1、主講人:鄧華夏計量學基礎(chǔ)儀器的結(jié)構(gòu)和組成儀器的結(jié)構(gòu)和組成v儀器的總體構(gòu)成及其計量鏈儀器的總體構(gòu)成及其計量鏈v1 儀器的總體構(gòu)成儀器的總體構(gòu)成v儀器并沒有很固定的構(gòu)成模式。但是典型的計儀器并沒有很固定的構(gòu)成模式。但是典型的計量器具從總體構(gòu)成來說量器具從總體構(gòu)成來說,一般可以分為三個主要部一般可以分為三個主要部分。分。 計量對象輸入部分中間變換部分輸出部分觀察者計量器具v計量器具的第一部分是輸入部分（包括傳感計量器具的第一部分是輸入部分（包括傳感器器,檢測器或計量變換器）檢測器或計量變換器）,它把被計量的信息轉(zhuǎn)它把被計量的信息轉(zhuǎn)變成便于下一步處理的信號。第二部分是中間變變成便于下一步處理的信號。第

2、二部分是中間變換部分（也稱二次變換部分）換部分（也稱二次變換部分）,它把輸入部分出它把輸入部分出來的信號進行放大來的信號進行放大,濾波濾波,調(diào)制解調(diào)調(diào)制解調(diào),運算運算,分析或分析或其他二次變換其他二次變換,使之適合于輸出的需要。使之適合于輸出的需要。v 第三部分是輸出部分（也稱終端變換部分第三部分是輸出部分（也稱終端變換部分,包包括指示裝置和記錄裝置）括指示裝置和記錄裝置）,它將被計量的等效信它將被計量的等效信息提供給觀察者或電子計算機。息提供給觀察者或電子計算機。v在電計量儀器中在電計量儀器中,計量信號是該儀器內(nèi)被計量計量信號是該儀器內(nèi)被計量量的代表量的代表,常常把輸入到儀器的信號稱為激勵常

3、常把輸入到儀器的信號稱為激勵,把把儀器的輸出信號稱為響應(yīng)。儀器的輸出信號稱為響應(yīng)。 vv從計量器具的總體構(gòu)成來看從計量器具的總體構(gòu)成來看,可以認為它是包含許可以認為它是包含許多環(huán)節(jié)的計量鏈。計量鏈是計量儀器或計量裝置中的多環(huán)節(jié)的計量鏈。計量鏈是計量儀器或計量裝置中的一系列單元一系列單元,它們構(gòu)成計量信號從輸入到輸出的通道它們構(gòu)成計量信號從輸入到輸出的通道。例如由傳聲器。例如由傳聲器,衰減器衰減器,濾波器濾波器,放大器和電壓表組成放大器和電壓表組成的電聲計量鏈。的電聲計量鏈。v 用毫伏計作為指示機構(gòu)或指示單元的熱電溫度計用毫伏計作為指示機構(gòu)或指示單元的熱電溫度計,具有這樣的計量鏈：具有這樣的計量

4、鏈： 熱電偶：熱電偶： 熱電溫度計的計量鏈方框圖 上面給出了串聯(lián)式計量鏈,它比較簡單明了。而在許多情況下,計量鏈是比較復雜的,不僅有串聯(lián),而且有并聯(lián),甚至還帶有反饋。它是溫度傳感器,也是第一個變換單元,把溫度T變換成電動勢E； 閉合電路：它是中間變換單元,在電動勢E的作用下產(chǎn)生電流I； 毫伏計的電磁系統(tǒng)： 它也是中間變換單元,把電流I變換成力偶M； 彈簧等：它是指示單元,把力偶M變換成觀察者可以直接感受的溫度。熱電偶閉合電路毫伏計電磁系統(tǒng)毫伏計指示機構(gòu)TEIMv 1 傳感器和計量變換器傳感器和計量變換器v 傳感器是計量儀器或計量鏈中直接作用于被計量的量的元件。傳感器是計量儀器或計量鏈中直接作用

5、于被計量的量的元件。v 有些被計量的量是不能直接計量或直接計量時準確度不高。比有些被計量的量是不能直接計量或直接計量時準確度不高。比如溫度如溫度,流量流量,加速度等量加速度等量,直接同它們的標準量進行比較是相當直接同它們的標準量進行比較是相當困難的困難的,因此需要傳感器變換成易于處理因此需要傳感器變換成易于處理,易于與標準量比較的易于與標準量比較的物理量物理量,如位移如位移,頻率頻率,電流電流,電阻電阻,電壓等量。電壓等量。v 計量變換器是提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的計量器件。計量變換器是提供與輸入量有給定關(guān)系的輸出量的計量器件。在計量變換器中在計量變換器中,與被計量的量直接作用的部分是它

6、的傳感部分與被計量的量直接作用的部分是它的傳感部分或敏感部分。但有時傳感部分與變換部分構(gòu)成一個不可分的整或敏感部分。但有時傳感部分與變換部分構(gòu)成一個不可分的整體體,例如熱電偶。所以例如熱電偶。所以,計量變換器可以只是傳感器計量變換器可以只是傳感器,也可以包括也可以包括它們的附屬計量線路。它們的附屬計量線路。 輸入部分輸入部分v常用傳感器有：常用傳感器有： v （1） 電阻式傳感器：把被計量的量的變化變換為電阻式傳感器：把被計量的量的變化變換為電阻變化的傳感器。它包括變阻式（或滑線電阻式）電阻變化的傳感器。它包括變阻式（或滑線電阻式）和電阻應(yīng)變式兩類和電阻應(yīng)變式兩類,后者根據(jù)應(yīng)變計結(jié)構(gòu)的不同又可

7、后者根據(jù)應(yīng)變計結(jié)構(gòu)的不同又可分為絲式分為絲式,箔式和薄膜式三類。箔式和薄膜式三類。v （2） 電感式傳感器：把被計量的量的變化變換為電感式傳感器：把被計量的量的變化變換為自感或互感變化的傳感器。它包括可變磁阻式自感或互感變化的傳感器。它包括可變磁阻式,渦流渦流式和差動變壓器式三類。式和差動變壓器式三類。v （3） 電容式傳感器：把被計量的量的變化變換為電容式傳感器：把被計量的量的變化變換為電容變化的傳感器。它包括極距變化型電容變化的傳感器。它包括極距變化型,面積變化型面積變化型和介質(zhì)變化型三類。和介質(zhì)變化型三類。 傳感器傳感器v（4） 壓電式傳感器：利用一些晶體材料的壓壓電式傳感器：利用一些晶

8、體材料的壓電效應(yīng)電效應(yīng),把力或壓力的變化變換為電荷量變化把力或壓力的變化變換為電荷量變化的傳感器。壓電晶體不但有縱向和橫向的壓電的傳感器。壓電晶體不但有縱向和橫向的壓電效應(yīng)效應(yīng),而且還有剪切的壓電效應(yīng)而且還有剪切的壓電效應(yīng),因而可作成不因而可作成不同支撐形式和受力狀態(tài)的傳感器同支撐形式和受力狀態(tài)的傳感器,在力在力,加速度加速度,超聲及聲納等計量中得到了廣泛的應(yīng)用。這類超聲及聲納等計量中得到了廣泛的應(yīng)用。這類傳感器是一種高精度的先進的傳感器傳感器是一種高精度的先進的傳感器,近年來近年來得到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。得到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。v （5） 壓磁式傳感器：利用一些鐵磁材料的壓磁式傳感器

