什么是测量和测量仪器?了解测量的基本概念

什么是测量?

要测量物体的大小，您需要将被测量的物体与参考物体进行比较。作为参考对象的测量仪器根据其测量目的、方法和精度涵盖了各种各样的产品。通过正确测量尺寸，可以检查制造商是否满足要求的规格(在公差范围内)。因此，准确的测量是确认产品是否正确制造的基本条件。

衡量的重要性:

正确的尺寸测量是制造的基础。从材料采购、加工、装配、质量检验到运输，所有过程都使用相同的基准进行测量，以生产出符合设计并确保质量的产品。

如果在生产的任何阶段都不执行测量程序，质量就无法保证。如果销售的产品中包含缺陷产品，将导致客户投诉。在制造过程的所有阶段都必须正确地进行测量。

制造商需要有标准化的测量技术来正确管理和使用测量仪器。计量管理是质量管理的重要组成部分。ISO10012是近年来发展起来的标准化计量管理体系。

可用的测量方法是什么?

尺寸测量方法分为直接测量和间接测量。

1. 直接测量:也称为绝对测量，是一种使用游标卡尺或三维测量仪器等测量仪器直接测量目标的方法。这种方法可以在测量仪器的刻度范围内进行大范围的测量，但可能由于对刻度的误读而导致测量错误。
2. 间接测量:是将物体与另一个具有相应参考尺寸的物体进行比较，并计算其与目标之间的差异的方法。因此它也被称为比较测量。

长度单位基准:

1. 人类基准:确定长度基本单位的方法随着时间的推移发生了很大的变化。很久以前，人体被用作衡量标准。例如，从肘部到指尖的距离是一个腕尺，但这个长度因区域而异。直到今天，美国等国家仍在使用源自人体的长度单位，如码、英尺和英寸。
2. 地球数据:随着航海在西欧开始蓬勃发展，有必要统一整个世界的单位长度。17世纪，欧洲开始讨论统一的单位。经过一个多世纪的讨论，1791年法国提出了米制(希腊语，意为测量)单位。当时以地球北极到赤道的子午线距离为基准，取其千万分之一为1米。后来，在19世纪后期，由于需要整合世界的尺寸基准，法国制造了一种铂铱合金棒，被指定为世界公制标准。
3. 光速基准:基于地球的米单位从一开始就受到质疑，因为它很难测量。多年来，米制标准在标准化方面也存在问题。因此，开始讨论建立一个新的基准。1960年召开的国际度量衡会议(CGPM)规定，氪86元素在真空中发射的橙色波长为1米的基准。1983年，由于激光技术的进步，人们确定了1米的长度将基于光速和时间。当时，光在真空中传播1米的时间为1/299,792,458秒。这已经成为今天1米的基准定义。

国际单位制:

国际单位制(SI)由国际度量衡会议(CGPM)于1960年建立。在国际单位制中，长度以米作为国际单位制的基本单位。

有哪些类型的错误?

长度误差是指目标的实际值与测量值之间的差值，或规定值与测量值之间的差值，带有“误差=测量值-真值”。测量精度再高，也很难得到真实值。为了防止错误的发生，必须考虑各种条件。

1. 系统误差:由于特定原因导致测量值的偏差所引起的误差。例如，由于测量仪器(设备差异)、温度、测量方法等的个体差异造成的误差。
2. 偶然错误:在测量过程中偶然发生的错误。例如，灰尘附着在测量仪器上导致误差等。
3. 疏忽误差:由于测量人员缺乏经验或操作失误而引起的误差。

错误的因素是什么?

