比较法,有等光照度法和等距离法两种。 (1) 等光照度法。 等光照度法是使标准灯、待测灯和比较灯在接收器表面产生的光照度都相等,然后用距离平方反比定律进行计算。最后,待测灯的光强度可用下式计算得出： (10.1.13)16精编课件第第10章章 各

12、种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (2) 等距离法。 等距离法是使标准灯、待测灯、参考灯到光电接收器表面的距离都相等,且位于同一侧。参考灯用来监视被测量系统的稳定性,根据光电流i的变化,通过计算可得待测灯的光强度为 (10.1.14) 3） 光照度的计量一般光照度的计量是使用照度计进行直接计量。在照明工程中,除用照度计直接计量外,有时还可以通过光源的光强度或光亮度值来计算光照度。 17精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 设有一朗伯发光表面dA,它在各个方向上的光亮度L是相同的,如图10.1.1所示,则距离dA发光面l远的被照表面dS上的

13、光照度是多少？连接两表面,其连线与两表面法线间夹角分别为和,由光照度的余弦法则可知被照表面的光照度为(10.1.15)18精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图 10.1.1 计算光照度示意图19精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 又根据朗伯定律,发光表面在两表面连线方向的光强度为 dI=LdAcos (10.1.16) 所以上式为符合朗伯光源的光照度的一般计算公式,据此可计算出线状光源、面光源、圆盘光源等的光照度。 (10.1.17)20精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下）

14、4） 光通量的计量 同色温光源光通量计量的比较方便的方法是用积分球并采取替代法进行相对计量。在球内轮流点燃标准灯和被测灯,由光电池接收器分别在读数仪表上测出对应的窗口光照度E标和E待,这样得出(10.1.18) 即通过已知标准灯的光通量标,可计算出被测灯的光通量值待。21精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 5） 光亮度的计量 发光面亮度的计量一般使用亮度计,还可以通过计量光照度来求出光亮度。 对于光亮度较高的大面积光源,在内壁涂有无光泽的黑色涂料的管子里,装两个可移动的带孔光栏G,可以防止杂散光经窗口射入光电池硒,如图10.1.2所示。窗口A对准并垂直被

15、测发光表面S,管子长为l,当l比S的线度大得多时,可把窗口看做是点光源。设亮度为L,则窗口的光强度为LS,它在接收器上产生的光照度为(10.1.19)22精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图10.1.2 计算光亮度示意图23精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 即有 当光源与窗口之间介质为空气且距离不大时,窗口处的光亮度即可看做光源被测部分的光亮度,测出光照度E,就可算出光亮度值L。10.1.2 辐射度计量 辐射度计量类似于光度计量,但是不考虑人类视觉系统的特性。光辐射计量,已经是把光看成是一种辐射能量,无论是红外

16、、紫外, 还是可见光,都用“功率”和“能量”等绝对单位来计量。辐射度计量的主要参数有辐射通量、辐射强度、辐射亮度和辐射照度等。辐射度学的量的定义与光度学中的对应量类似,它们常用的量和单位如表10.1.1所示。 (10.1.20)24精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 表10.1.1 光度学、辐射度学常用的量和单位25精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1 黑体辐射定律光辐射计量的一个基本理论是关于黑体辐射的理论。黑体是一个理想的概念,是能够在任何温度下把射到它上面的所有波长的辐射完全吸收的假想体。 从理论上讲,任何

17、物体只要它的温度在绝对零度以上,都能发出电磁辐射能量,任何物体又都能够或多或少地吸收射到它上面的辐射能量,从而引起内能的变化,如果热量不被带走的话,物体的温度将会升高。基尔霍夫通过试验发现,对所有物体,物体发出的辐射（即辐出度Me）与吸收辐射的比值是相同的,是波长和温度的函数,而与物体的材料和形状无关,即26精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 这就是基尔霍夫定律。对于黑体有=1,且黑体是辐出度最高的物体。 普朗克定律则给出了黑体辐出度的具体数学表达式式中,Me, 是波长为时的光谱辐出度; c1为第一辐射常数,c1=2hc2=3.740810-16Wm2,

18、h为普朗克常数,c为光速; c2为第二辐射常数,c2=hc/k=1.438810-2mK, k为玻尔兹曼常数; 为波长; T为绝对温度。知道了黑体的温度,就可以算出黑体光谱辐出度随温度的变化,也就可以用各种温度下的黑体作为测量光谱能量分布的计量基准。(10.1.21)(10.1.22)27精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 将普朗克公式(10.1.22)进行适当的数学变换后,可以得出维恩位移定律的数学表达式式(10.1.23)表明辐射本领最大的波长m与黑体的绝对温度T的乘积是一个常数。 将普朗克公式(10.1.22)对所有波长进行积分,就可得到黑体在某一

19、温度下的总辐出度Me=T4 Wm-2 (10.1.24)这就是斯忒藩-玻尔兹曼定律,其中(10.1.23)28精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 称为斯忒藩-玻尔兹曼常数,它是热力学中一个重要的物理常数。式(10.1.24)表明黑体的总辐出度Me与绝对温度的四次方成正比。2光谱能量分布计量光源的光谱辐射亮度（强度、通量）与波长的关系,称为光源的光谱能量分布。如果以波长为横坐标,以辐射亮度（强度、通量）为纵坐标,可以画出光谱能量分布曲线,从曲线中可以知道光源辐射的波长范围,某一波长的辐通量,以及这一波段的能量占总能量的百分比等等。29精编课件第第10章章

20、各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 要计量光源的光谱能量分布,就必须按光源波长（颜色）分别进行测量,单色仪就是能将光源颜色分开的仪器。计量光源相对光谱能量分布采用的是将待测灯与标准灯相比较的测量方法,测量中用单色仪作分光器。 30精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 在某一波长下用光电探测器测出标准光源的输出信号is (),保持测量条件不变,用待测光源替代标准光源,测出待测光源的输出信号ix (),标准光源在波长为时的光谱辐射亮度Ls ()是已知的,则待测光源在波长为时的光谱辐射亮度Lx ()为其中, M为与波长无关的常数,在计量相对光谱

21、能量分布时,不需要测出M的具体数值。改变就可以求出各波长下待测光源的相对光谱辐射亮度。 (10.1.25)31精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 其中, M为与波长无关的常数,在计量相对光谱能量分布时,不需要测出M的具体数值。改变就可以求出各波长下待测光源的相对光谱辐射亮度。 用干涉滤光片测出光源某一波长辐射亮度的绝对值,再根据光源的相对光谱能量分布曲线,可以推算出光源的绝对光谱能量分布曲线。10.1.3 激光计量激光计量是光学计量的新领域,主要研究连续激光和脉冲激光的功率和能量。一般对连续激光计量功率,而对脉冲激光则计量能量。32精编课件第第10章章

22、各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1 激光功率和能量的计量方法激光是一种受激辐射的电磁能,它可以根据电磁辐射与物质相互作用的原理,把电磁辐射转变成其他形式的能量加以计量。激光功率和能量的计量方法与光辐射的基本计量方法相同,常用的方法有光热法、光电法、光压法、光磁法等。1） 光热法 光热法是根据光的热效应,通过测量光能转换成热能后引起的物体的温度、压力、体积和电阻的变化,达到测量激光功率的目的。常采用热电堆、热敏电阻或热敏气动器（高莱探测器）等热敏探测器进行探测。33精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 光热法的最大优点是应用的光谱范围宽

23、,而且光谱响应平坦,灵敏度可以做到不随激光辐射束的波长和入射角而变,性能长期稳定、线性良好。2） 光电法光电法基于光电器件的光电效应。当光辐射能入射到光电器件上时,由于入射光子与材料的束缚态电子相互作用,产生了一定的光电效应,从而使探测器输出光生电动势。常用的探测器有光电二极管、光电池和光敏电阻等内光电效应器件,也有使用光电管和光电倍增等外光电效应器件的探测器。34精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 光电法具有灵敏度高和响应时间快等优点。由于光电探测器的响应是由光子与束缚态电子直接相互作用决定的,因此光谱响应随波长变化较大,应用波长范围较窄,它是一种有选