9、：利用一些鐵磁材料的壓磁效應(yīng)壓磁效應(yīng),把力或壓力的變化變換為導磁率變把力或壓力的變化變換為導磁率變化的傳感器。利用其逆效應(yīng)化的傳感器。利用其逆效應(yīng),可以作成磁滯伸可以作成磁滯伸縮式傳感器?？s式傳感器。 v（6） 壓阻式傳感器：壓阻式傳感器： 利用半導體材料的壓利用半導體材料的壓阻效應(yīng)阻效應(yīng),把壓力的變化變換為電阻變化的傳感把壓力的變化變換為電阻變化的傳感器。它可分為薄膜型器。它可分為薄膜型,結(jié)型和體型三類。結(jié)型和體型三類。v（7） 光電式傳感器：光電式傳感器： 利用光電效應(yīng)把光通利用光電效應(yīng)把光通量的變化變換為電量變化的傳感器?？衫玫牧康淖兓儞Q為電量變化的傳感器。可利用的光電效應(yīng)包括光電子

10、發(fā)射效應(yīng)（光電管光電效應(yīng)包括光電子發(fā)射效應(yīng)（光電管,光電光電倍增管等）倍增管等）,光導效應(yīng)（光敏電阻光導效應(yīng)（光敏電阻,光導管）和光導管）和光生伏打效應(yīng)（光電池光生伏打效應(yīng)（光電池,光敏晶體管）。光敏晶體管）。v（8） 振弦式傳感器：利用振弦的固有頻率與振弦式傳感器：利用振弦的固有頻率與張力之間的函數(shù)關(guān)系張力之間的函數(shù)關(guān)系,把力的變化變換為頻率把力的變化變換為頻率變化的傳感器。激振方法可分為連續(xù)激發(fā)和間變化的傳感器。激振方法可分為連續(xù)激發(fā)和間歇激發(fā)兩類。歇激發(fā)兩類。v（9） 霍爾傳感器：利用一些半導體材料的霍霍爾傳感器：利用一些半導體材料的霍爾效應(yīng)爾效應(yīng),將被計量的量的變化變換為霍爾電勢將被計

11、量的量的變化變換為霍爾電勢變化的傳感器。利用霍爾元件的磁阻效應(yīng)可以變化的傳感器。利用霍爾元件的磁阻效應(yīng)可以作成磁阻式傳感器?；魻栐Y(jié)構(gòu)簡單、體積作成磁阻式傳感器?；魻栐Y(jié)構(gòu)簡單、體積小小,噪聲小噪聲小,頻帶寬頻帶寬,動態(tài)范圍大動態(tài)范圍大,有較廣泛的應(yīng)有較廣泛的應(yīng)用前景。用前景。 v（10） 陀螺傳感器：陀螺傳感器： 利用陀螺進動定理將利用陀螺進動定理將被計量的量的變化變換為電量變化的傳感器。被計量的量的變化變換為電量變化的傳感器。例如陀螺式稱重傳感器例如陀螺式稱重傳感器,角速度微分陀螺儀和積角速度微分陀螺儀和積分陀螺儀等。分陀螺儀等。v （11） 熱電式傳感器：熱電式傳感器： 利用熱電效應(yīng)

12、將溫利用熱電效應(yīng)將溫度的變化變換為電勢變化的傳感器。各種熱電度的變化變換為電勢變化的傳感器。各種熱電偶就是廣泛應(yīng)用的熱電式傳感器。偶就是廣泛應(yīng)用的熱電式傳感器。v （12） 磁電式傳感器：磁電式傳感器： 利用電磁感應(yīng)定律利用電磁感應(yīng)定律將轉(zhuǎn)速的變化變換為感應(yīng)電動勢或其頻率變化將轉(zhuǎn)速的變化變換為感應(yīng)電動勢或其頻率變化的傳感器。它可分為可動線圈式和可動銜接式的傳感器。它可分為可動線圈式和可動銜接式兩類。兩類。v v（13） 電離輻射式傳感器：電離輻射式傳感器： 利用電離輻射的利用電離輻射的穿透能力穿透能力,使氣體電離并具有熱效應(yīng)和光電效使氣體電離并具有熱效應(yīng)和光電效應(yīng)應(yīng),把被計量量（例如厚度）的變

13、化變換為電把被計量量（例如厚度）的變化變換為電量變化的傳感器。例如射線測厚儀。量變化的傳感器。例如射線測厚儀。v（14） 約瑟夫森效應(yīng)傳感器：約瑟夫森效應(yīng)傳感器： 利用超導體的利用超導體的約瑟夫森效應(yīng)約瑟夫森效應(yīng),把磁通量變換為周期變化的阻把磁通量變換為周期變化的阻抗抗,或把頻率變換為電壓的傳感器。它包括約或把頻率變換為電壓的傳感器。它包括約瑟夫森結(jié)和計量靈敏度極高的超導量子干涉器瑟夫森結(jié)和計量靈敏度極高的超導量子干涉器件（件（SQUID）,在監(jiān)視電動勢基準在監(jiān)視電動勢基準,直流電計直流電計量量,輻射計量輻射計量,磁學計量磁學計量,低溫計量、重力計量低溫計量、重力計量,光頻計量中有著廣泛的應(yīng)用

14、。光頻計量中有著廣泛的應(yīng)用。 v （15）光纖傳感器：利用光在光纖中傳播時其振幅（）光纖傳感器：利用光在光纖中傳播時其振幅（光強）光強）,相位相位,偏振態(tài)偏振態(tài),模式等隨被計量值變化而變化的性質(zhì)模式等隨被計量值變化而變化的性質(zhì)而制成的傳感器。它可分為功能型和非功能型而制成的傳感器。它可分為功能型和非功能型,前者光纖既前者光纖既是敏感元件又是傳光元件是敏感元件又是傳光元件,后者則僅起傳光作用。它也可分后者則僅起傳光作用。它也可分為干涉型和非干涉型為干涉型和非干涉型,前者結(jié)構(gòu)復雜前者結(jié)構(gòu)復雜,其靈敏度其靈敏度,分辨力分辨力,線性線性均較后者好。用它們可以計量壓力均較后者好。用它們可以計量壓力,溫度

15、溫度,流速流速,轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速,加速度加速度,位移位移,電流電流,磁場磁場,輻射等多種參量。輻射等多種參量。v3 主要的計量變換器主要的計量變換器v主要的計量變換器有熱電偶主要的計量變換器有熱電偶,電流互感器電流互感器,電動電動/氣動變氣動變換器換器,計量電橋等。計量電橋的應(yīng)用極為廣泛計量電橋等。計量電橋的應(yīng)用極為廣泛,它的功能是把它的功能是把來自傳感器的電阻來自傳感器的電阻,電容電容,電感等量的變化電感等量的變化,變換成電流或電變換成電流或電壓的變化。壓的變化。v按照激勵電壓（輔助能源）的性質(zhì)按照激勵電壓（輔助能源）的性質(zhì),計量電橋可計量電橋可以分為直流電橋和交流電橋兩種。直流電橋的優(yōu)以分為直流電

