仪表与检测

新朋友点击上方蓝字“工控论坛”快速关注

文章来自工控论坛网友“lhlli”。

一、什么叫测量？测量技术？测量技术有哪几类？什么是检测，检测仪表由哪些组成？

答：

　　1.所谓测量是指用一个已知量或量具与一个未知量或被测量进行比对，从而确定未知量多少倍的过程。

　　2.所谓测量技术主要是指测量的原理与根据测量原理而制定的测量方法等。

　　3.测量技术依据其测量原理和测量方法的不同，可分为直接测量技术和间接测量技术两类。

　　4.“检测”表示“通过检验进行测定”， 对象通常是装置或工农业产品的质量和性能。它一般包含两个方面。一是检查。二是测量。

　　5.检测仪表一般由三部分组成。一是传感器或敏感部件，二是测量电路及转换电路，三是显示器件。检测与过程控制仪表（通常称自动化仪表）分类方法很多，根据不同原则可以进行相应的分类。

　　例如，按仪表所使用的能源分类，可以分为气动仪表、电动仪表和液动仪表（很少见）；按仪表组合形式，可以分为基地式仪表、单元组合仪表和综合控制装置；按仪表安装形式，可以分为现场仪表、盘装仪表和架装仪表；随着微处理机的蓬勃发展，根据仪表有否引入微处理机（器）又可分为智能仪表与非智能仪表。根据仪表信号的形式可分为模似仪表和数字仪表。

　　显示仪表根据记录和指示、模拟与数字等功能，又可分为记录仪表和指示仪表、模拟仪表和数显仪表，其中记录仪表又可分为单点记录和多点记录（指示亦可以有单点和多点），其中又有在纸记录或无纸记录，若是有纸记录又分笔录和打印记录。

　　调节仪表可是以分为基地式调节仪表和单元组合式调节仪表。由于微处理机引入，又有可编程调节器与固定程序调节器之分。

　　执行器由执行机构和调节阀两部分组成。执行机构按能源划分有气动执行器、电动执行器和液动执行器，按结构形式可以分为薄膜式、活塞式（气缸式）和长行程执行机构。调节阀根据其结构特噗和流量特性不同进行分类，按结构特点分通常有直通单座、直通双座、三通、角形、隔膜、蝶形、球阀、偏心旋转、套筒（笼式）、阀体分离等，按流量特性分为直线、对数（等面分比）、抛物线、快开等。

　　这类分类方法相对比较合理，仪表覆盖面也比较广，但任何一种分类方法均不能将所有仪表分门别类地划分得井井有序，它们中间互有渗透，彼此沟通。例如变送器具有多种功能，温度变送器可以划归温度检测仪表，差压变送器可以划归流量检测仪表，压力变送器可以划归压检测仪表，若用兀压法测液位可以划归物位检测仪表，很难确切划归哪一类，中外单元组合仪表中的计算和辅助单元也很难归并。

二、什么叫直接测量技术?什么叫间接测量技术？这两种测量技术各有什么特点？

答：

　　1.直接测量就是用“量具”直接与被测量进行比对，从而可以直接（不通过计算等过程）从测量过程中或从“量具”上（仪器，仪表等）直接获得被测量的数据的测量技术。也就是不必测量与被测量有函数关系的其他量，而能直接得到被测量值的测量方法。

注：

　　（1）为了作相应的修正，需要进行补充测量或计算以确定影响量的值，这种测量方法仍属直接测量。

　　（2）根据计量器具示值，须通过查对图表以确定被测量值的测量，也属直接测量。

例：

　　（1）用量筒测量液体容积；

　　（2）用等臂天平测量物体质量。

其特点是：如果量具准确度得以保证时，其测量的精确度很高。

　　2.间接测量技术是指测量时不是用量具直接与被测量进行比对（测量），而是利用量具在比对（测量）过程中获得与被测量有确定函数关系的其它量，然后再利用这些量通过函数关系式计算后，获得被 测量的测量技术。也即通过测量与被测量有函数关系的其他量，才能得到被测量值的测量方法。

例：

　　a．通过测量长度确定矩形面积；

　　b．通过测量导体电阻、长度和断面积确定电阻率。

其特点是：测量的不确定度不仅决定于各种量具，仪器仪表等的确定度，而且还决定于线路的连接方式以及计算公式的科学性。所以要尽量使用直接测量方法，只有在没办法用直接测量的地方，才考虑使用间接测量方法。