24、择性的探测器。3） 光压法 光压法基于光压效应。目前主要使用的是光子牵引探测器,是近几年发展起来的一种新型探测器,主要用于二氧化碳激光的测量。当强光照射某些半导体材料时,由于入射光子与自由载流子之间产生动量传递作用,牵引半导体中的自由载流子（电子或空穴）沿着光照方向相对于晶体运动,从而产生光电子牵引电压,其电场方向与载流子方向相反,这种效应称为光子牵引效应。35精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 光子牵引探测器就是根据光子牵引效应制成的。其优点是响应速度快,不需外接电源,缺点是灵敏度低,只能在强光照射下才有响应,不适用于作微弱光信号探测器。4） 光磁法光

25、磁法基于光磁电效应。将半导体置于强场中,当半导体表面受到光辐射照射时,在表面便会产生光生电子-空穴对。表面的电子与空穴浓度增大,便要向外扩散,在扩散过程中受到强磁场的作用,空穴和电子便向相反的方向产生偏转,使半导体的两端分别积累正电荷和负电荷,从而在半导体内产生电场,阻碍电子与空穴的继续偏转。 36精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 此时如果把半导体两端接上负载,则产生电流,两端开路时则有开路电压, 这种现象称为光磁电效应。利用光磁电效应制成的探测器叫做光磁电探测器。其优点是光谱响应较宽,响应速度较快,不需要加偏压,内阻很低,有良好的稳定性和可靠性; 缺

26、点是响应度不够高,而且需要附加磁场装置,测量电路较为复杂,易于受到外界环境的干扰,因而大大影响了其使用。2激光功率计量 激光功率计量按其大小分为小功率、中功率和大功率计量。通常把功率范围为 0.1100 mW 的激光功率称为小功率,把130 W范围的激光功率称为中功率,把30 W以上的激光功率称为大功率。37精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1） 激光小功率计量激光小功率计量工作标准是平面补偿型绝对辐射计,由外壳和接收器两部分组成。接收器部分主要由氧化绝缘的硬铝底座、镀金云母片、基片、黑吸收层、热电堆组成。当一束待计量的激光射到辐射计的接收面上时,被表

27、面黑吸收层吸收,接收面就会变热,并通过加热丝和云母片传到基片上,在基片上产生一个均匀的温场,很快热量就传到粘附在基片背面的热电堆,热电堆的热电势变化能表示出辐射计受光照时所产生的温升。38精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 然后遮断光照,在加热器上通以电流,并使热电堆给出同样的热电势变化,则加热所用的电功率就代表了待计量的激光功率。平面补偿型绝对辐射计在测量波长为0.31.5 m时,测量的功率范围为0.1500 mW, 测量不确定度为2%。2） 激光大、中功率计量绝对型激光大、中功率计量标准一般采用流水式功率计。这种功率计在结构上采用锥体接收,导杆传热冷

28、却的形式,如图10.1.3所示。 39精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图10.1.3 流水式激光功率计40精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 当激光束入射到内锥体壁上时,内锥体吸收光束的能量,并把光能转换成热能。热能沿导杆向散热器方向传递,形成温度梯度,并通过以恒定流速流过内锥体外壁的水把内锥体吸收的热能带走。由于从进水口流入的水通过内锥体外壁时吸收了一定的热能,温度升高,因此,出水口的水与进水口的水相比有温差,在导杆的进水口和出水口处装有测量温差的热电堆,由此产生一定的热电势。在水流速恒定的情况下,激光功率的

29、大小与热电堆输出的热电势的大小成正比关系,这样就把光能测量问题转换为较容易实现的电能测量,根据热电堆产生的热电势的大小就可以确定入射激光功率的大小。 41精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3 激光能量计量激光能量计量主要是采用电能校准的光热型能量计,其工作原理是经典的量热学方法。为了适应激光能量不同量程、波长、峰值功率或能量密度的计量,有B型、Z型和D型三种类型的能量计可供选择。这三种激光能量计分别适用于大、中、小激光能量的计量。（1） B型能量计。B型能量计是体吸收型的能量计,脉冲激光能量不是在一个面上被吸收,而是在一个体型吸收器内被吸收,以免引起瞬

30、时局部高温而产生不良影响。B型能量计作为激光能量工作标准,其准确度为2%,重复性优于0.4%。 42精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （2） Z型能量计。Z型能量计是一种激光小能量计量标准,是以双锥腔为接收器的能量计,锥形结构使光束经多次反射而被全部吸收,因此,该能量计属于全吸收型能量计。其优点是工作波段宽,但是损伤阈值很低。多用于宽脉冲或连续脉冲激光能量的计量。（3） D型能量计。D型能量计是一种激光大能量计。其接收器是一内壁抛光成镜面并镀镍的方形钢管,称为接收腔。激光射入接收腔,经多次反射逐渐被接收腔吸收。接收腔左右外壁粘附着热电偶,上下外壁按一定

31、的密度贴着电加热丝,模拟激光吸收的路径,以此来计量出激光的能量。 43精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.1.4 色度计量1 色度系统 产生颜色视觉是光辐射作用于人眼的效应,而物体的颜色既取决于光作用于物体的特性,又和人眼的视觉特性有关。因此,国际照明委员会规定了适用于匹配等能光谱刺激的（X）（Y）（Z）三原色数量,即标准色度观察者的光谱三刺激值,以代表人眼的平均颜色视觉特性,用于色度计量计算和颜色标定。 44精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1931年CIE在RGB系统的基础上,建立了CIE1931色度图

32、,（R）（G）（B）分别代表红、绿、蓝三个原色。根据颜色混合原理,任何一种颜色都能够用三个原色的适当比例相混合获得,因此,要确定某一颜色,就必须采用匹配某一颜色的三原色比例。对某一特定颜色刺激的色度坐标与光谱三刺激值 、 、 的关系为 (10.1.26) 45精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） x色度坐标相当于红原色的比例,y色度坐标相当于绿颜色的比例,z色度坐标相当于蓝原色的比例,且x+y+z=1。2 光源的色温和相关色温 不同的光源,由于发光物质的成分不同,光谱功率分布有很大差异,一定的光谱功率分布表现为一定的光色。光源的光色不仅和它发光时的温度有关

33、,而且在和黑体辐射源的光色相匹配的情况下,还和此时黑体辐射源的温度有关。因此,可以把光源的光和黑体辐射的光相比较来描述光源的光色。 46精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 光源色温是指发出和某光源具有相同光色的黑体辐射源的绝对温度。也就是用黑体辐射源加热到不同温度时所发出的不同颜色来描述光源的颜色。 当光源的光色与黑体辐射源的光色不相同时,色温的概念被拓广,提出了相关色温的概念。在某一确定的均匀色度图中,如果某光源与某一温度下的黑体辐射源具有最接近的相同的光色,则此时黑体的这个绝对温度叫做该光源的相关色温。也就是说,光源的光色在色度图上不一定准确地落在黑

34、体轨迹上,而常在轨迹附近。由于光源的色度坐标并不恰好是黑体轨迹上的色度坐标,因此用光源与黑体轨迹最接近的颜色来确定该光源的色温。 47精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3 色度计量方法 一个物体的颜色是由其色度坐标来表示的,为了计量光源或物体的色度坐标, 应先对光源的光谱功率分布或物体的光谱透过率或反射率进行测定,然后计算出颜色的三刺激值,最后由三刺激值转换成色度坐标。对于投射物体和反射物体,CIE规定了标准照明体的相对光谱功率分布,只需测量得到物体色刺激的光谱透过率或光谱反射率,就可以通过计算得出物体的色度坐标。 48精编课件第第10章章 各种物理量

35、的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 光谱光度测色法就是应用上述原理,通过定量比较“标准”和样品在同一波长的单色辐射功率,进一步测得其光谱反射率因数或光谱透过率,从而得出物体的三刺激值和色度坐标。采用光谱光度测色法制成的色度计量仪器是光谱光度测量仪。4 色度计量仪器 色度计量仪器主要可分成两类: 分光测色仪器和色度计。分光测色仪器是色度计量中最基本的仪器,这类仪器不直接测量颜色的三刺激值,而是测量物体的光谱反射或光谱投射特性,再用CIE推荐的标准照明体和标准色度观察者的光谱三刺激值,通过计算求得被测物体的三刺激值。49精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（