16、橋和交流電橋兩種。直流電橋的優(yōu)點是容易獲得高穩(wěn)定直流電源點是容易獲得高穩(wěn)定直流電源,電橋的平衡電路比電橋的平衡電路比較簡單較簡單,對傳感器與計量儀器中間變換部分的連接對傳感器與計量儀器中間變換部分的連接導線要求較低；缺點是在計量過程中前級引進的導線要求較低；缺點是在計量過程中前級引進的低頻干擾和后接直流放大器的漂移都較難去除低頻干擾和后接直流放大器的漂移都較難去除,這這就要求助于交流電橋。就要求助于交流電橋。v按橋臂的性質(zhì)按橋臂的性質(zhì),計量電橋又可分為阻抗比率臂電計量電橋又可分為阻抗比率臂電橋和變壓器比率臂電橋兩種。目前廣泛使用的是橋和變壓器比率臂電橋兩種。目前廣泛使用的是前者。由于后者的準確

17、度前者。由于后者的準確度,靈敏度及穩(wěn)定度較高靈敏度及穩(wěn)定度較高,且且頻率范圍較寬頻率范圍較寬,發(fā)展也很快。發(fā)展也很快。 v中間變換部分中間變換部分v 中間變換部分的作用是對來自輸入部分的中間變換部分的作用是對來自輸入部分的信號進行中間變換信號進行中間變換,它包含處理信號的信號變它包含處理信號的信號變換器件和傳輸信號的信號傳輸器件（或傳輸線換器件和傳輸信號的信號傳輸器件（或傳輸線）。其中）。其中,信號變換器件可以由濾波器信號變換器件可以由濾波器,衰減器衰減器,放大器放大器,移相器移相器,運算分析器運算分析器,調(diào)制解調(diào)器以及模調(diào)制解調(diào)器以及模/數(shù)數(shù),數(shù)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器等組成。這部分內(nèi)容在電子模轉(zhuǎn)換器等

18、組成。這部分內(nèi)容在電子線路線路,信號處理信號處理,計算機應(yīng)用等方面的書中有詳計算機應(yīng)用等方面的書中有詳細的介紹細的介紹,這里不再重復敘述。這里不再重復敘述。 v 計量器具的輸出部分計量器具的輸出部分v 指示裝置的概況與分類指示裝置的概況與分類v 指示裝置是計量器具中顯示被計量值或其相關(guān)值的一套指示裝置是計量器具中顯示被計量值或其相關(guān)值的一套組件組件, 它往往是計量器具的終端。指示是顯示的一種方式它往往是計量器具的終端。指示是顯示的一種方式,它可以表示出量的大小和各個量之間的關(guān)系。表示的方法它可以表示出量的大小和各個量之間的關(guān)系。表示的方法通常有角度通常有角度,長度長度,數(shù)字數(shù)字,文字文字,圖形

19、圖形,圖表圖表,圖像等。最早的指圖像等。最早的指示裝置是指針與刻度。進一步的發(fā)展就是采用直接顯示出示裝置是指針與刻度。進一步的發(fā)展就是采用直接顯示出數(shù)字的機構(gòu)或裝置數(shù)字的機構(gòu)或裝置(例如數(shù)字式指示表例如數(shù)字式指示表)進行顯示。對于復進行顯示。對于復雜的信號則靠文字雜的信號則靠文字,圖形和圖像來指示。應(yīng)用計算機后還可圖形和圖像來指示。應(yīng)用計算機后還可以借助于屏幕直接顯示出來以借助于屏幕直接顯示出來,供觀察和分析。因此供觀察和分析。因此,指示裝置指示裝置既可以很簡單既可以很簡單,也可以很復雜。也可以很復雜。 v 指示裝置提供示值的方式指示裝置提供示值的方式,可以分為模擬式可以分為模擬式,數(shù)字式數(shù)字

20、式,半數(shù)半數(shù)字式三種。字式三種。v模擬式指示裝置提供模擬示值。它采用主觀讀數(shù)方法模擬式指示裝置提供模擬示值。它采用主觀讀數(shù)方法,所所以容易因觀察者和觀察位置的不同而造成視差。它的活動部以容易因觀察者和觀察位置的不同而造成視差。它的活動部分有遲滯現(xiàn)象分有遲滯現(xiàn)象,所以計量速度和準確度會受到一定的限制。所以計量速度和準確度會受到一定的限制。v 最常見的模擬式指示裝置是模擬指示表最常見的模擬式指示裝置是模擬指示表,一般可以分為機一般可以分為機電式和電子式兩種。電式和電子式兩種。v數(shù)字式指示裝置提供數(shù)字示值。從原理上說它克服了由數(shù)字式指示裝置提供數(shù)字示值。從原理上說它克服了由模擬式指示裝置的構(gòu)造所決定

21、的上述缺點和限制模擬式指示裝置的構(gòu)造所決定的上述缺點和限制,它還具有自它還具有自動調(diào)零動調(diào)零,自動極性選擇和自動調(diào)換量程的可能。為了進行數(shù)字自動極性選擇和自動調(diào)換量程的可能。為了進行數(shù)字式指示式指示,首先要把模擬量轉(zhuǎn)換為以脈沖信號的頻率或時間間隔首先要把模擬量轉(zhuǎn)換為以脈沖信號的頻率或時間間隔形式出現(xiàn)的數(shù)字量形式出現(xiàn)的數(shù)字量,然后用電子計數(shù)器進行顯示。然后用電子計數(shù)器進行顯示。 一些重要的概念一些重要的概念vv有關(guān)工作范圍的特性有關(guān)工作范圍的特性v1 示值示值v計量器具的示值是指計量器具所給出的量的值計量器具的示值是指計量器具所給出的量的值。示值可以是被測量。示值可以是被測量,測量信號或用于計算

22、被測量測量信號或用于計算被測量之值的其他量的值。對實物量具之值的其他量的值。對實物量具,示值就是它所標示值就是它所標出的值。示值隨著被測量而變化。出的值。示值隨著被測量而變化。 http:/ 標稱值標稱值 (nominal value)v標稱值是計量器具上表明其特性或指導其標稱值是計量器具上表明其特性或指導其使用的量值使用的量值,該值為修約值或近似值該值為修約值或近似值,如標在電如標在電壓表表盤上的示值。標稱值是固定的壓表表盤上的示值。標稱值是固定的,不隨被不隨被測量的變化而變化。測量的變化而變化。v3 標稱范圍標稱范圍(nominal range)v標稱范圍是計量器具的操縱器件調(diào)到特定標稱范

