2.1　測量的基本概念

2.1.1　測量

測量就是將被測量與具有計量單位的標準量在數值上進行比較，從而確定二者比值的實驗認知過程。若被測量的值為L，計量單位為u，則二者比值為

　　 （2-1） 　　

（1）測量的基本要求

在測量過程中，應保證計量單位的統一和量值的準確；應將測量誤差控制在允許的范圍內，以保證測量結果的精度；應正確、經濟、合理地選擇計量器具和測量方法，以保證一定的測量條件。

（2）測量的要素

一個完整的測量過程應包括被測對象、計量單位、測量方法和測量的精度四個方面。

（3）測量對象

在技術測量中指的是幾何量，包括長度、角度、表面粗糙度以及形位公差等幾何參數。在礦物加工過程中，測量對象主要包括流量、溫度、壓力、物位、成分、密度、粒度及黏度等參數。由于各參數的種類繁多，性質各異，因此在測量之前應對其各自的特性、被測參數的定義及標準等都加以研究和熟悉。

（4）計量單位

以定量表示同種量的量值而約定采用的特定量。我國規定采用以國際單位制（SI）為基礎的“法定計量單位制”。它是由一組選定的基本單位和由定義公式與比例因數確定的導出單位所組成的。如“米”“千克”“秒”“安”等為基本單位。此外在工程中還經常用“毫米（mm）”“微米（μm）”和“納米（nm）”等長度單位。

（5）測量方法

測量方法是根據一定的測量原理，在實施測量過程中對測量原理的運用及其實際操作。測量方法可以廣義地理解為測量原理、測量器具（計量器具）和測量條件（環境和操作者）的總和。

在實施測量的過程中，應該根據被測對象的特點和被測參數的定義來擬定測量方案、選擇測量器具和規定測量條件，合理地獲得可靠的測量結果。

（6）測量精度

測量精度表示測量結果與真值的一致程度。不考慮測量精度而得到的測量結果是沒有任何意義的。在此，所謂的真值就是當某量能被完善地確定并能排除所有測量上的缺陷時，通過測量所得到的量值。由于測量會受到許多因素的影響，其過程總是不完善的，即任何測量都不可能沒有誤差。因此，對于每一個測量值都應給出相應的測量誤差范圍，并說明其可信度。

2.1.2　測量方法

檢測技術的含義是根據被測量的特點，選用合適的檢測裝置與實驗方法，通過測量和數據處理及誤差分析，準確得到被測量的數值。測量方法是實現測量過程所采用的具體方法。應當根據被測量的性質、特點和測量任務要求來選擇適當的測量方法。測量方法的類型很多，按照不同的分類方法劃分如下：

①按照測量手段可以將測量方法分為：直接測量和間接測量。

②按照獲得測量值的方式可以分為：偏差式測量、零位式測量、微差式測量。

③根據傳感器與被測對象是否直接接觸可以分為：接觸式測量和非接觸式測量。

④根據被測對象的變化特點可分為：靜態測量、動態測量等。 

2.1.3　測試系統

一個完整的檢測系統或檢測裝置通常是由傳感器、測量電路和顯示記錄裝置等幾部分組成，分別完成信息的獲取、轉換、顯示和處理等功能。當然其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。圖2-1給出了檢測系統的組成框圖。 

（1）傳感器 

傳感器是把被測量（如物理量、化學量、生物量等）變換為另一種與之有確定對應關系，并且便于測量的量（通常是電學量）的裝置。傳感器是檢測系統與被測對象直接發生聯系的部件。它處于被測對象和檢測系統的接口位置，是信息輸入的主要窗口，為檢測系統提供必需的原始信息。傳感器是整個檢測系統最重要的環節，檢測系統獲取信息的質量往往是由傳感器的性能一次性確定的，因為檢測系統的其他環節無法添加新的檢測信息并且不易消除傳感器所引入的誤差。 

檢測技術中使用的傳感器種類繁多，分類的方法也各不相同。從傳感器應用的目的出發，可以根據被測量的性質將傳感器分為：機械量傳感器（如位移傳感器、力傳感器、速度傳感器等）、熱工量傳感器（如溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器等）和化學量傳感器（如生物量傳感器）等。

從傳感器研究的目的出發，著眼于變換過程的特征可以將傳感器按輸出量的性質分為：參量型傳感器和發電型傳感器兩大類。參量型傳感器的輸出是電阻、電感、電容等無源電參量，相應的有電阻式傳感器、電感式傳感器、電容式傳感器等；發電型傳感器的輸出是電壓或電流，相應的有熱電偶傳感器、光電傳感器、 磁電傳感器、壓電傳感器等。 

（2）測量電路 

測量電路的作用是將傳感器的輸出信號轉換成易于測量的電壓或電流信號。通常傳感器輸出的信號是微弱的，這就需要經由測量電路加以放大，以滿足顯示記錄裝置的要求。測量電路根據需要還能進行阻抗匹配、微分、積分、線性化補償等信號處理工作。

測量電路的種類和構成是由傳感器的類型決定的，不同的傳感器所要求配用的測量電路經常具有自己的特色。 

（3）顯示記錄裝置 

顯示記錄裝置是檢測人員和檢測系統聯系的主要環節，主要作用是使人們了解檢測數值的大小或變化的過程。目前常用的有模擬式顯示、數字式顯示和圖像式顯示三種。

模擬式顯示是利用指針與標尺的相對位置表示被測量數值的大小，如各種指針式電氣測儀表，其特點是讀數方便、直觀，結構簡單，價格低廉，在檢測系統中一直被大量應用。模擬式顯示方式的缺點是，精度受標尺最小分度限制，而且讀數時易引入主觀誤差。 

數字式顯示是直接以十進制數字形式來顯示讀數，實際上是專用的數字電壓表，它可以聯合打印機，打印記錄測量數值，并且易于和計算機聯機，使數據處理更加方便。數字式顯示方式有利于消除讀數的主觀誤差。 

圖像式顯示是將輸出信號送至記錄儀，從而描繪出被測量隨時間變化的曲線，作為檢測結果。常用的自動記錄儀器有筆式記錄儀、光線示波器、磁帶記錄儀等。