36、下） 光谱光度测量仪就是一种分光测色仪器。而色度计不同,它的响应很像人眼的视觉系统,可通过直接测得与颜色的三刺激值成比例的仪器响应数值,直接换算出颜色的三刺激值。色度计获得三刺激值的方法是由仪器内部的光学模拟积分来实现的,也就是用滤光镜来校正仪器光源和探测器的光谱特性,使输出的电信号的大小正比于颜色的三刺激值。色度计包括目视色度计和光电色度计两类。50精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.2 声学计量声学计量 10.2.1 声学计量的基本参量当一个物体振动时,在它的周围就会产生声波,这个由于振动而引起发声的物体就称为声源。声波通常指弹性媒质中传播的压

37、强、应力、质点位移、质点速度等的变化。一般来说,凡是弹性媒质,例如空气、液体和固体等都能够传播声波。声波是以纵波的形式在弹性媒质中传播的。 51精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 声波的频率很广,从10-41012Hz。按照频率范围,声波可以分为次声、可听声、超声和特超声。次声是频率低于人耳听觉下限的声,其频率范围为10-420Hz。听声也称为可听声,是正常人耳可以听到的声音,其频率范围大致为2020000Hz。日常生活中所说的声音, 一般都是指听声。超声是频率高于人耳听觉上限的声音,即频率高于20 000 Hz、 低于5108Hz的声。特超声是频率为5

38、1081012 Hz的声。 52精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1 声压、声强和声功率 声学计量的基本参量有三个,即声压、声强和声功率,其中最主要的是声压。因为声强和声功率的计量相当困难,而声压的计量往往比较容易,所以常常通过计量声压来间接地计量其他量。 声压的定义是: 在声波存在时介质中的压力与静压的差值。声压一般用P来表示,其单位是帕斯卡,符号为Pa。1 Pa=1 N/m2,即1 Pa是1 N的力均匀而垂直地作用在1 m2的面积上所产生的压力。声压变化的平均值为零,通常所说的声压皆指有效（均方根）声压。 53精编课件第第10章章 各种物理量的测试

39、计量（下）各种物理量的测试计量（下） 空气声声压计量和听力计量就是研究空气中声压单位的传递问题； 水声计量则是研究水中声压单位的传递问题; 超声计量虽然是研究超声功率的传递问题,但由于声功率与声压之间存在对应关系,它也可以归结为声压单位的传递。声强是单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积的声能量,用表示,单位为瓦/米2。声功率是指单位时间内通过指定面积的声能。声源的声功率通常是指在单位时间内声源向空间辐射的总能量。声功率一般用W表示,单位为瓦。54精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2 频率 频率也是声学计量中的一个基本量。声学计量的很多内容都与频率有

40、关。一般说来,空气声声压计量和听力计量都是研究人耳可以听到的音频声,超声计量研究超声频段的声波,而水声计量研究的频率范围最宽,从次声到超声。3 级与分贝 正常人耳刚刚能听到的声音的声压为210-5Pa,称为听阀声压; 使正常人耳开始感到刺痛难忍的声音的声压为20 Pa,称为声痛声压。两者相差一百万倍。可见,用帕斯卡来表示声压,在数值上很不方便。另一方面,人耳对声压大小的主观感觉不是线性的,而是近似于对数关系。基于这两方面的原因,人们选择了一个对数单位分贝(dB)作为级差的单位。声压的大小一般用“声压级”来表示,定义为55精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下）

41、 LP=20 (10.2.1)其中,P为基准声压,通常取为210-5Pa。这样,听阀的声压级即为0 dB,而痛阀则为120 dB。人们日常讲话的声音约为40 dB。声强用分贝表示称为声强级,其数学表达式为式中, I0是基准声强,通常取为10-12W/m2。声功率用分贝表示则为声功率级,其数学表达式为(10.2.2)56精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (10.2.3)式中,W0是基准声功率,通常取为10-12W。10.2.2 空气声声压计量 声学计量与其他计量领域的最大不同点就是,声学量值传递是通过校准换能器（如标准传声器和标准水听器）的灵敏度来实现的

42、。因为声压不像长度、质量那样可以建立一个永久性的基准器件,进行直接计量,所以,从某种意义上讲,声学计量的实质是进行换能器校准。 57精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 传声器是一种将声能转换成电能的换能器。传声器先把声波转换为相应的电信号,然后用电子仪表放大到一定的电压再进行测量与分析。目前,声压大多是采用传声器来计量的,所以要准确计量,必须用灵敏度经过严格校准的传声器。因此,声压计量问题实质上就是传声器灵敏度的校准问题。 瑞利盘是测量平面声波声场中质点速度的基本仪器,早期曾用做传声器的绝对校准。要直接求得声波中的质点振幅,可以采用烟点法,即测量悬浮在声

43、波中烟点振动轨迹的长度。热线法也曾经用做声压的绝对计量。 目前,校准传声器灵敏度的常用方法有耦合腔互易法、自由场互易法、活塞发生器法和静电激励器法。58精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1 耦合腔互易法 互易技术可以用来校准封闭在小空腔中的传声器,它给出的是声压灵敏度。耦合腔互易法要使用三个传声器,其中一个必须是可逆的,或者用一个辅助声源和两个传声器,其中一个传声器也必须是可逆的。 采用三个传声器时,用两个传声器耦合到耦合腔,其中一个传声器作发射器,另一个作接收器。由接收器的开路输出电压和发射器的输入电流的比值可以导出计算两个传声器的声压灵敏度乘积的公

44、式。如果互换传声器,进行三组测量,并比较测量结果,就可以求出每一个传声器的声压灵敏度。59精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 采用两个传声器时,用辅助声源在耦合腔内建立一个恒稳的声压,这时两个传声器输出电压的比值等于在声压相同情况下,两个传声器声压灵敏度的比值。 耦合腔互易法的校准频率范围为502000 Hz,精度为0.05 dB。若将耦合腔中充以氢气,则校准频率可以扩展到10 000 Hz,精度约为0.1 dB。耦合腔互易法是当前精度最高的一种绝对校准法,几乎所有国家的声压计量基准都是采用该方法建立的。 60精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（

45、下）各种物理量的测试计量（下） 2自由场互易法 自由场互易法与耦合腔互易法类似,但它给出的是声场灵敏度,并且校准要在消声室内进行。待校准的传声器不必是可逆的,但需要使用一个辅助的可逆传声器。先将辅助传声器用作声源,测量放在距离d处作接收用的校准传声器的开路电压,然后用一个恒定输出的辅助声源作发射器,将前面两个传声器放在该声源产生的声场中相同的位置,测出两个传声器的开路电压,按照IEC-468的校准公式的推导和计算可以求出待校传声器的自由场灵敏度。 61精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3 活塞发生器法 活塞发生器包括一个刚性壁的空腔,一端用待校准的传声

46、器作底,另一端连接一个小圆柱体。在圆柱体中,活塞用凸轮或弯轴推动作正弦运动,只要测定活塞运动的振幅,就可以求出腔内声压的有效值。活塞发生器适用于低频率时校准传声器,频率上限为机械振动的允许速度所控制。活塞发生器可以用来校准精密声级计。 用活塞发生器校准传声器灵敏度的方法很简单,先使待测传声器与活塞发生器耦合,接通活塞发生器的电源,使它在传声器的膜片前产生一个恒定的声压,这时,传声器的输出经放大器放大后,用电压表测出给定声压级时的输出电压。62精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 然后移开活塞发生器,将和活塞发生器产生的声压频率相同的电压串接入传声器输出端,