三、仪器仪表的基础标准有哪些？

仪器仪表基础标准GB/T13983-92仪器仪表基本术语：

GB/T15464-95仪器仪表包装通用技术条件

JB/T5218-91仪器仪表协调用颜色

JB/T5471-91仪器仪表用旋钮型号命名方法

JB/T6182-92仪器仪表可靠性设计评审

JB/T6183-92仪器仪表可靠性要求与考核方法的编写规定

JB/T6214-92仪器仪表可靠性验证试验及测定试验(指数分布)导则

JB/T6843-93仪器仪表可靠性设计程序和要求

JB/T8203-95仪器仪表用旋钮尺寸

JB/Z352-89企业管理表格和事务处理程序规范

ZBN01001-88仪器仪表物料箱尺寸系列

ZBN04002-86仪器仪表现场工作可靠性、有效性、维修性数据收集指南

ZBN04003-87仪器仪表旋钮技术条件

ZBN04004-88仪器仪表规范中可靠性条款编写导则

ZBY002-81仪器仪表运输、运输贮存基本环境条件及试验方法

ZBY279-84仪表柜和仪表箱主要结构尺寸系列

ZBY321-85仪器仪表可靠性评定程序

四、什么是计量？它与测量之间的关系是什么？

答：

　　1.实现单位统一、量值准确可靠的活动就是计量。计量是指测量仪器通过与国家计量部门的基准或标准设备进行比对（仪器测量值与基准值或标准测量值比较）从而确定测量仪器精确度的过程。

　　2.广义的理解是指有关测量知识的整个领域。计量在历史上称之为“度量衡”。随着生产和科 学技术的发展，现代计量已远远超出“度量衡”的范围。现有长度、热学、力学、 电磁学、无线电、时间频率、电离辐射、光学、声学、化学等计量专业，已形成了 一门独立的学科──计量学。

　　3.计量是一种高精确度的测量，是用来确定仪器，仪表等精确度的一种特殊形式的测量。

　　4.法定计量单位有：

长 度

　　名称， 厘 分 寸 尺 丈 里

　　等数， 10毫 10厘 10分 10寸 10尺 150丈

面 积

　　名称， 平方厘 平方分 平方寸 平方尺 平方丈 平方里

　　等数， 100 平方毫 100 平方厘 100 平方分 100 平方寸 100 平方尺 22500 平方丈

地 积

　　名称， 厘 分 亩 顷

　　等数， 10毫 10厘 10分 100亩

质 量

　　名称， 毫 厘 分 钱 两 斤 担

　　等数， 10丝 10毫 10厘 10分 10钱 10两 100斤

容 量

　　名称， 勺 合 升 斗 石

　　等数， 10撮 10勺 10合 10升 10斗

计量单位比较表

长度比较表

　　1千米(公里)=2市里=0.621英里=0.540海里

　　1米=3市尺=3.281英尺

　　1市里=0.5千米(公里)=0.311英里=0.270海里

　　1市尺=0.333米=1.094英尺

　　1英里=1.609千米(公里)=3.218市里=0.869海里

　　1英尺=0.305米=0.914市尺

　　1海里=1.852千米(公里)=3.704市里=1.150英里

地积比较表

　　1公顷=15市亩=2.471英亩

　　1市亩=6.667公亩=0.165英亩

　　1英亩=0.405公顷=6.070市亩

质量比较表

　　1千克(公斤)=2市斤=2.205英磅

　　1市斤=0.5千克(公斤)=1.102英镑

　　1英镑=0.454千克(公斤)=0.907市斤

容量比较表

　　1升(公制)=1市升=0.220加仑(英制)

　　1加仑(英制)=4.546升=4.546市升

五、什么是量值？

　　量值是表示一个量大小的计量单位数值。一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小. 例:5.34m或534m，15kg，10s，-40℃。注:对于不能由一个数乘以测量单位所表示的量，可参照约定参考标尺，或参照测量程序，或两者都参照的方式表示。

　　显然，数值的大小决定于单位，只有在给定单位的前提下，才能给出数值。例如:可用5.34m或534cm表示某棒的长度，用15kg或15000g表示某物的质量。这里用5.34m和534cm所表示的量的大小，以及用15kg和15000g所表示的量的大小是相同的。因此，一个特定量的量值，与所选择的单位无关，而其数值则与所选择的单位的大小成反比。因此，=Q/[Q]。

