计量学基础第4章计量器具

1第四章计量器具计量器具是指能用以直接或间接方式，测出被测对象量值的装置和用于统一量值的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 物质，包括计量基准、计量标准和工作计量器具。计量器具是国家法定计量单位和国家基准单位量值的物化体现，是进行量值传递、保障全国量值准确可靠的物质技术基础，是《计量法》的调整对象，是加强计量监督管理的主要对象。2第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类计量器具按结构特点可分为量具、计量仪器（仪表）和计量装置。（一）、量具量具是实物量具的简称，用来复现或提供某个物理量的已知量值的计量器具。千分尺、游标卡尺、百分表，虽然社会上习惯称之为“通用量具”，但按定义它们并不是量具，而是计量仪器。3第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类1、量具的分类单值量具和多值量具单值量具只能提供一个量值，例如量块、标准电池等。多值量具能复现多个不同的量值，例如多刻线量筒、多面棱体角度等。多值量具中的变值量具，可以根据需要调到不同的量值，例如：可变电容器、电阻箱等。4第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类1、量具的分类从属量具和独立量具从属量具不能单独确定被测量值，而必须通过其它计量器具或辅助设备，如砝码只有通过天平才能测量质量。独立量具无需通过其他器具就能单独进行测量，如线纹尺等。5第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类1、量具的分类单个量具和成套量具成套量具是在一定范围内复现或提供多个量值的一些单个量具的组合体。它们不仅可以单独使用，而且也可以在不同组合下使用。例如砝码组，1套克组由12个砝码组成：1g、2g、2g、5g、10g、20g、20g、50g、100g、200g、200g、500g。6第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类2、量具的特点1）本身直接复现了单位量值，即量具的标称值就是单位量值的实际大小。2）在机构上没有测量机构，没有指示器。3）在没有测量机构的情况下，必须依赖其他配用的计量仪器，否则就不能测出被测量值。7第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类（二）、计量仪器用来将被测量的量值变换成可直接观察的示值（或等效信息）的计量器具。计量仪器（仪表）的主要特性，是能将被测量值与已知量值进行比较，并将比较的结果变换成示值（或等效信息）输出。8第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类1、计量仪器的分类计量仪器或仪表最常见的可分为三类：1）直接指示出被测量值的“直读式”2）指示出被测量值等于同名量的已知值的“比较式”3）能测量出被测量值与同名量的已知值之间的少量差异的“差值式”9第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类2、计量仪器的特点1）与量具不同，计量仪器本身并不复现或提供已知量值，而是通过转换得到的指示值。2）在结构上有测量机构、指示器或可活动测量元部件。3）它可以直接测出被测对象的量值。10第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类（三）、计量装置计量装置是为确定被测量值所必需的计量器具和辅助设备的总体。例如，电能表检定装置、热电偶热电阻自动检定系统等。计量装置的组成：计量仪器、量具、测量夹具、测量变换器以及辅助设备和电源。11第一节计量器具的分类及特征一、计量器具按结构特点分类辅助设备一般有三种作用：1）将被测量或影响量保持于某个适当数值上。2）便于进行计量操作。3）改变计量器具的计量范围或灵敏度，如放大器、分流器等。12第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类按技术特性及用途，计量器具可分为计量基准器具、计量标准器具（包括标准物质）和工作计量器具。（一）计量基准器具计量基准器具简称计量基准，是在特定计量领域内复现和保存计量单位（或其倍数或分数）并具有最高计量特性的计量器具，是统一量值的最高依据。