23、圍是計量器具的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍。標稱范圍通常用計位置時可得到的示值范圍。標稱范圍通常用計量器具的上限和下限表明量器具的上限和下限表明,如果下限為零如果下限為零,標稱標稱范圍一般只用上限表明。范圍一般只用上限表明。vv4 測量范圍測量范圍v測量范圍是計量器具的誤差處在規(guī)定極限測量范圍是計量器具的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值內(nèi)的一組被測量的值,與測量設(shè)備的最大允許誤與測量設(shè)備的最大允許誤差有關(guān)。在標稱范圍內(nèi)差有關(guān)。在標稱范圍內(nèi),測量設(shè)備的誤差處于最測量設(shè)備的誤差處于最大允許誤差內(nèi)的那一部分范圍才是測量范圍大允許誤差內(nèi)的那一部分范圍才是測量范圍,也也就是說就是說,只有在這

24、一部分測量的值只有在這一部分測量的值,其準確度才其準確度才符合要求符合要求,因此因此,有時又把測量范圍稱為工作范有時又把測量范圍稱為工作范圍。圍。 v5 量程量程(span) 量程量程 英文等價術(shù)語英文等價術(shù)語 span 術(shù)語定義術(shù)語定義(漢語漢語) 測量范圍上限值與下限值之差。測量范圍上限值與下限值之差。 v有關(guān)響應(yīng)方面的特性有關(guān)響應(yīng)方面的特性v1 響應(yīng)特性響應(yīng)特性v在特定條件下在特定條件下,激勵與對應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系激勵與對應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系就是計量器具的響應(yīng)特性。這種關(guān)系可以用數(shù)就是計量器具的響應(yīng)特性。這種關(guān)系可以用數(shù)學等式學等式,數(shù)值表或圖形來表示。當激勵是關(guān)于數(shù)值表或圖形來表示。當激勵是

25、關(guān)于時間的函數(shù)時時間的函數(shù)時,傳遞函數(shù)是響應(yīng)特性的一種表傳遞函數(shù)是響應(yīng)特性的一種表示形式。示形式。2 靈敏度靈敏度 靈敏度是計量器具響應(yīng)的變化與引起該靈敏度是計量器具響應(yīng)的變化與引起該變化的激勵值（被計量值）的變化之比。對變化的激勵值（被計量值）的變化之比。對于帶刻度指示器的器具于帶刻度指示器的器具,通常以分度長度與通常以分度長度與其值之比作為靈敏度。靈敏度指標是考察傳其值之比作為靈敏度。靈敏度指標是考察傳感器的主要指標之一。感器的主要指標之一。3 鑒別力鑒別力使器具的響應(yīng)產(chǎn)生可以察覺的變化的使器具的響應(yīng)產(chǎn)生可以察覺的變化的激勵值（被計量值）的最小變化量激勵值（被計量值）的最小變化量,稱為鑒稱

26、為鑒別力。這種激勵變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進行。別力。這種激勵變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進行。 v 4 分辨力分辨力v分辨力是指顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。分辨力是指顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。 5 死區(qū)死區(qū)v計量器具的死區(qū)指的是不致引起計量器具響應(yīng)發(fā)計量器具的死區(qū)指的是不致引起計量器具響應(yīng)發(fā)生變化的激勵雙向變動的最大區(qū)間。生變化的激勵雙向變動的最大區(qū)間。v 6 響應(yīng)時間響應(yīng)時間v激勵受到規(guī)定突變的瞬間與響應(yīng)達到并保持其最激勵受到規(guī)定突變的瞬間與響應(yīng)達到并保持其最終穩(wěn)定性在規(guī)定極限內(nèi)的瞬間兩者之間的時間間隔就終穩(wěn)定性在規(guī)定極限內(nèi)的瞬間兩者之間的時間間隔就是響應(yīng)時間。是響應(yīng)時間。 v有關(guān)性能方面的

27、特性有關(guān)性能方面的特性 v1 漂移漂移v漂移是指計量器具計量特性的緩慢變化。漂移是指計量器具計量特性的緩慢變化。v2穩(wěn)定性穩(wěn)定性v 計量器具保持其計量特性隨時間恒定的能計量器具保持其計量特性隨時間恒定的能力稱為計量器具的穩(wěn)定性。通常力稱為計量器具的穩(wěn)定性。通常, 穩(wěn)定性是對穩(wěn)定性是對時間而言的。時間而言的。v3 重復性重復性v重復性是指在相同條件下重復性是指在相同條件下,重復測量同一個重復測量同一個被測量被測量,計量器具提供相近示值的能力。重復計量器具提供相近示值的能力。重復性可以用測量結(jié)果的分散性定量來表示。性可以用測量結(jié)果的分散性定量來表示。v4 可靠性可靠性v 可靠性是指計量器具在規(guī)定條

28、件下和規(guī)定可靠性是指計量器具在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)時間內(nèi),完成規(guī)定功能的能力。表示計量器具完成規(guī)定功能的能力。表示計量器具可靠性的定量指標可靠性的定量指標,可以用其極限工作條件下可以用其極限工作條件下的平均無故障工作時間來表示的平均無故障工作時間來表示,這個指標越高這個指標越高,說明可靠性越好。說明可靠性越好。 v1 準確度準確度v準確度指計量器具給出接近于真值的響應(yīng)能準確度指計量器具給出接近于真值的響應(yīng)能力。在實際應(yīng)用中力。在實際應(yīng)用中,常以測量不確定度常以測量不確定度,準確度等準確度等級或最大允許誤差來定量表示。級或最大允許誤差來定量表示。v 2 準確度等級準確度等級v準確度等級是符合一

29、定的計量要求準確度等級是符合一定的計量要求,使誤差保使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的計量器具的等別持在規(guī)定極限以內(nèi)的計量器具的等別,級別。這級別。這也是計量器具最具概括性的特征也是計量器具最具概括性的特征,綜合反映了計綜合反映了計量器具的基本誤差和附加誤差的極限值以及其他量器具的基本誤差和附加誤差的極限值以及其他影響測量準確度的特性值。影響測量準確度的特性值。 v3 測量精度測量精度v測量精度是測量結(jié)果的可信程度或不確定度測量精度是測量結(jié)果的可信程度或不確定度, 一般以計量值與被計量量的實際值之間的一般以計量值與被計量量的實際值之間的 偏差偏差范圍來表示。范圍來表示。 4 最大允許誤差最大允許誤差v

30、對給定計量器具對給定計量器具,規(guī)范規(guī)范,規(guī)程等所允許的誤差極規(guī)程等所允許的誤差極限值為最大允許誤差限值為最大允許誤差,有時也稱為計量器具的允許有時也稱為計量器具的允許誤差限。誤差限。29專業(yè)內(nèi)涵性能指標評價 誤差指標：精度和準度直接測量直接測量間接測量間接測量絕對測量絕對測量 相對（比較）測量相對（比較）測量測試與計量方法測試與計量方法單項測量單項測量綜合測量綜合測量在線測量在線測量離線測量離線測量接觸測量接觸測量非接觸測量非接觸測量等精度測量等精度測量 不等精度測量不等精度測量在測量過程中，計量器具的測頭與被在測量過程中，計量器具的測頭與被測零件處于相對靜止狀態(tài)，被測量的測零件處于相對靜止狀