47、调节电压大小来获得相同的输出。传声器在该频率的灵敏度就是串接的电压和所加声压的比值。4 静电激励器法 静电激励器包括一个开槽板,安装在传声器膜片前,在开槽板和膜片之间加上极化电压并串接入信号电压,当输入电压为800 V、交流信号电压为30 V时,传声器膜片上的有效声压约为1 Pa（94 dB）。静电激励器产生的力和频率无关,所以它可以用来计量电容传声器的频率响应,其准确度可以达到0.5 dB。如果需要绝对计量,可以和一已知标准比较,或者用互易法进行绝对校准。63精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 5 其他声级校准器校准1） 声级校准器 声级校准器用以对声

48、级和其他声学计量系统进行声压的校准。它包括一个性能稳定的1000 Hz振荡器和压电元件,产生的恒定声压为1 Pa（94 dB）。在现场用它来校准传声器,准确度可达到0.25 dB。如果不用膜片,而直接用压电晶体,频率可以提高到超高频,可以得到高声压。2） 高声强校准器 64精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 高声强校准器用电动激励器推动活塞。它的空腔较小,在164 dB的条件下可校准 12 mm、6 mm和3 mm的电容传声器。如果用脉冲信号源,校准声压级可以提高到172 dB。使用不同容积的耦合腔时,其校准频率范围为0.011000 Hz,校准的准确度

49、约为1.5 dB, 且不受空腔体积和大气静压力的影响。 10.2.3 水声计量 水听器就是水下传声器,是将水中声压转换成电压的一种声学换能器。标准水听器一般具有接收灵敏度高、一致性好、性能稳定等优点,因此,可以用来建立水声声压基准。 65精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 水声声压计量的基本原理与空气声压计量的原理相同,只不过需要在性能良好的消声水池或相应的液体中进行。实现水声声压单位的主要方法有耦合腔互易法、自由场互易法和压电补偿法。耦合腔互易法和压电补偿法可用来建立低频水声声压基准,前者一般可以在20 Hz3.15 kHz的频率范围内进行水听器校准,

50、精度约为0.5 dB,后者的工作频率范围为12 kHz,精度为0.5 dB。水声自由场互易法用于建立高频水声声压基准,频率范围约为3200 kHz,精度约为1 dB。66精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.2.4 超声计量 超声功率计量是超声计量最基本的内容。计量超声功率的方法很多,有力学法（辐射压力法）、电学法（声压法）、热学法（量热法）和光学法（声光衍射法）等,其中除量热法是直接计量外,其他方法都是间接计量,即通过计量其他物理量计算出超声功1 辐射压力法 声波引起的一种力学现象称为辐射压力,在超声技术中,由于声强较大,声的辐射压力就成为一个较为

51、容易计量的量,因而被用来计量超声声强和声功率。计量辐射压力,实际上就是计量声波作用在一障碍物上的力,如图10.2.1所示。如果障碍物的侧面积比声波波长大得多,则所受辐射压力为67精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式中: r为声能反射系数; 为入射声波与平板法线间的夹角; S为平板受声波作用的有效面积; I为声强; ca为声速。由式(10.2.4)可以得到声强和声功率分别为(10.2.4)(10.2.5)(10.2.6)68精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图 10.2.1 辐射压力示意图69精编课件第第10章章

52、 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 测量辐射压力的方法很多,有天平法、扭称法和浮子法等。一般来说,天平法多用于超声功率标准的建立。对准确度要求不是很高时,可以采用较为简单的扭称法和浮子法。 辐射法的优点是装置简单、测量准确、容易实现、量程范围大,但不适用于聚焦超声场的测量。2 声压法 声压法计量超声功率的基本原理就是通过标准超声换能器将声能转换成电能来进行测量。一般是通过测量自由声场的声压或混响声场的声压来计算声功率,因此这种测量通常是在消声水池或混响水池中进行的。 70精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 对于平面自由声场,声功率与声

53、压的关系为 (10.2.7)式中: P为声压; S为测量包络面的面积; ca为介质的特性阻抗。 应用这种方法,只要测出各点的声压,就可以求得总的声功率。这种方法测量点数多,计算相当复杂,难以在日常的检定工作中推广,而且精度也不高。但由于声压法可以准确测量出声场的分布情况,因此特别适用于聚焦超声场和脉冲超声场的测量。 71精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3 量热法 量热法计量超声功率的原理是: 利用工作介质吸收超声能后转换成热能而引起某些物理量（如温度、体积）发生变化,并根据这些变化计算出介质吸收的超声功率。利用量热法计量超声功率时,一般希望工作介质将

54、传递给它的声能全部吸收,因此需要选择高吸收的工作介质。另外,由于介质对声波的吸收和频率的平方成正比,所以量热法对高频更有效。量热法的优点是可以测量聚焦换能器的功率,量程大,但只适用于高频和吸收系数大的介质,且装置比较复杂,测量比较费时。 72精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 4 声光衍射法 声光衍射法计量超声功率的原理是Raman-Nath衍射,即超声波通过液体时,会使液体的密度产生疏密变化,因而液体的折射率也发生相应的变化,产生相位光栅,调制与其垂直的单色光束后,引起的m级衍射光的光强与Raman-Nath参数的m阶贝塞尔函数的平方成正比。通过测量m

55、级衍射光强的相对值,就可以计算出超声功率。声光衍射法测量精度高,对声场无干扰,能测出换能器辐射表面很近处的声功率,但局限于透明介质中的测量。73精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.2.5 听力计量 由于听力计量与人耳有关,这就决定了听力计量的基准器除了要能够复现物理量的量值以外,还应体现人的实际听觉特性。听力计量的标准器主要有标准仿真耳和标准仿真乳突,工作计量器具主要有听力计。 听力计是用来测量人的听觉能力的一种工作计量器具,一般由振荡器、衰减器、放大器和耳机（气导耳机和骨导耳机）组成,是听力计量中使用最多的计量器具。测量时,一般是用听力计发出频率

56、、大小可控制的电压加在耳机上,求得在人耳可听到的最小电压,耳机的输出由标准器来校准。74精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 听力计的种类很多,按信号类型可分为纯音听力计和语言听力计,按工作方式可分为手动听力计和自动听力计,按用途可分为诊断听力计和筛选听力计。标准仿真耳是一种模拟人耳物理特性（声阻抗）的标准化仪器,可用来检定听力计或计量助听器和耳机。仿真耳主要是一个耦合腔,腔内有传声器可测量听力计产生的声压级。标准仿真乳突是一种模拟人体头部乳突和前额位置机械阻抗的电声仪器,内部装有动态力和加速度的传感器,计量频率范围是50 Hz10 kHz,是检定听力计的

57、骨导耳机和助听器的骨振器的标准仪器。 75精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.2.6 噪声计量 从生理学观点来看,凡是使人感到烦躁的、讨厌的、不需要的声音都是噪声。而从物理学观点看,噪声是由各种不同频率和强度的声音无规律地杂乱组合而形成的。随着工业的发展,噪声污染也日趋严重,因此噪声计量越来越受到重视。 相对于声压级来说,用声功率级来评价噪声的大小有许多优点。因为声压级的大小随测试环境和距离的变化而不同,而声功率级是从能量的观点来评价噪声大小的,对于某一特定的声源,其声功率级是一个常数,不受外界条件和测试距离的影响。因此,噪声声功率级的计量是噪声计

58、量中一项十分重要的内容。 76精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 声功率级的计量方法很多,按测量精度可分为精密法、工程法和简易法; 按测试环境可分为消声室法、半消声室法、混响法和现场法。1 消声室和半消声室计量噪声功率级的精密方法 消声室是指室内六个面都铺有吸声材料,声吸收系数达到99以上的实验室。半消声室是指房间有五个面铺有吸声系数达99以上的吸声材料,而地面是全反射面的实验室。 这种计量方法适用于宽带稳态噪声、窄带稳态噪声和非稳态噪声等噪声源类型。77精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 测试频率范围为10010

59、 000 Hz,精度为0.51 dB（消声室）和1.01.5 dB（半消声室）,在所有噪声功率级计量方法中是精度最高的。但由于该方法对测试环境的要求很高,在一般情况下很难满足,因此主要用于计量部门检定标准噪声源。噪声功率级的计算公式为式中: 为包络面上的平均声压级,S为包络面的表面积; S0为基准面积,等于1m2; C为温度和气压修正值。 (10.2.8)78精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2混响室计量声功率级的精密方法 混响室是指房间六个面均由硬质面光滑材料构成,形成全反射条件,平均吸声系数不大于0.06,并且室内装有不同形状的扩散体,以取得声场均