13第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类1、人工基准与自然基准计量基准的稳定度是至关重要的计量特性，是计量科学家研究的重要课题。人工基准是指以实物来定义并复现测量单位，又称为实物基准；自然基准是指以自然现象或物理效应来定义测量单位。14第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类1、人工基准与自然基准为了追求高稳定性，计量基准经历了四个过程：1)初级人工基准：骨尺、铜方升2)宏观自然基准3)高级人工基准：国际米、国际千克4)微观自然基准15第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类2、国家计量基准、国际计量基准、副基准和工作基准国际计量基准是具有当代科学技术所能达到的最高计量特性的计量基准，是给定量的所有其它计量器具在国际上定度的最高依据。经国际协会承认的主要途径是经国际米制公约组织下设的国际计量委员会（CIPM）和国际计量局(BIPM)两个结构。16第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类国家计量基准副基准是由国家基准直接校准或比对来定值的计量标准，它作为复现测量单位的地位仅次于国家基准。工作基准是指经与国家计量基准或副基准比对，并经国家鉴定，实际用以检定计量标准的计量器具。17第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类国家计量基准的特点1）唯一性。对每个测量参数来说，全国只能有一个。2）科学性。计量基准都是运用最新科学技术成就研制出来的，所以具有当代（本国）的最高精确度，同时计量基准都具有良好的复现性。18第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类国家计量基准的特点3）国家性。因为计量基准是统一全国量值的最高依据，故计量基准的准确度只有而且必须经过国家鉴定合格并确定其准确度。4）稳定性。计量基准不仅应具有最高的准确度，而且应具有最佳的稳定度。19第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类（二）计量标准器具计量标准器具简称计量标准，是指准确度低于计量基准、用于检定其他计量标准或工作计量器具的计量器具。一般来说，计量标准具有较高计量特性，这里所说的“较高计量特性”，是针对计量基准与工作计量器具而言的。20第一节计量器具的分类及特征二、计量器具按计量用途分类（三）工作计量器具工作计量器具也称普通计量器具，用于日常的测量工作而不是用于检定或校准工作的计量器具。工作计量器具的数量巨大，占计量器具总数的绝大多数。为了保证测量结果的准确可靠，工作计量器具通常要定期或及时地进行检定或校准。21第一节计量器具的分类及特征三、计量器具的特征（一）标称值、量程、示值误差和测量范围标称值指量具上所标注的量值。示值范围指所显示或指示的最低值到最高值的范围。测量范围指在允许误差限内计量器具的被测量值的范围。量程测量范围的上、下限之差的模。22第一节计量器具的分类及特征三、计量器具的特征（二）计量准确度和重复性测量仪器的准确度：测量仪器给出接近于真值的相应的能力。测量仪器的重复性：在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，测量仪器提供相近示值的能力。23第一节计量器具的分类及特征三、计量器具的特征（三）计量灵敏度和灵敏阈灵敏度：计量器具对被测量变化的反应能力，也是被测量变化引起计量器具示值变化的程度。灵敏阈：指计量器具在零位附近的输入量增量达到多大时，才能从计量器具上观测到示值的变化，此前一直观测不到的这个输入量。24第一节计量器具的分类及特征三、计量器具的特征（四）稳定性稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。（五）作用速度作用速度：稳定时间或单位时间内测量的最大次数（具有规定的准确度）。25第一节计量器具的分类及特征三、计量器具的特征正确选用计量器具的要点是：1）要考虑计量器具的计量特性，如动态、静态特性指标应适当；2）要考虑使用条件，这是因为使用条件会影响测量结果的准确性。3）要考虑购置时的经济性，包括安装、运行、维修等经费。26第二节计量器具的组成计量器具的构成：一是输入部分；二是中间变换部分；三是输出部分。