例如:

　　以公里每小时为单位给出的速度v的数值，可以表示为{υ}km/h或υ/(km/h)。这种形式广泛地应用于数值表的表头和坐标轴的说明。

　　对于不能由一个数乘以测量单位所表示的而实用上又很重要的一些量，例如硬度、表面粗糙度等量，当然也需要有定量表示的办法。这样的量虽然不能用一个数乘以测量单位来表示，但可以用一个数据结合一个代表约定的参考标尺的符号表示。例如50HRC，表示采用C标尺，测得的洛氏硬度(HR)量值为50。广义上说，这样的表示也能在规定意义上反映所研究的特定量的大小。不过这样表示的量值无法代入物理方程式进行计算，因为它要参照约定参考标尺或(和)测量程序的方式才能表示。例如450HV30/20，表示在294.2N(即30kgf)试验力作用下，保持20s时测得的维氏硬度(HV)量值为450。

　　约定参考标尺(conventional reference scale)也称为参考值标尺(reference value scale)，它是针对某种特定量，约定地规定的一组有序的、连续或离散的量值，用作该种量按大小排序的参考。例如:根据特定的一系列纯物质的凝固点等温度固定点，并使用特定的测量仪器和内插公式所建立的实用温度标尺；根据一系列特定矿物的硬度所建立的莫氏硬度标尺；化学中的pH值标尺；用于燃油的辛烷值标尺；里氏地震标尺；等等。

　　应当注意的是，依据约定参考标尺所确定的特定量的值，只能与同类量的其它量值比位序，即哪个较大、哪个较小，一般不能用来进行加法运算。但国际实用温度标尺的情况与硬度标尺等有所不同，因为它是用热力学温度标尺修正过的，因此对于给定的实用目的，依据它所确定的特定温度量值还是可以用来作加法运算的。

六、什么是真值？

　　真值是一个变量本身所具有的真实值，它是一个理想的概念，一般是无法得到的。所以在计算误差时，一般用约定真值或相对真值来代替。

　　约定真值是一个接近真值的值，它与真值之差可忽略不计。实际测量中以在没有系统误差的情况下，足够多次的测量值之平均值作为约定真值。

　　相对真值是指当高一级标准器的误差仅为低一级的时，可认为高一级的标准器或仪表示值为低一级的相对真值。

　　在计算机数值表示中，用正负号加绝对值表示数据的形式被称为“真值”。

七、什么叫基准器？它的分级情况和应用范围是什么？

答：

　　1.基准器是体现计量单位量值的标准器具，具有现代科学技术所能达到的最高准确度和最大稳定性的计量器具。它主要是用于规定，保持，和复现某种物理计量单位。

　　2.国际上有统一的世界基准器，而对于一个国家而言，基准器可分为三级。最高级别为“国家基准器”。也叫一级基准器，其次是二级和三级基准器。二级基准器分为作证基准器，参考基准器和中介基准器三种。

　　3.国家基准为了保持量值的准确性，避免降低精确度，国家基准只向下一级作证基准 传递量值，不作它用。

作证基准器与国家基准器基本相同，是用来检验国家基准器的完善性的。与之比对，修正系统偏 差。它可作为国家基准器的代表向基它基准器传递量值。

　　参考基准器和国家基准器的原理及结构均不同，它是从不同角度对同一物理量进行测量，用于证明国家级基准器的先进性的。参考基准器与作证基准器比对并向下级基准器传递量值。由于以上各种基准器结构复杂；体积庞大且对环境条件要求高；不宜随意搬动难以直接比对。为此制成体积小，重量轻，精度足够高的基准器，称为中介基准器。其作用是用于国际基准与国家基准之间传递量值或用于作证基准与三级基准之间传递量值。最基层的基准是三级基准。它是各种计量的工作基准用来直接向下级设备仪器等传递量值。