60、匀分布的测试室。在混响室中计量噪声声功率级不需要规定计量表面（包络面）,只要把噪声源置于混响室内,计量室内的平均声压级就可以了,其计算公式为 (10.2.9) 79精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式中: 为混响室内的平均声压级; V为混响室的体积; T为混响时间; S为混响室内表面积; 为测试频带中心频率的波长。3工程法 前面介绍的计量噪声声功率级的两种方法都必须在特殊的声学实验室中进行,虽然准确度较高,但对测试环境和仪器设备的要求都比较高。在实际工作中,被测噪声源常常处在一种既不是理想的自由声场,又不是理想的扩散声场的环境中。根据室内声学理论,对于

61、一般房间,距离声源中心点r处的平均声能密度是直达声能密度与混响声能密度之和,声功率级的表达式为 80精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (10.2.10) 式中: 是半径为r的半球面上的平均声压级; R为房间常数。 在式(10.2.10)中,只要确定了房间常数R就可以求得声功率级。确定R的方法有双表面法、混响时间测量法和标准噪声源比较法。1） 双表面法 取两个测量表面S1=2r21和S2=2r22,分别测出S1和S2上的平均声压级为 和 ,则有81精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式(10.2.11)和式(10.

62、2.12)相减得令B=100.1Lp,则有 (10.2.11) (10.2.12) (10.2.13) (10.2.14) 82精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 由此可得式(10.2.15)是进行现场声功率级计算的一般公式 双表面法比较简单,只需取两个表面进行测量,但测量精度不是很高。2） 混响时间测量法 将式(10.2.10)改写为(10.2.15) (10.2.16) 83精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式 中 : S为 测 量 表 面 积 ; K为 测 试 室 的 环 境 修 正 值 , 。K的值可以通

63、过对混响时间的测量得到。混响时间T与R的关系为 (10.2.17)式中: V为测试室的体积; T为测试室的混响时间。3） 标准噪声源比较法 标准噪声源是指声功率级在消声室或混响室里用精密方法检定过的声源。标准噪声源的种类很多,有空气动力式、电磁式、机械式等。 84精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 在相同条件下,用已知声功率级的标准噪声源与被计量的噪声源相比较的方法,可以求得噪声源的噪声声功率级,其计算公式为式中: LWS为已知的标准噪声源的声功率级; 为被测声源工作时在测量表面上测得的平均声压级; 为标准噪声源工作时在测量表面上测得的平均声压级。 用标

64、准噪声源法计量噪声功率级比较简单,计算也很方便,精度也比较高,因此该方法在噪声声功率计量中应用比较广泛。(10.2.18) 85精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.3 化学计量化学计量10.3.1 化学计量的基本单位摩尔 物质的量的单位是摩尔,符号为mol。摩尔是国际单位制中的一个基本单位,也是化学计量的基本单位。摩尔的建立,把物质的微观现象和宏观现象联系了起来,为科学技术和生产提供了很大的方便。86精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 从化学反应的角度来看,理论上物质之间的反应是按照一定数量的分子、原子或离子

65、来进行的,而实际上是以可称量的物质进行反应的,所以需要把微粒与可称量的物质联系起来,即要建立一种物质的量的基本单位,这个单位就是摩尔。摩尔是一系统的物质的量,该系统中所包含的基本单元数与0.012千克碳-12的原子数目相等。在使用摩尔时,应指明基本单元,可以是原子、分子、离子、电子及其他粒子,或是这些粒子的特定组合。 根据摩尔的上述定义,1 mol就是0.012 kg碳-12所包含的基本单元数,这个数的准确值就是阿伏加德罗常数,即每摩尔物质含有阿伏加德罗常数个微粒。因此,可以通过精确地测定阿伏加德罗常数实现物质的量的单位摩尔。摩尔的建立把物质的微粒与可称量的物质之间联系了起来,因而摩尔作为物质

66、的量的单位在应用上十分方便。 87精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.3.2 标准物质 标准物质在国民经济各个部门中的应用很广,主要用来校准计量仪器或测量系统,检验控制产品质量,进行临床化验分析和环境分析检测。1标准物质的定义在规定条件下,具有一种或多种已经确定了的高稳定的物理、化学或计量学特性,并经正式批准可作为标准使用,以便用来准确测量器具、评价测量方法或给材料赋值的物质或材料称为标准物质。标准物质也称为标准样品,其主要作用是保证测量系统中测试方法和量值的准确一致。通常所说的标准物质是指有证标准物质。有证标准物质是经一种或多种有效技术方法鉴定其

67、特性值,并附有或可溯源到由鉴定机构所发给的证书或其他文件的标准物质。 88精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2标准物质的级别标准物质的级别划分一般以其特性量量值的准确度作为依据,如物理特性量、化学特性量和计量学特性量。此外,均匀性、稳定性和用途按级别划分也有不同的要求。从量值传递的要求来看,标准物质的级别分为一级和二级。一级标准物质由国家计量机构或经国家计量主管部门确认的机构制备,二级标准物质由工业主管部门确认的机构制备。3标准物质的分类 从标准物质的特性量来看,标准物质可以分为三个类别: 化学成分标准物质、物理化学特性标准物质和工程技术特性标准物质。

68、 89精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （1） 化学成分标准物质： 这类标准物质包括金属、地质、环境等类别,其化学成分经过准确的测量,具有确定的化学成分,主要用于成分分析仪器的校准和分析方法的评价。（2） 物理化学特性标准物质： 这类标准物质包括酸度、燃烧热、聚合物分子量等类别,具有良好的物理化学特性,用于物理化学特性计量器具的刻度、校准或计量方法的评价。（3） 工程技术特性标准物质： 这类标准物质主要有粒度、橡胶等类别,具有良好的技术特性,用于工程技术参数和特性计量器具的校准、测量方法的评价及材料或产品技术参数的比较。90精编课件第第10章章 各种物

69、理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.3.3 化学计量的主要项目1物质成分与含量计量物质成分与含量计量是化学计量中非常重要的一项内容,其主要方法可分为化学分析法和仪器分析法。1） 化学分析法 化学分析法是以物质的化学反应为基础的分析方法,主要有重量分析法和滴定分析法等。(1) 重量分析法是根据反应产物（一般是沉淀）的重量来确定被测组分在试样中的含量的。该方法适用于含量在1以上的常量组分的测定,可获得很精确的分析结果,一般可达0.1%0.2的准确度,但操作麻烦,耗费时间较长。 91精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (2) 滴定分析法是将一

70、种已知准确浓度的试剂溶液,用滴定管加到被测物质的溶液中,直到化学反应完成为止。该方法依据试剂与被测物间的化学计量关系,通过测量所消耗的已知浓度的试剂溶液的体积,求得被测组分的含量,因此也称为容量分析法。2） 仪器分析法 仪器分析法是以物质的物理性质和物理化学性质为基础制成化学分析仪器,用以测量物质的化学成分、结构及某些物理性能。分析方法主要有电化学分析法、光学分析法、X射线分析法和色谱分析法等。在实际工作中,应用较多的化学分析仪器有电位分析仪器、光学分析仪器、X射线分析仪器、色谱仪和湿度计等。 92精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (1) 电位分析仪器

71、。电化学分析法是根据被分析溶液的各种电化学性质来确定其组成及其含量的分析方法。主要包括电位分析法、电解分析法、极谱分析法、电导分析法等。在这里主要介绍电位分析仪器。 电位分析仪器就是利用电极与溶液接触时产生电位差,通过测量电位差和其他物理量,从而测量溶液中离子的浓（活）度。根据这一原理,使用玻璃电极测量溶液中氢离子活度的酸度计就是一个典型的例子。玻璃电极能响应溶液中的氢离子,玻璃电极作指示电极,甘汞电极作参比电极,玻璃电极与电位保持恒定的参比电极组成测量电池,接上测量仪表就可测定电池的电动势,电动势的变化即反映出指示电极电位的变化。 93精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理