如下图所示27第二节计量器具的组成一、计量器具的输入部分输入部分(传感器、检测器或测量变换器)，它的作用是吧被测信息转换成便于下一步处理的信号，通常是转化为电信号。（一）常用传感器传感器是实现将被测量转换为电量以利于后续处理的功能器件。它对系统的功能起着决定性作用，准确度愈高，系统对传感器的依赖性愈大。28第二节计量器具的组成一、计量器具的输入部分（一）常用传感器传感器按用途分类：电传感器、磁传感器、位移传感器、压力传感器、振动传感器、声学传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、流速传感器、真空度传感器、光传感器、温度传感器、湿度传感器、射线传感器、分析传感器、仿生传感器、气体传感器、离子传感器等。29第二节计量器具的组成一、计量器具的输入部分（二）常用测量变换器主要的计量变换器有电流互感器、电动变换器、气动变换器、计量电桥、调制解调器等。电桥的应用极为广泛，它的功能是把来自传感器的电阻、电容、电感等量的变化，变成电流或电压的变化。30第二节计量器具的组成二、计量器具的中间转换部分（一）滤波滤波的主要功能是让测量信号中所需要的特定频率成分通过，而使不需要的其他频率成分得以抑制或大大衰减，从而提取所需的有用测量信号。根据所处理信号形式不同，滤波器可分为模拟与数字两大类。31第二节计量器具的组成二、计量器具的中间转换部分（一）滤波根据通过滤波器的频率范围可分为低通、高通、带通及带阻四种滤波器。根据电路组成滤波器可分为LC无源滤波器、RC无源滤波器、由特殊元件构成的无源滤波器、RC有源滤波器。其中第四种在计量仪器中应用最为广泛。32第二节计量器具的组成二、计量器具的中间转换部分（二）测量信号的放大在信号变换过程中，信号放大电路是为了将微弱的测量信号，放大到足以进行各种转换处理或推动指示器、记录器以及各种控制机构。主要是利用集成放大器组成各种形式的放大电路，或专门设计制成具有某些性能的单片集成放大器。33第二节计量器具的组成二、计量器具的中间转换部分（三）测量信号的调制解调将测量信号从含有噪声的信号中分离出来是测量电路的一项重要任务。为了便于区别信号与噪声，往往给测量信号赋予一定特征，这就是调制解调的主要功用。在信号调制中常以一个高频正弦信号作为载波信号，可以对正弦信号幅值、频率、相位三个参数进行调制，分别称为调幅、调频、调相。34第二节计量器具的组成二、计量器具的中间转换部分（四）A/D和D/A转换器在现代计量仪器中，是以计算机为核心的控制、显示、数据处理系统，必须将传感器输出的模拟信号转换成数字信号，为此要使用模/数转换器（简称A/D转换器或ADC）。同A/D相反，经计算机处理后的信号常需要反馈给模拟执行机构如执行电机等，因此还需要数/模转换器（简称D/A转换器或DAC）。35第二节计量器具的组成三、计量器具的输出部分输出部分可分为指示器和记录器两种形式。指示器的显示可以是模拟的或数字的，既可以对单个量值进行显示，也可以对多个量值进行显示。记录器是计量器具输出部分中记录被测量的量值或相关值的一套组件。36第二节计量器具的组成三、计量器具的输出部分最后，让我们熟悉一些计量器具。三坐标测量机、原子力显微镜、红外傅立叶光谱分析仪、气相色谱分析仪、材料导热系数分析仪、风动实验装置。37三坐标测量机可用于CAD、CAM、CIM及IE等领域研究，做机械零部件几何尺寸测量，做复杂零件的逆向工程建模等。第二节计量器具的组成GlobalClassic三坐标测量机38Q-Scope250原子力显微镜原子力显微镜可以做超精细加工零件表面轮廓测量，纳米材料（含半导体材料、气体、化学、化工材料）、生物样品等微表面分析测试。第二节计量器具的组成39红外傅立叶光谱分析仪（美国NICOLET公司）主要用于固态、液态和气态化合物的定性定量及结构分析，可广泛应用于有机化合物分析、药物分析、环境科学、农业科学等各研究领域。第二节计量器具的组成40安捷伦气相色谱分析仪主要功能是有机挥发物的定量分析混合物分离及标样保留时间分。主要应用于有机化学、食品、医药卫生、石油化工、公共环境等领域。第二节计量器具的组成41材料导热系数分析仪材料导热系数分析仪可以在样品温度10～90℃的范围内对绝热材料和其它低导热材料进行测试。第二节计量器具的组成42第三节计量器具的管理一.管理的范围和内容1.新产品定型鉴定2.型式批准3.样机实验二.定型鉴定中须确定的问题1.新产品符合国家标准或其他标准文件的情况2.新产品的计量特性的保持能力3.新产品的实用性及可靠性4.新产品的零件标准化和系列化水平5.批量生产的适宜性、产品的可修性等