2.1　测量的基本概念

2.1.1　测量

测量就是将被测量与具有计量单位的标准量在数值上进行比较，从而确定二者比值的实验认知过程。若被测量的值为L，计量单位为u，则二者比值为

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（1）测量的基本要求

在测量过程中，应保证计量单位的统一和量值的准确；应将测量误差控制在允许的范围内，以保证测量结果的精度；应正确、经济、合理地选择计量器具和测量方法，以保证一定的测量条件。

（2）测量的要素

一个完整的测量过程应包括被测对象、计量单位、测量方法和测量的精度四个方面。

（3）测量对象

在技术测量中指的是几何量，包括长度、角度、表面粗糙度以及形位公差等几何参数。在矿物加工过程中，测量对象主要包括流量、温度、压力、物位、成分、密度、粒度及黏度等参数。由于各参数的种类繁多，性质各异，因此在测量之前应对其各自的特性、被测参数的定义及标准等都加以研究和熟悉。

（4）计量单位

以定量表示同种量的量值而约定采用的特定量。我国规定采用以国际单位制（SI）为基础的“法定计量单位制”。它是由一组选定的基本单位和由定义公式与比例因数确定的导出单位所组成的。如“米”“千克”“秒”“安”等为基本单位。此外在工程中还经常用“毫米（mm）”“微米（μm）”和“纳米（nm）”等长度单位。

（5）测量方法

测量方法是根据一定的测量原理，在实施测量过程中对测量原理的运用及其实际操作。测量方法可以广义地理解为测量原理、测量器具（计量器具）和测量条件（环境和操作者）的总和。

在实施测量的过程中，应该根据被测对象的特点和被测参数的定义来拟定测量方案、选择测量器具和规定测量条件，合理地获得可靠的测量结果。

（6）测量精度

测量精度表示测量结果与真值的一致程度。不考虑测量精度而得到的测量结果是没有任何意义的。在此，所谓的真值就是当某量能被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时，通过测量所得到的量值。由于测量会受到许多因素的影响，其过程总是不完善的，即任何测量都不可能没有误差。因此，对于每一个测量值都应给出相应的测量误差范围，并说明其可信度。

2.1.2　测量方法

检测技术的含义是根据被测量的特点，选用合适的检测装置与实验方法，通过测量和数据处理及误差分析，准确得到被测量的数值。测量方法是实现测量过程所采用的具体方法。应当根据被测量的性质、特点和测量任务要求来选择适当的测量方法。测量方法的类型很多，按照不同的分类方法划分如下：

①按照测量手段可以将测量方法分为：直接测量和间接测量。

②按照获得测量值的方式可以分为：偏差式测量、零位式测量、微差式测量。

③根据传感器与被测对象是否直接接触可以分为：接触式测量和非接触式测量。

④根据被测对象的变化特点可分为：静态测量、动态测量等。 

2.1.3　测试系统

一个完整的检测系统或检测装置通常是由传感器、测量电路和显示记录装置等几部分组成，分别完成信息的获取、转换、显示和处理等功能。当然其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。图2-1给出了检测系统的组成框图。 

（1）传感器 

传感器是把被测量（如物理量、化学量、生物量等）变换为另一种与之有确定对应关系，并且便于测量的量（通常是电学量）的装置。传感器是检测系统与被测对象直接发生联系的部件。它处于被测对象和检测系统的接口位置，是信息输入的主要窗口，为检测系统提供必需的原始信息。传感器是整个检测系统最重要的环节，检测系统获取信息的质量往往是由传感器的性能一次性确定的，因为检测系统的其他环节无法添加新的检测信息并且不易消除传感器所引入的误差。 

检测技术中使用的传感器种类繁多，分类的方法也各不相同。从传感器应用的目的出发，可以根据被测量的性质将传感器分为：机械量传感器（如位移传感器、力传感器、速度传感器等）、热工量传感器（如温度传感器、压力传感器、流量传感器等）和化学量传感器（如生物量传感器）等。

从传感器研究的目的出发，着眼于变换过程的特征可以将传感器按输出量的性质分为：参量型传感器和发电型传感器两大类。参量型传感器的输出是电阻、电感、电容等无源电参量，相应的有电阻式传感器、电感式传感器、电容式传感器等；发电型传感器的输出是电压或电流，相应的有热电偶传感器、光电传感器、 磁电传感器、压电传感器等。 

（2）测量电路 

测量电路的作用是将传感器的输出信号转换成易于测量的电压或电流信号。通常传感器输出的信号是微弱的，这就需要经由测量电路加以放大，以满足显示记录装置的要求。测量电路根据需要还能进行阻抗匹配、微分、积分、线性化补偿等信号处理工作。

测量电路的种类和构成是由传感器的类型决定的，不同的传感器所要求配用的测量电路经常具有自己的特色。 

（3）显示记录装置 

显示记录装置是检测人员和检测系统联系的主要环节，主要作用是使人们了解检测数值的大小或变化的过程。目前常用的有模拟式显示、数字式显示和图像式显示三种。

模拟式显示是利用指针与标尺的相对位置表示被测量数值的大小，如各种指针式电气测仪表，其特点是读数方便、直观，结构简单，价格低廉，在检测系统中一直被大量应用。模拟式显示方式的缺点是，精度受标尺最小分度限制，而且读数时易引入主观误差。 

数字式显示是直接以十进制数字形式来显示读数，实际上是专用的数字电压表，它可以联合打印机，打印记录测量数值，并且易于和计算机联机，使数据处理更加方便。数字式显示方式有利于消除读数的主观误差。 

图像式显示是将输出信号送至记录仪，从而描绘出被测量随时间变化的曲线，作为检测结果。常用的自动记录仪器有笔式记录仪、光线示波器、磁带记录仪等。