72、量的测试计量（下） 随着电位测量技术的发展,电位分析仪器在玻璃电极的基础上发展成为可测量其他离子的离子选择电极,如对Na+、K+、Li+、NH4+等敏感的离子选择电极。从而扩大了电位测量技术的范围,使电位分析技术在化学计量中发挥了很大的作用。(2) 光学分析仪器。 光吸收原理是分析化学技术中使用最多的一个原理,主要利用被测物质的光学性质进行定量分析。因此,光学分析仪器是利用光的特性和光与物质相互作用后产生的辐射信号及其变化特征构成的,也就是利用物质对光的吸收或物质的分子、原子、离子受到热能、电能或化学能的激发而产生的光的发射而构成的。94精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理

73、量的测试计量（下） 因此光学分析仪器可分为吸收光谱分析仪器和发射光谱分析仪器两大类。吸收光谱分析仪器包括光电比色计、可见和紫外吸光光度计、红外吸光光度计、原子吸收分光光度计等。发射光谱分析法包括原子发射光谱仪、火焰分光光度计等。光学分析仪器的特点是灵敏度高、选择性好、分析速度快,且能同时分析多种元素。(3) X射线分析仪器。 X射线分析仪器是利用外来能量使物质原子内层的电子能量发生变化,产生能级跃迁(通过不同能级产生不同的跃迁),因而产生特征波长的X射线,以此作为定性分析的依据,而特征谱线的强度则作为定量分析的依据。X射线分析仪器主要有X射线荧光分析仪和X射线衍射仪。95精编课件第第10章章

74、各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (4) 色谱仪。 色谱仪是一种多组分分离和分析仪器,分为气相色谱仪和液相色谱仪两种,在定性和定量分析化学中占有极其重要的位置。其分析过程是: 将待分析物质用分离装置进行分离以后,将已分离的各个单一组分依次通过检测器进行检测,实现定性和定量分析。因此分离系统和检测系统是色谱仪的核心部分,分离系统是一色谱柱,由柱管、流动相和固定相构成,柱管内充以固定相,也就是通常所说的吸附剂,如分子筛、活性碳等。 96精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 气相色谱仪的流动相是气体,最常用的是氮气、氢气及氩气等。液相色谱仪是

75、指呈液态的样品直接进入色谱柱进行分离,然后进行检测,这类色谱仪主要用来分析有机高分子化合物。色谱仪的检测器按气、液相色谱仪的分类有各自不同的检测器。气相色谱仪常用的检测器是导热式检测器和氢火焰电离检测器,液相色谱仪最常用的检测器是紫外吸收式检测器和氢火焰电离检测器。带热导池的气相色谱仪流程图如图10.3.1所示,其中的箭头代表气流方向。97精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图10.3.1 带热导池的气相色谱仪流程图98精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2酸度计量为了解溶液酸度的概念,看一下水分子的离解作用: H

76、2 O H+OH- (10.3.1) 在25下水的离子积等于10-14摩尔离子/升,是一个常数。 由于纯水在离解时产生等量的H+和OH-,因此H+=OH-=10-7摩尔离子/升。这时溶液呈中性。当向纯水中加入酸时,则H+增大,OH-减小,即当H+10-7摩尔离子/升时,溶液呈酸性; 当H+ 10-7摩尔离子/升时,溶液呈碱性。所以,早年是用氢离子浓度的负对数来表示水溶液的酸度的,即 pH=-lgH+ (10.3.2)99精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 后来,随着电化学的发展,发现影响化学反应的因素是离子活度,而不能简单地认为是离子浓度。于是又重新将酸

77、度定义为pH=-lgaH+ (10.3.3)即酸度为氢离子活度a H+的负对数。酸度计量是根据前面所述的电位法原理,即利用对溶液中氢离子活度具有能斯特响应关系的电极进行测量。对氢离子活度具有能斯特响应的电极有氢电极、醌-氢醌电极和玻璃电极（如图10.3.2所示）等,其中以玻璃电极的应用最为方便,也最广泛,酸度计就是采用玻璃电极作指示电极的。指示电极电位的基本方程是 (10.3.4)100精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 图10.3.2 pH玻璃电极101精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 其中: E0为参比电极电

78、位; R为摩尔气体常数; T为热力学温度; F为法拉第常数。则待测溶液的酸度为于是,通过对电极电位的计量便可以获得相应的pH值。根据水的离子积,pH的标度范围定为014。(10.3.5) 102精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3 粘度计量粘度是流体的一种特性,是流体内部相互作用,即流体内摩擦力的一种反映,因此,粘度也称为粘滞系数或液体内摩擦的量度。常用的粘度有动力粘度和运动粘度两种。 内摩擦力随流体物理性质而改变的比例系数,称为动力粘度,运动粘度是流体的动力粘度与同温度下的密度之比。动力粘度和运动粘度的关系是 = (10.3.6) 103精编课件第第

79、10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 在国际单位制中,动力粘度的单位是牛顿秒/米2或千克/（米秒）,运动粘度的单位为米2/秒。 计量粘度的方法有绝对计量法和相对计量法两种。绝对计量法是直接测定仪器尺寸及有关物理量而求得粘度的方法。相对计量法是借助粘度计把被测液体与粘度已知的标准液体进行比较而求得粘度的方法。粘度计有毛细管粘度计、落球粘度计、旋转粘度计、振动粘度计及超声波粘度计等。其中玻璃毛细管粘度计用得最普遍,精度也比较高。104精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 各国的粘度计量基准、标准基本上都是采用玻璃毛细管粘度计。这种粘度

80、计是基于一定体积的被测液体流经毛细管所需的时间来评定粘度的。为了满足各种粘度的计量需要,粘度基、标准需由内径不同的数支毛细管粘度计组成。粘度的计量范围大致是110-6110-1 m2/s,精度约为(0.10.4)%。 4 湿度计量湿度是表示空气中水蒸气含量的一个物理性能参数,一般指的是绝对湿度,即在1m3的空气中所含有的水蒸气的质量,可以表示为(10.3.7)105精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式中: dv为绝对湿度; V为空气的体积; mv为体积V中水蒸气的质量。因此通常所说的湿度计是指测量空气中水蒸气含量的仪器。 如同其他化学计量项目一样,湿度

81、计量所需的“标准物质”是相对湿度已知的含湿空气,有了相对湿度已知的含湿空气,就可以对湿度计进行测试校准工作了,因此,产生标准含湿空气是湿度计量必不可少的条件。 湿度发生器既是一个供给标准含湿空气的气源装置,又是一个用作检定测湿仪器的湿度计量标准,它通过一种基于称量原理的重量法湿度计进行标定,确定其准确度等级,因此重量法湿度计是一种湿度基准器。106精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 测试时,重量法湿度计同湿度发生器一起使用,通过湿度发生器给重量法湿度计提供含湿空气,由重量法湿度计测定含湿空气的湿度值,以此来标定湿度发生器产生含湿空气的湿度值。在检定一般工

82、作用测湿仪器时,只需单独用经过标定的湿度发生器对其进行检定即可。若被检测湿仪器的准确度较高,就必须用湿度发生器对重量法湿度计和被检测湿仪器同时供给含湿空气,然后由称量法湿度计完成对测湿仪器的检定。107精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 5 水溶液电导的计量 电导计量是发展电化学,特别是电解质溶液理论的一项基本技术。电导率是溶液携带电流能力的量度。电解质溶液依靠离子在电场影响下的迁移而传导电流。它们和金属导体一样,服从欧姆定律,如果对溶液施加电动势,其值超过电解质的分解电压并且保持恒定不变,则流过浸于电解液中的电极之间的电流与电解溶液的电阻成反比。根据欧