31、態(tài)，被測量的量值是固定的。量值是固定的。靜態(tài)測量靜態(tài)測量動態(tài)測量動態(tài)測量在測量過程中，計量器具的測頭與被在測量過程中，計量器具的測頭與被測零件處于相對運動狀態(tài)，被測量的測零件處于相對運動狀態(tài)，被測量的量值是變化的。量值是變化的。34 測試計量方法及其分類測試計量方法及其分類 v在測試和計量過程中，在測試和計量過程中， 不同的量或不同量值不同的量或不同量值的同一種量，都應(yīng)該根據(jù)其特點和準確度要求，的同一種量，都應(yīng)該根據(jù)其特點和準確度要求，應(yīng)用相應(yīng)的計量原理，應(yīng)用相應(yīng)的計量原理， 選用不同的計量方法。選用不同的計量方法。 v“計量原理是計量方法的科學基礎(chǔ)計量原理是計量方法的科學基礎(chǔ)”。如溫度。如溫

32、度計量中的熱電效應(yīng)，電壓計量中的約瑟夫森效應(yīng)計量中的熱電效應(yīng)，電壓計量中的約瑟夫森效應(yīng)，速度計量中的多卜勒效應(yīng)以及長度計量中的光，速度計量中的多卜勒效應(yīng)以及長度計量中的光干涉原理等。干涉原理等。 這些都是基于被測量的相應(yīng)物理及這些都是基于被測量的相應(yīng)物理及化學特性的?；瘜W特性的。 v不同物理量的計量一方面要和不同物理量自身不同物理量的計量一方面要和不同物理量自身的規(guī)律性特點結(jié)合，的規(guī)律性特點結(jié)合， 而另一方面又存在著相似的而另一方面又存在著相似的提高測量精度，提高測量精度， 發(fā)現(xiàn)誤差因素的方法。發(fā)現(xiàn)誤差因素的方法。 這兩方面這兩方面的結(jié)合就能夠產(chǎn)生對不同量進行測量的實驗方案和的結(jié)合就能夠產(chǎn)生對

33、不同量進行測量的實驗方案和儀器設(shè)計的總體思想。儀器設(shè)計的總體思想。 因此掌握共性的測試計量因此掌握共性的測試計量方法是在廣義角度上完成不同物理量的測量和儀器方法是在廣義角度上完成不同物理量的測量和儀器設(shè)計的基礎(chǔ)之一。設(shè)計的基礎(chǔ)之一。 在掌握這些測試計量方法的基在掌握這些測試計量方法的基礎(chǔ)上舉一反三就能夠在廣泛的儀器設(shè)計中發(fā)揮關(guān)鍵礎(chǔ)上舉一反三就能夠在廣泛的儀器設(shè)計中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。的作用。 所以本節(jié)所介紹的就是存在于不同量的所以本節(jié)所介紹的就是存在于不同量的測量及儀器設(shè)計方面的共性內(nèi)容之一。測量及儀器設(shè)計方面的共性內(nèi)容之一。 這些測試這些測試計量方法都是本領(lǐng)域中最基本的方法，計量方法都是本領(lǐng)域中

34、最基本的方法， 是從事測是從事測試計量工作和儀器設(shè)計所必須掌握的。試計量工作和儀器設(shè)計所必須掌握的。 v測試計量方法的選擇要求從測量精度、測試計量方法的選擇要求從測量精度、 測量的量程范圍、測量的量程范圍、 測量的響應(yīng)時間以及所要設(shè)計測量的響應(yīng)時間以及所要設(shè)計的方案或儀器造價等多方面來考慮。的方案或儀器造價等多方面來考慮。 v采用不同的測量方法，采用不同的測量方法， 由實驗結(jié)果中所由實驗結(jié)果中所包含的誤差成分與對被測量的測量誤差的關(guān)系是包含的誤差成分與對被測量的測量誤差的關(guān)系是不會完全一樣的。不會完全一樣的。 從測量的高精度考慮，從測量的高精度考慮， 常常常常希望從直接實驗精度并不一定很高的實

35、驗結(jié)果中希望從直接實驗精度并不一定很高的實驗結(jié)果中得到對被測量的高得多的測量精度。得到對被測量的高得多的測量精度。 直接計量法和間接計量法直接計量法和間接計量法 v“不必對與被計量量有函數(shù)關(guān)系的其他量進行不必對與被計量量有函數(shù)關(guān)系的其他量進行計量，而能直接得到被計量量值的計量方法計量，而能直接得到被計量量值的計量方法”稱稱為為“直接計量法直接計量法”。也就是說，計量結(jié)果可由實。也就是說，計量結(jié)果可由實驗操作直接獲得，可用公式表示如下：驗操作直接獲得，可用公式表示如下：v A=X 式中，式中， A為被計量的量值；為被計量的量值；X為由實驗直接得出為由實驗直接得出的結(jié)果。用傳感器線性地將被測量轉(zhuǎn)換

36、成電量或的結(jié)果。用傳感器線性地將被測量轉(zhuǎn)換成電量或數(shù)字量顯示的方法可以理解為直接計量法。數(shù)字量顯示的方法可以理解為直接計量法。 v 這種測量方法的測量誤差為這種測量方法的測量誤差為v A=Xv從該式可以看出，實驗結(jié)果中的誤差被從該式可以看出，實驗結(jié)果中的誤差被100%地轉(zhuǎn)地轉(zhuǎn)換為對被測量的測量誤差，這就是這種方法的測量精度常換為對被測量的測量誤差，這就是這種方法的測量精度常常并不太高的原因。常并不太高的原因。 v 在進行直接比較計量時，計量器具直接給出被計量的在進行直接比較計量時，計量器具直接給出被計量的量值。量值。 在進行高精度計量或測試時，為了能對計量結(jié)果中在進行高精度計量或測試時，為了能

37、對計量結(jié)果中所含的系統(tǒng)誤差加以消除，需要作補充計量來確定影響量所含的系統(tǒng)誤差加以消除，需要作補充計量來確定影響量的值。的值。 v即使這樣，這類計量仍屬直接計量法。直接計量法是即使這樣，這類計量仍屬直接計量法。直接計量法是特征最明顯且采用最多的一種測試計量方法。這種方法所特征最明顯且采用最多的一種測試計量方法。這種方法所獲得的測量結(jié)果很直接、方便，使用的設(shè)備不一定很復雜獲得的測量結(jié)果很直接、方便，使用的設(shè)備不一定很復雜，而且在大多數(shù)情況下其測量的范圍可以很寬，而且在大多數(shù)情況下其測量的范圍可以很寬， 還不存在還不存在時間響應(yīng)的問題。時間響應(yīng)的問題。v但是在大多數(shù)情況下，得到的測量精度并不一定是最