八、什么叫传递量值？请问量值传递、量值溯源是指什么？

答：

　　1.传递量值就是比对上级计量设备向下级计量设备提供的标准值被称为传递量值。

　　2.量值传递就是通过对计量器具的检定和校准，将国家基准所复现的计量单位量值通过个登记计量标准到工作计量器具，以保证对被测得的量值的准确和一致的过程。

　　量值溯源，又叫量值溯源性，是指通过具有规定不确定度的连续的比较链，使测量结果或标准的量值能够与规定的计量标准（通常是国家或国际计量基准）相联系起来的特征。

九、写出几种用SI基本单位表示的SI导出单位的示例

十、根据SI电阻的计算公式R=ρl/A,试标出各物理量的单位，并指出它们属于什么单位？

　　电阻R的单位为Ω（欧姆）；长度l的单位为为m(米)；截面积A的单位为m2（米2）；电阻率的单位为Ω●m(欧姆●米)。

　　其中，截面积及电阻率单位为SI中的导出单位，电阻和长度单位为SI中的基本单位。

十一、产生系统误差的原因是什么？如何减少和消除？

产生系统误差的原因有以下方面：

　　（1）仪器误差 这是由于仪器本身的缺陷或没有按规定条件使用仪器而造成的。如仪器的零点不准，仪器未调整好，外界环境（光线、温度、湿度、电磁场等）对测量仪器的影响等所产生的误差。

　　（2）理论误差（方法误差） 这是由于测量所依据的理论公式本身的近似性，或实验条件不能达到理论公式所规定的要求，或者是实验方法本身不完善所带来的误差。例如热学实验中没有考虑散热所导致的热量损失，伏安法测电阻时没有考虑电表内阻对实验结果的影响等。

　　（3）个人误差 这是由于观测者个人感官和运动器官的反应或习惯不同而产生的误差，它因人而异，并与观测者当时的精神状态有关。

　　（4）操作误差是不正确的分析操作所致。例如，称取试样时未注意防止试样吸湿，洗涤沉淀时洗涤过分或不充分，灼烧沉淀时温度过高或过低，称量沉淀时坩祸及沉淀未完全冷却等。

　　个人误差和操作误差有时归于一类。

　　系统误差有些是定值的，如仪器的零点不准，有些是积累性的，如用受热膨胀的钢质米尺测量时，读数就小于其真实长度。

　　需要注意的是，系统误差总是使测量结果偏向一边，或者偏大，或者偏小，因此，多次测量求平均值并不能消除系统误差。

　　减小系统误差的常用方法：有的实验测量结果存在很大系统误差，只有找到了导致系统误差产生的主要原因，才有可能寻求减小系统误差的方法。但这些方法和具体的测量对象、测量方法、测量人员的经验有关。因此要找出消除系统误差的通用有效方法较难。

　　下面介绍一些常用的减小系统误差的方法。

（1）定值系统误差的减小法。

定值系统误差的最常用的消除方法有：示零法、替代法、抵偿法和交换法。

·调零法和校准法

　　要达到减小或消除系统误差的目的，在实验前就必须要对测量过程中可能产生的系统误差的因素进行分析，最好在测量前将系统误差从产生根源上加以消除。例如：利用电流表测量某电流时，实验前必须检查电流表指针是否指为零，如果不在零位，需将指针调整到零位，这样可消除由于指针零位偏移而产生的系统误差。

·替代法

替代法是进行两次测量，第一次测量达到平衡后，在不改变测量条件情况下，立即用一个已知标准量替代被测量，如果测量装置仍能达到平衡，则被测量就等于已知标准量。如果不能达到平衡，调整使之平衡，这时可得到被测量与标准量间的差值，即被测量=标准量+差值

·抵偿法

抵偿法也是要求进行两次测量，且要求这两次测量得到的系统误差值大小相等、符号相反。取这两次测量的算术平均值作为测量结果，就可消除系统误差。

·交换法

交换法本质上也是抵消，但形式上是将测量中的某些条件，例如被测物的位置相互交换，使产生系统误差的原因对测量的结果起相反的作用，从而抵消了系统误差。

（2）可变系统误差的消除方法。

·对称测量法

　　对称测量法是消除线性系统误差的有效方法，而线性的系统误差有这样的特点：相同的时间间隔内所产生的系统误差增量相等。

　　所求量值之差不受线性系统误差影响。

　　欢迎投稿或者推荐您认为对大家有价值的文章：yang@gkong.com

---------------------------------------

关注行业动态，搜索订阅“中华工控网”（gkongnews）

关注工控技术，搜索订阅“工控论坛”（gkongbbs）