83、姆定律,导体的电阻（R）与导体的长度（l）成正比,与其横截面积（S）成反比,即 (10.3.8)108精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 式中,是比例常数,称为电阻率。 导体的电导（G）与其电阻互为倒数,即式中,常数称为电阻的电导率。所以,对于一给定溶液电解电导的测量,通常就是按欧姆定律测定两平行电极间溶液部分的电阻。 (10.3.9)109精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 10.4 电离辐射计量电离辐射计量 10.4.1 电离辐射的基本概念1 同位素、放射性核素和衰变 在原子核内,有确定数目的中子和质子,并具有

84、同一能态的一类原子,称为核素。原子核中的质子数相同而中子数不同,但是由于有相同的核外电子排列,在元素周期表中占据同一个位置的元素,称为同位素。自然界中的大多数元素都是由若干种同位素混合而成的。每种同位素在该元素中所占的份额叫丰度。110精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 若核素的原子核内的质子和中子数相等或近于相等,则是稳定的,称为稳定核素。若核素的原子核内的质子和中子数不等,则相差越悬殊越不稳定,以致会自发地放射出某一种或几种粒子（如、等射线）,这种核素称为放射性核素。放射性核素自发地放射出粒子,同时转变为另一种核素的过程,称为衰变。核衰变完全遵循自己

85、的规律进行,不依外界条件改变。2 常见的射线常见的射线有以下几种：111精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (1) 射线。射线是带正电荷的粒子流。粒子实质上就是氦原子核。对于特定的放射性核素,可能发射出一种或几种能量的射线。射线在物质中的射程极短,一般纸就能挡住它。所以射线的外照射对人体的危害较小。但射线的电离能力强,内照射会引起人体组织的损伤,应该严防。（2） 射线。射线是带负电荷的高速粒子流,这种粒子就是电子,其电离能力较粒子弱,但穿透能力较强,内、外照射均应防止。大多数人工放射性核素都发射粒子。还有一种+粒子,是核衰变时核中的一个质子变成中子而放射

86、出的正电子。 112精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （3） 射线。射线是一种光子流,能谱是单色的,穿透力很强,外照射损伤严重,应注意防护。许多核素在衰变时能放射出一种或多种能量的射线。（4） X射线。 X射线是一种具有连续谱的光子流。除混合X射线外,还有一种几乎为单一能量的特征X射线。当高速电子与原子的轨道电子相冲击,使轨道电子脱离而形成空位时,原子便呈不稳定状态。于是其他轨道上的电子便跃迁到该轨道填充空位,使原子呈稳定状态,而多余的能量则放出,从而形成特征X射线。另外,电子俘获核素衰变时也能放出X射线。X射线的波长很短,穿透力强,应注意防护。113

87、精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） （5） 中子。 中子是不带电的粒子,由天然核素自发核裂变时发射出来,也可用重粒子轰击适当的靶核而产生。中子的平均寿命很短,半衰期约13 min,穿过物质时能与原子核发生核反应。3 电离辐射的量和单位 电离辐射的量和单位是电离辐射计量的基础。在这里,主要介绍照射量、吸收剂量、剂量当量和放射性核素的活度等几个量和它们的单位。 114精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1） 照射量X射线或射线的光子与空气中的原子相互作用,产生次级电子,这些次级电子使空气电离,从而产生一种离子（电子或正

88、电子）。照射量就是反映X或射线对空气的电离本领大小的一个量。照射量是dQ除以dm所得的商,即其中d是当光子在质量为dm的空气中释放出来的全部电子（电子和正电子）完全被空气所阻止时,在空气中产生一种符号的离子总电荷的绝对值。照射量只限于用来度量X或辐射在某体积元的单位质量空气中产生多少电离的一个辐射量,而不能用于其他类型辐射和其他物质。 (10.4.1) 115精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 照射量的SI单位为库仑每千克（C/kg）。人们习惯使用的照射量的专用单位是伦琴,伦琴是在标准状态下的0.001 293 g空气（即1cm3的干燥空气）中产生正负电

89、荷各为一静电单位的离子对的X或射线的照射量。伦琴的符号为R。1 R2.5810-4C/kg2） 吸收剂量 吸收剂量是用来度量电离辐射与物质相互作用时单位质量物质吸收能量多少的一种物理量。116精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 电离辐射照射物体时,将全部或部分能量传给被照射的物体,也就是说被照射物体吸收了能量,电离辐射在物体中引起物理的和化学的以及生物学的变化,效应的大小与吸收能量的多少有密切的关系。物质吸收的辐射能量越多,辐射引起的效应越明显,为衡量物质吸收辐射能量的多少,引入了“吸收剂量”这个辐射量。吸收剂量D定义为 除以dm所得的商,即 (10.4

90、.2) 式中, 是电离辐射给予质量为dm的物质的平均能量。 117精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 3） 剂量当量 剂量当量是辐射防护领域中专用的一个量,从防护角度表征辐射对人体造成的效应时,虽然吸收同样的能量,但不同的辐射所造成的生物效应程度不一定相同。因此表示人体处于混合辐射场中的辐射效应时,必须考虑到各种辐射对人体效应差别的因素,这样便提出了剂量当量这一概念。剂量当量不适用于高水平的事故照射。剂量当量H的定义为: 在组织内被研究的某一点上的D、Q和N三个量的乘积,即 H=DQN (10.4.3)118精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下

91、）各种物理量的测试计量（下） 其中: D为吸收剂量; Q为品质因数; N为其他修正因数的乘积。Q和N是无量纲的因数,因此剂量当量和吸收剂量的量纲相同。 剂量当量的SI单位是焦耳每千克（J/kg）,其专门名称为希沃特（Sv）。1 Sv1 J/kg 4） 放射性核素的活度 在某一确定的时刻,某一特定能态的一定量放射性核素的活度A是dN除以dt所得的商,即 (10.4.4)其中,dN是在时间间隔dt内该能态上自发核跃迁的核数目。 119精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 放射性核素活度的SI单位是贝可勒尔,其符号为Bq,它的量纲是s-1。 1 Bq1 s-11

92、0.4.2 放射性核素活度计量 在放射性计量中,最重要的是放射性核素活度的计量。随着对电离辐射研究的不断发展和深入,放射性同位素广泛应用于工、农、医等国民经济各个部门,其中医疗及医学研究单位占绝大多数。为了达到安全使用,以及提高医疗效果,必须知道放射性物质的核素活度。核应用的扩大和天然存在的放射性以及核试验造成的后果,使人们对生存环境越来越重视,要求对水、土壤、食品等涉及到人身健康的因素进行放射性监测,因此发展放射性核素计量是一项十分重要的工作。120精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 1 放射性计量用的探测器一套完整的放射性计量装置,主要由两部分组成,

93、第一部分是射线探测器,它的作用是将射线转变为可以被测量的电信号,第二部分是与探测器相联系的各种特殊仪器。放射性计量技术取决于放射性元素衰变的种类、放射源的强度以及重量等条件。放射性探测器是利用电离辐射时所产生的各种效应制成的。 (1) 电离效应: 利用射线对物质的电离作用,如电离室、计数管等。(2) 感光效应: 利用物质对射线的感光作用,如感光片、核乳胶等。(3) 发光效应: 利用射线对某些物质引起的荧光作用,如闪烁计数器、荧光玻璃计等。 121精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (4) 化学效应: 利用射线对物质作用所引起的不可逆的物化反应,如硫酸亚铁

94、剂量计。(5) 热效应: 利用核素衰变时所释放出来的能量,如各种类型量热计。 在以上的几种效应中,最常用的是电离效应和发光效应。 作为放射性活度计量较为常用的探测器有两类: 一类是以气体为介质的气体探测器,这类探测器有电离室、正比计数器、G-M计数器等; 另一类是以固体或液体作为介质的,这类探测器有固体闪烁探测器和液体闪烁计数器等。 122精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2 放射性核素活度的计量方法 放射性核素活度按计量方式可以分为直接计量法和相对计量法两类。直接计量法是用计量装置直接计量放射性核素所发生的真正衰变数,不依赖于其他放射性标准的计量方法