38、但是在大多數(shù)情況下，得到的測量精度并不一定是最高的。高的。 在測量和儀器的設(shè)計中，常常存在這樣的矛盾，在測量和儀器的設(shè)計中，常常存在這樣的矛盾，有時取得高的測量精度要以犧牲測量的時間響應(yīng)或者測量有時取得高的測量精度要以犧牲測量的時間響應(yīng)或者測量的范圍為代價。因此，測量方案的選擇要進行多方面考慮的范圍為代價。因此，測量方案的選擇要進行多方面考慮和折中。和折中。 v直接計量法的典型例子是用數(shù)字頻率計測量頻率。直接計量法的典型例子是用數(shù)字頻率計測量頻率。 在圖在圖5.2.1所示的頻率計方框圖中，把標頻晶體振蕩器所所示的頻率計方框圖中，把標頻晶體振蕩器所產(chǎn)生的準確和穩(wěn)定的頻率信號分頻產(chǎn)生準確的時基信號

39、（產(chǎn)生的準確和穩(wěn)定的頻率信號分頻產(chǎn)生準確的時基信號（如秒信號），并用它控制一個閘門。被測信號經(jīng)過該閘門如秒信號），并用它控制一個閘門。被測信號經(jīng)過該閘門后，由計數(shù)器計數(shù)。當時基信號為后，由計數(shù)器計數(shù)。當時基信號為1s時，所計數(shù)的結(jié)果時，所計數(shù)的結(jié)果就嚴格等于被測信號的頻率值。就嚴格等于被測信號的頻率值。 圖5.2.1 使用直接計量法的數(shù)字頻率計放大整形主閘門計數(shù)顯示控制電路時基分頻系統(tǒng)恒溫晶振A輸入v “通過對與被計量量有函數(shù)關(guān)系的其他量的計量，通過對與被計量量有函數(shù)關(guān)系的其他量的計量， 以得以得到被計量量值的計量方法到被計量量值的計量方法”稱為稱為“間接計量法間接計量法”。 被計量值被計量值

40、可由下式求出：可由下式求出： vA=F（ X1， X2， X3, ）v式中，式中， A為被計量的量值；為被計量的量值； X1， X2， X3為可直接計量為可直接計量的量值。的量值。 v 間接計量法在計量學中有著特別重要的意義，間接計量法在計量學中有著特別重要的意義， 主要用于主要用于導出單位，導出單位， 如壓力、流量、速度、重力加速度、功率等量的如壓力、流量、速度、重力加速度、功率等量的單位量值的復現(xiàn)。單位量值的復現(xiàn)。 v在一些測量儀器中也常常通過中間量的測量，并經(jīng)過計算在一些測量儀器中也常常通過中間量的測量，并經(jīng)過計算而得到被測量的值，這樣獲得的精度可能會更高一些。因此間而得到被測量的值，這

41、樣獲得的精度可能會更高一些。因此間接計量法在高精度測試和計量中常被選用。接計量法在高精度測試和計量中常被選用。v對于精度的提高情況可以通過對相應(yīng)函數(shù)關(guān)系式對于精度的提高情況可以通過對相應(yīng)函數(shù)關(guān)系式的分析得到。也就是說，首先要建立被測量與各中間的分析得到。也就是說，首先要建立被測量與各中間量之間的數(shù)學模型，以發(fā)現(xiàn)中間量的值對被測量精度量之間的數(shù)學模型，以發(fā)現(xiàn)中間量的值對被測量精度的貢獻。的貢獻。 v比如在頻標比對中，比如在頻標比對中， 直接測頻法的精度不高。直接測頻法的精度不高。 但但是由于頻標比對都是在兩比對頻率信號頻率值很接近是由于頻標比對都是在兩比對頻率信號頻率值很接近的情況下來完成測量工

42、作的，的情況下來完成測量工作的， 所以通過頻標信號間相所以通過頻標信號間相位差變化量的測量可以用公式位差變化量的測量可以用公式v Tffv比相法測量頻率的儀器方框圖如圖比相法測量頻率的儀器方框圖如圖5.2.2所示。所示。 可以看到，可以看到， 這種設(shè)備的復雜程度并不這種設(shè)備的復雜程度并不比直接進行計數(shù)測頻的儀器復雜。比直接進行計數(shù)測頻的儀器復雜。 v用比相法獲得的相位差比對結(jié)果的示意圖用比相法獲得的相位差比對結(jié)果的示意圖如圖如圖5.2.3所示。所示。 圖5.2.2 比相法測量頻率的儀器方框圖 放大整形鑒相雙穩(wěn)態(tài)v(t)低通濾波器長圖記錄儀放大整形F1F2f1f2v圖5.2.3 相位差比對結(jié)果的

43、示意圖Tv算出被測信號的相對頻差，并且隨著比對算出被測信號的相對頻差，并且隨著比對時間的延伸而獲得很高的測量精度。時間的延伸而獲得很高的測量精度。 T是兩是兩信號之間的相位差變化量，信號之間的相位差變化量，是發(fā)生該變化所是發(fā)生該變化所用的時間。用的時間。 其誤差公式是其誤差公式是 ffTTTff)()(2v式中的右邊第二項是誤差的次要成分。式中的右邊第二項是誤差的次要成分。 只要兩比相只要兩比相頻率源的頻率值比較接近，頻率源的頻率值比較接近， 并適當照顧到對采樣周期并適當照顧到對采樣周期的的測量或控制精度，測量或控制精度， 則該項誤差與第一項相比就可以忽略則該項誤差與第一項相比就可以忽略不計。

44、不計。 該式右邊的第一項是誤差的主要成分。該式右邊的第一項是誤差的主要成分。 從式（從式（5.2.5）中可以看出，）中可以看出， 測頻的精度隨著比相時間的延長測頻的精度隨著比相時間的延長， 以及對相位差測試精度的提高而提高。以及對相位差測試精度的提高而提高。 v這里直接被測的中間量是這里直接被測的中間量是T =T2-T1及及，其中，其中T是是相位差（時間間隔），而相位差（時間間隔），而是發(fā)生是發(fā)生T變化所用的時間。變化所用的時間?？梢詮拿?、分、小時直至天。而對高精度頻率源，可以從秒、分、小時直至天。而對高精度頻率源，T的的變化范圍常常是微秒或納秒。變化范圍常常是微秒或納秒。 v兩信號間的頻差不

45、一樣，兩信號間的頻差不一樣，T的變化范圍也不一的變化范圍也不一樣；樣； 比相信號頻率值的高低不同，比相信號頻率值的高低不同， 測量的分辨率也不一測量的分辨率也不一樣。樣。 如在如在10MHz的頻率下比相時，的頻率下比相時， 兩信號間相位差兩信號間相位差變化范圍為變化范圍為0100 ns。如果能獲得對。如果能獲得對100ns的的1%的的分辨率分辨率(T)， 就能夠獲得對就能夠獲得對f/f0的相當高的精度的相當高的精度（如（如110-9/秒、秒、 310-13/小時和約小時和約110-14/天等）。天等）。 這是只用一般直接測頻的方法難以達到的精度。這是只用一般直接測頻的方法難以達到的精度。 這種