95、。相对计量是先用标准来刻度装置,再计量放射性核素的衰变数,衰变数是依靠标准源来确定的。相对测量方法比较简单,设备要求也不高,所以在日常测量中都采用相对测量法。为了建立标准、统一量值,必须采用直接计量法。1） 直接计量法 直接计量法主要有固体有限立体角法、4计数法和4符合法等。 123精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (1) 固体有限立体角法。 固体有限立体角法又称为小立体角法,是直接计量活度最早使用的方法。其原理是: 放射源在衰变时,放出的粒子是各向同性的,当计量出空间某一立体角内,源在单位时间里所发射出来的粒子数时,就可以推算出源发射出来的全部粒子数

96、,从而可以确定放射源的活度。由于固体有限立体角法的修正因素很多,计量误差大,因此该方法很少用于射线源的活度计量,而只用于射线源和低能射线源的活度计量。124精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (2) 4计数法。 4计数法的原理是: 放在4计数管内的放射源衰变时向周围放射的粒子全部落在4计数器灵敏体积内被计量到,所以这种方法是直接计量源发射出来的粒子数。当射线通过甲烷气体后发生电离,在外电场作用下,计数管内引起放电,在外电路上产生电压脉冲,这种脉冲幅度与能量成正比,脉冲经过放大后,被定标器记录。由于放射源是放在4计数器内部中央的,所以它具有4立体角的优越几

97、何条件,如与制源技术配合,它可以消除散射、吸收等影响因素,因此它的计量效率高。 125精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (3) 4符合法。4符合法是一种比较理想的活度直接计量方法。4符合法避免了4计数器中源的自吸收修正因素的影响,因此它所得出的结果精度非常高。4符合法是4计数法的发展,它的原理与4计数法相似,有三个计数道：道、道和符合道。当核衰变时,放出和射线,分别由和道记录,如果放射出来的、射线是同时发生的,则不仅、道有计数输出,而且在符合道也有计数输出。4符合法适用于所有能发射两个或两个以上符合射线的放射性核素活度的计量。126精编课件第第10章章

98、 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2） 相对计量法 直接计量法是一种极其精细的测定法,但是在实际工作中,要计量的往往是大量的精度要求不是很高的样品,这就没有必要都采用直接计量法。而相对计量法既简单又能保证一定的精度,是对放射源、放射性探测器等进行标定时经常采用的方法。相对计量法有标准源法和标准仪器法两种。(1) 标准源法。 标准源法分为液体标准源法和固体标准源法。127精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 液体标准源法是将放射性溶液通过一种或多种直接计量法计量,经过吸收和散射等一系列校正,给出放射性的衰变数。液体标准源具有很高的精度,

99、由于它是液体,能制成大小不一的活性区和活度,因此适应各种不同的计量要求,可用于标定标准装置和刻度测量仪器等。固体标准源法通常是将放射性半衰期长的放射性同位素溶液电镀在铝、镍、不锈钢或铂片上,制成薄而均匀、牢固的源斑,外涂一层有机塑料薄膜加以保护,这可以把经过直接计量的标准薄膜源移到与被测样品相同条件下进行对比,测得放射性活度。因为固体标准源所给出的活度并不是绝对衰变数,所以又称其为参考源。按照固体标准源的不同元素和不同活度可制成一组系列源,用来校正测量装置、刻度仪表、标定放射源等。 128精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） (2) 标准仪器法。 如果标准

100、仪器已经被标准源标定过,或者这一仪器的所有参数已作过精确测量,则可以用其计量出被测样品的放射性活度。放射源和探测仪表也同样可以用标准仪器来进行标定。 10.4.3 常用剂量计1 照射量计 由于照射量能够按照定义精确计量,因此所有用来计量X和射线剂量的照射量计广泛用于科研和医疗中。目前使用的照射量计大多数是以照射量的专用单位伦琴来刻度的。129精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 常用的照射量计包括主机（测量线路）、电离室、电缆、检验源及其他附件。其工作原理是： 当X和射线通过电离室时,光子与室壁材料相互作用产生具有一定能量的次级电子,使电离室内气体电离,形

101、成正负离子,正负离子在电离室的极化电场中形成电离电流,该电流从收集极输出,并通过电缆引入主机,然后测量系统对电离电流进行定量测量,并把它转换成为以照射量单位刻度的读数显示出来。130精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 2 热释光剂量计 固体发光原理基于固体中的电子具有不同能级,通常情况下,电子只在允许的能带活动,当受到外界作用吸收一定的能量后,原子被激发,电子发生跃迁。再给以能量,原子由激发态回到基态时,多余的能量就以光的形式放出,所以就称为热释光。热释光剂量计就是具有这种特性的固体元件。当这种元件受到辐射线照射时,电子获得足够能量,从其正常位置（禁带）

102、跳到导带运动,直到被陷阱捕获为止。如果陷阱深度很大,那么常温下电子会长久地留在陷阱中,只有当固体元件加热到一定程度时,电子才从陷阱中逸出,当逸出电子从导带回到禁带时,多余的能量便以光子的形式发射出来,发射光的强度与陷阱释放的电子数成正比,而电子数又与所受辐射的剂量成正比,因此测量发光强度,即可推算出剂量,这就是热释光剂量计的简单原理。 131精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 由于热释光剂量计具有体积小、灵敏度高、量限宽、剂量率依赖性小、响应稳定、环境适应性好、测量对象广泛、使用方便等诸多优点,因此得到了广泛应用。3 化学剂量计 化学剂量计是辐射化学研究

103、的一个分支。它是利用电离辐射通过物质时,使得物质某些方面的性质或成分发生化学变化,变化的程度与吸收的辐射能量成正比。化学剂量计有固体的也有液体的,计量对象可以是带电粒子、中子、高能X射线和电子束、混合场等。 硫酸亚铁剂量计是化学计量中最早应用、最成熟的一种,是国际辐射单位与测量委员会建议作为剂量计量的标准方法之一。 132精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 4个人剂量计个人剂量计是用于辐射防护测量的个人监测器,在常规情况下,是为了测量工作人员受到的外照射剂量,使用时一般佩戴在身体适当部位,其读数可以反映出全身各器官或人体表面的受照射情况,所以个人剂量计的

104、测量数据是进行辐射损伤诊断和实施医学处理的重要依据。测量外照射的个人剂量计种类很多,主要有电离室个人剂量计、热释光剂量计、胶片剂量计等。 133精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 习题习题 1光度计量的主要参数有哪些？写出这些参数的定义及单位。2叙述朗伯定律和平方反比定律的基本内容。这两个定律在光度计量中各有什么作用？3根据光照度的余弦法则, 如何计量光照度？4什么是黑体？简述黑体辐射定律和维恩位移定律的基本内容。 134精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 5 激光功率和能量计量的主要方法有哪些？ 简要说明各种方法

105、的基本原理。6 简述流水式激光功率计的原理。7 什么是光源的色温和相关色温？8 声学计量包括哪些基本参数？9 听声、超声和次声是如何划分的？10 什么是听阀声压？ 什么是声痛声压？11 声压级、声强级和声功率级是如何定义的？12 空气声压计量有哪些常用方法？ 简述这些方法的基本原理。135精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 13 水声声压计量的主要方法有哪些？ 这些方法应用的频率范围以及精度各是多少？14 超声功率的计量有哪几种方法？ 简述各种方法的基本原理。15 常用噪声声功率级的计量方法有哪些？16. 化学计量和其他计量领域相比有什么特点？17. 什

106、么是标准物质？ 简述标准物质分类及其在化学计量中的用途。18. 物质成分和含量计量可采用哪些方法？136精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 19. 酸度的定义是什么？ 简要说明电位法计量酸度的原理。20. 粘度的定义是什么？ 可以用哪些方法来计量粘度？21. 什么是湿度？ 测量湿度的仪器有哪些？22. 解释放射性核素、同位素和衰变的定义。23. 常见的射线有哪几种？24. 什么是照射量、照射剂量和剂量当量？ 137精编课件第第10章章 各种物理量的测试计量（下）各种物理量的测试计量（下） 25. 什么是放射性核素的活度？ 其单位和符号是什么？26. 什么是吸收计量？ 其单位和符号是什么？27. 放射性计量中常用的探测器有哪几类？28. 放射性核素活度可以用哪些方法来计量？ 138精编课件