46、情況下的儀器并不一定復雜，這種情況下的儀器并不一定復雜， 但應(yīng)該符合一定要求。但應(yīng)該符合一定要求。 從對上述比相法的分析中，從對上述比相法的分析中， 也可以看到對于不同測量目的也可以看到對于不同測量目的的測量方法確立其相應(yīng)數(shù)學模型并進行分析的重要性。通的測量方法確立其相應(yīng)數(shù)學模型并進行分析的重要性。通過這樣的分析可以確定實際可獲得的測量精度、過這樣的分析可以確定實際可獲得的測量精度、 直接測量直接測量對象、對象、 簡化儀器及其設(shè)計的途徑等。簡化儀器及其設(shè)計的途徑等。 v全面分析某些間接測量方法和直接測量方法全面分析某些間接測量方法和直接測量方法的特點，的特點， 也可以看到有時候高精度的獲得要犧

47、也可以看到有時候高精度的獲得要犧牲測量范圍。比如，用計數(shù)器直接測頻，牲測量范圍。比如，用計數(shù)器直接測頻， 雖然雖然測量精度比較低，但是測量的頻率范圍只受計數(shù)測量精度比較低，但是測量的頻率范圍只受計數(shù)速度的限制，且是寬頻率范圍的。但是，用了間速度的限制，且是寬頻率范圍的。但是，用了間接比相法測量時，精度得到了大幅度的提高，而接比相法測量時，精度得到了大幅度的提高，而比對只能在同頻或者頻率關(guān)系成倍數(shù)的情況下進比對只能在同頻或者頻率關(guān)系成倍數(shù)的情況下進行。行。 基本計量法和定義計量法基本計量法和定義計量法 v關(guān)于計量方法的選擇也可以通過對被計量量值的定義及關(guān)于計量方法的選擇也可以通過對被計量量值的定

48、義及它與一些有關(guān)基本量間的聯(lián)系來確定。它與一些有關(guān)基本量間的聯(lián)系來確定。 v “通過對一些有關(guān)基本量的計量，通過對一些有關(guān)基本量的計量， 以確定被計量量值的計以確定被計量量值的計量方法量方法”稱為稱為“基本計量法基本計量法”， 有些書中也稱其為有些書中也稱其為“絕對絕對計量法計量法”。 由定義可知，由定義可知， 基本計量法實為間接計量法的一基本計量法實為間接計量法的一種。種。 v“根據(jù)量的單位定義計量該量的方法根據(jù)量的單位定義計量該量的方法”稱為稱為“定義計量定義計量法法”。 這是按計量單位的定義復現(xiàn)其量值的一類方法，適這是按計量單位的定義復現(xiàn)其量值的一類方法，適用于基本單位和導出單位。應(yīng)該注

49、意的是，按定義復現(xiàn)單位用于基本單位和導出單位。應(yīng)該注意的是，按定義復現(xiàn)單位并不完全局限于建立基準，它可能有多種方法和不同準確度并不完全局限于建立基準，它可能有多種方法和不同準確度的結(jié)果。的結(jié)果。v例如例如, 按照新的米定義，可以用三種方法、按照新的米定義，可以用三種方法、多種激光輻射來復現(xiàn)；又如伏特基準，可以用多種激光輻射來復現(xiàn)；又如伏特基準，可以用飽和惠斯頓標準電池，也可以利用約瑟夫森效飽和惠斯頓標準電池，也可以利用約瑟夫森效應(yīng)來復現(xiàn)。實際測量中，最有代表性的是根據(jù)應(yīng)來復現(xiàn)。實際測量中，最有代表性的是根據(jù)歐姆定律中電阻和電壓及電流之間的關(guān)系歐姆定律中電阻和電壓及電流之間的關(guān)系R=U/I， 通

50、過電壓和電流的測量計算獲得對通過電壓和電流的測量計算獲得對應(yīng)的電阻值。應(yīng)的電阻值。 直接比較計量法和替代計量法直接比較計量法和替代計量法 v“將被計量量直接與已知的同一種量相比較的計量方法將被計量量直接與已知的同一種量相比較的計量方法”被稱為被稱為“直接比較計量法直接比較計量法”。 v 這種方法在計量和工程測試中被普遍應(yīng)用。這種方法這種方法在計量和工程測試中被普遍應(yīng)用。這種方法有兩個特點有兩個特點: 一是相比較的兩個量必須是同一種量；二是一是相比較的兩個量必須是同一種量；二是計量時必須用比較式計量器具。計量時必須用比較式計量器具。 因此，因此， 許多誤差分量由許多誤差分量由于與標準器同方向增減

51、而相互抵消，從而能獲得較高的計于與標準器同方向增減而相互抵消，從而能獲得較高的計量準確度。要創(chuàng)造能相互比較的條件，常常需要限制兩比量準確度。要創(chuàng)造能相互比較的條件，常常需要限制兩比較量的數(shù)值范圍（如量值接近或成一定的比例關(guān)系等），較量的數(shù)值范圍（如量值接近或成一定的比例關(guān)系等），這也是直接比較計量法在測量的隨意性和范圍方面受到限這也是直接比較計量法在測量的隨意性和范圍方面受到限制的因素。制的因素。 v“用選定的且已知其值的同一種量替代被計量量，用選定的且已知其值的同一種量替代被計量量， 并并使作用于指示裝置的效應(yīng)相同的計量方法使作用于指示裝置的效應(yīng)相同的計量方法”稱為稱為“替代計替代計量法量法

52、”。例如，在天平上用已知其質(zhì)量的砝碼替代被計量。例如，在天平上用已知其質(zhì)量的砝碼替代被計量物體，以求其質(zhì)量的物體，以求其質(zhì)量的“波爾特波爾特”法為典型的替代計量法。法為典型的替代計量法。這里所說的這里所說的“作用于指示裝置的效應(yīng)作用于指示裝置的效應(yīng)”可以理解為儀器的可以理解為儀器的示值。因此，砝碼的質(zhì)量就是被計量物體的質(zhì)量，示值。因此，砝碼的質(zhì)量就是被計量物體的質(zhì)量， 而且消而且消除了由于天平的不等臂性所帶來的一般不容易計算的誤差除了由于天平的不等臂性所帶來的一般不容易計算的誤差。 v在電子測量中替代法也有廣泛的應(yīng)用。在電子測量中替代法也有廣泛的應(yīng)用。 在測量條件不在測量條件不變的情況下，變的

53、情況下， 用一個標準已知量替代被測量，用一個標準已知量替代被測量， 并調(diào)整標并調(diào)整標準量使儀器的示值相同，準量使儀器的示值相同， 于是被測量就等于標準量的相應(yīng)于是被測量就等于標準量的相應(yīng)標稱值。標稱值。 v因為在替代過程中，測量電路和儀器的工作狀因為在替代過程中，測量電路和儀器的工作狀態(tài)及示值均保持不變，態(tài)及示值均保持不變， 故測量中的恒定系統(tǒng)誤差故測量中的恒定系統(tǒng)誤差對測量結(jié)果不產(chǎn)生影響。對測量結(jié)果不產(chǎn)生影響。 測量精度主要取決于已測量精度主要取決于已知標準量的正確度及指示儀器的靈敏度。知標準量的正確度及指示儀器的靈敏度。 v這方面最典型的例子是在交流電壓測量中以熱這方面最典型的例子是在交流

54、電壓測量中以熱電偶作為轉(zhuǎn)換器件時的直流對交流的替代法計量。電偶作為轉(zhuǎn)換器件時的直流對交流的替代法計量。 這可以消除對交流或交流轉(zhuǎn)換信號指示器的誤差。這可以消除對交流或交流轉(zhuǎn)換信號指示器的誤差。 由于熱電偶的輸出電勢只與熱絲吸收的功率有關(guān)，由于熱電偶的輸出電勢只與熱絲吸收的功率有關(guān)， 而與低頻頻率無關(guān)，而與低頻頻率無關(guān)， 當同一熱電偶對一低頻電壓當同一熱電偶對一低頻電壓和一直流電壓的輸出電勢相相同時，和一直流電壓的輸出電勢相相同時， 直流電壓值直流電壓值就準確地等于被測交流電壓的有效值。就準確地等于被測交流電壓的有效值。 而直流電而直流電壓值可以通過直流數(shù)字電壓表準確地測得。壓值可以通過直流數(shù)字

55、電壓表準確地測得。 v用替代法常常可以實現(xiàn)對一些難以直接測量用替代法常?？梢詫崿F(xiàn)對一些難以直接測量的量值的高精度測量。在測量系統(tǒng)中，主要是用的量值的高精度測量。在測量系統(tǒng)中，主要是用一個便于高精度測量的量和被測量公用一個終端一個便于高精度測量的量和被測量公用一個終端檢測和顯示通道。對該通道并不提出精度等方面檢測和顯示通道。對該通道并不提出精度等方面的高要求。它的作用是能夠嚴格等同地顯示出兩的高要求。它的作用是能夠嚴格等同地顯示出兩個有一致終端效果量值的數(shù)值。為了做到這一點個有一致終端效果量值的數(shù)值。為了做到這一點，就要求在這個終端通道中兩個信號的量值是相，就要求在這個終端通道中兩個信號的量值是

56、相同性質(zhì)的，而且又為了以更高的分辨率給出兩個同性質(zhì)的，而且又為了以更高的分辨率給出兩個量的同一替代效果，終端顯示器的靈敏度也應(yīng)該量的同一替代效果，終端顯示器的靈敏度也應(yīng)該盡可能地高。為了能夠公用同樣的終端通道，兩盡可能地高。為了能夠公用同樣的終端通道，兩路信號必須有向該通道進行信號轉(zhuǎn)換到同一性的路信號必須有向該通道進行信號轉(zhuǎn)換到同一性的器件或裝置。器件或裝置。 v這種裝置或者是針對兩路信號，或者是僅僅針對被測信這種裝置或者是針對兩路信號，或者是僅僅針對被測信號的。號的。 為了實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)換，一些特殊的器件，為了實現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)換，一些特殊的器件， 尤其是針尤其是針對不同被測量的轉(zhuǎn)換器件必須能夠掌握

57、。以下，通過實際對不同被測量的轉(zhuǎn)換器件必須能夠掌握。以下，通過實際的替代法的應(yīng)用實例來說明這種方法對于其他方法所不易的替代法的應(yīng)用實例來說明這種方法對于其他方法所不易獲得高精度的精密測量，獲得高精度的精密測量， 以及系統(tǒng)中各部分對測量的影響以及系統(tǒng)中各部分對測量的影響。v替代法的典型應(yīng)用是用能夠高精度測量的直流信號替代替代法的典型應(yīng)用是用能夠高精度測量的直流信號替代交流信號來實現(xiàn)對交流量有效值的高精度測量。為了實現(xiàn)交流信號來實現(xiàn)對交流量有效值的高精度測量。為了實現(xiàn)替代，就必須實現(xiàn)同一性的轉(zhuǎn)換。也就是，能夠把交直流替代，就必須實現(xiàn)同一性的轉(zhuǎn)換。也就是，能夠把交直流信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于它們有效值的量，

58、信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)于它們有效值的量， 通過對該量的檢測求通過對該量的檢測求出被測量。出被測量。 這里，這里， 熱效應(yīng)轉(zhuǎn)換使用方便、熱效應(yīng)轉(zhuǎn)換使用方便、 準確度高，獲準確度高，獲得了普遍應(yīng)用。得了普遍應(yīng)用。 應(yīng)用這種效應(yīng)做成的轉(zhuǎn)換器件是熱電偶。應(yīng)用這種效應(yīng)做成的轉(zhuǎn)換器件是熱電偶。 圖5.4.1 真空單元熱電偶 加熱絲導流絲導流絲真空玻璃泡熱電偶輸出端v 圖圖5.4.1所示的是一種常用的真空單元熱電偶。所示的是一種常用的真空單元熱電偶。 實際計量時實際計量時， 輪流將交流電流及直流電流通入加熱絲。輪流將交流電流及直流電流通入加熱絲。 如果在這兩種如果在這兩種情況下熱電偶輸出的熱電勢相等，情況下熱電偶輸

59、出的熱電勢相等， 就認為加熱絲的發(fā)熱量相就認為加熱絲的發(fā)熱量相同，同， 即交流電流的有效值等于直流電流的數(shù)值。即交流電流的有效值等于直流電流的數(shù)值。 因此，因此， 只只要計量出直流電流，要計量出直流電流， 就可得出相當?shù)慕涣麟娏鞯挠行е?。就可得出相當?shù)慕涣麟娏鞯挠行е怠?在計量交流電壓的有效值時，在計量交流電壓的有效值時， 可用電阻元件將交流電壓轉(zhuǎn)換可用電阻元件將交流電壓轉(zhuǎn)換成交流電流后再計量。成交流電流后再計量。 v 加熱絲的額定電流約為數(shù)十毫安，而且只有在接近額定值時加熱絲的額定電流約為數(shù)十毫安，而且只有在接近額定值時才能得到較好的效果。為了使熱電偶適用于計量不同量值的才能得到較好的效果。

60、為了使熱電偶適用于計量不同量值的電流和電壓，需用電阻分流器、分壓器或感應(yīng)耦合比例器件電流和電壓，需用電阻分流器、分壓器或感應(yīng)耦合比例器件擴展熱電偶的量限。一般常將熱電偶和擴展量程的附件組裝擴展熱電偶的量限。一般常將熱電偶和擴展量程的附件組裝在一起，在一起， 組成熱電比較儀。其不確定度為組成熱電比較儀。其不確定度為10-410-5。 v 在電子計量中的低頻電壓的頻段一般覆蓋在電子計量中的低頻電壓的頻段一般覆蓋從幾赫茲到從幾赫茲到1 MHz左右的頻率范圍。左右的頻率范圍。 在這個在這個頻段內(nèi)用真空熱電偶作轉(zhuǎn)換元件的交直流轉(zhuǎn)換頻段內(nèi)用真空熱電偶作轉(zhuǎn)換元件的交直流轉(zhuǎn)換標準的準確度最高。這種熱電偶的輸出