1. 温度引起的误差:物体的体积或其长度会由于温度的变化而改变。这种情况同时发生在被测目标和测量仪器上。温度的变化和相应的物体长度的变化可以用热膨胀系数来表示。热膨胀系数因材料种类而异。因此，国际标准组织规定了长度测量的标准温度为20°C。
2. 材料变形引起的误差:在物体上施加力会引起一定的变化，当力被移除时，物体可能会也可能不会恢复到原来的状态。这种物体的变化被称为弹性变形。作用在物体上的力称为应力，它一般与物体的变形成正比关系。两者之间的关系用纵向弹性系数表示。随着应力的增加，变形量也随之增加。

测量原理:阿贝原理

阿贝原理是解释测量精度和设计测量仪器的重要依据。阿贝原理指出:“要提高测量精度，被测目标的测量方向必须与测量仪器在同一条线上”。

例如，游标卡尺，卡尺的刻度与测量位置分离，因此不符合阿贝原理。千分尺遵循阿贝原理，因为千分尺的测量部分与被测目标一致，因此外径的测量精度高。

什么是公差?

在任何情况下，测量值与实际值之间总会存在一定的误差。但重要的是要明确定义允许的误差范围。在测量领域中，一个物体的最大允许尺寸与最小允许尺寸之间的差称为“公差”。法律认可的误差范围，如工业规范中列出的误差范围，也称为公差。

在实际绘图中，如果尺寸写为“60(+0.045 -0.000)”，则表示参考尺寸为60，上限为60.045，下限为60.000。

在实践中设置公差的基本原理是在精度和加工成本之间取得平衡。为了提高精度，加工成本也会相对增加。质量和成本之间的平衡可以通过设计单个工件的个别公差值来实现。

什么是合作?

设置公差的另一个原因是，当组合多个零件(如轴和孔)时，必须指定尺寸差异。这就是所谓的交配或合适。在回顾配合时，考虑测量的方式会根据孔的轴而有所不同。考虑到轴的直径作为参考，如果轴只需要能够通过孔，使用间隙配合。如果要将轴插入孔中并加以固定，则使用过盈配合。如果它是上述两者之间的一个基准，则使用过渡拟合。

模拟和数字测量仪器:

近年来，测量仪器的数字化不断推进。例如，有带数字计数器的游标卡尺。在过去，正确读取游标卡尺的子刻度需要练习，但数字游标卡尺可以立即显示一个单位的1/100的数值。然而，数字测量仪器也有其缺点。数字测量仪器的数值可能超出精度范围。如果操作过程中的力略有增加或减少，数值显示可能会发生变化。特别是对于可以测量到1/1000单位的测量仪器，根据测量目标的不同，可能无法确定应该选择哪个值，因为测量值可能不稳定。

根据所测量的工作，有时使用模拟测量仪器更容易直观地掌握尺寸。因此，应根据应用场合和要求的精度，分别使用适当的模拟和数字测量仪器。

计量的可追溯性:

为确保食品安全，近年来不断加强生产历史体系，对原料种植、运输、加工、包装、运输等过程进行跟踪。这被称为食品的可追溯性(历史管理)。在测量领域，可追溯性的思考方式也开始被强调。这种思维方式被称为计量可追溯性，它证明了每天所做的测量是在公差范围内的。

国际标准化正在进行中:

计量溯源现已被纳入国际研究机构制定的国际标准，如国际度量衡委员会(CIPM)，以及由国家研究机构制定的国家标准。随着经济全球化的步伐，对计量溯源符合性的要求也逐渐提高。

国际度量衡局(BIPM)是国际度量衡委员会下属的研究机构，从事国际单位制(SI)的基础研究。随着制造业的全球化，遵守国际标准是必要的。为了使尺寸测量结果在世界各地得到一致认可，通过国际互认实现计量溯源至关重要。

电子仪器的分类是什么?

从广义上讲，电子测量仪器是指利用电子技术进行测量和分析的仪器。根据测量仪器的功能，电子测量仪器可分为专用和通用两类。专门的电子测量仪器是为特定目的而设计和制造的，适用于特定物体的测量。通用电子测量仪器是用来测量一个或几个基本电气参数的仪器。它们适用于各种电子测量，并可根据其功能细分为许多类型。

专用电子测量仪器:

• 音频/视频分析仪:音频/视频信号发生器，电视分析仪，视频分析仪，音频分析仪，误码分析仪/误码分析仪。
• 光通信测试仪:频谱分析仪、数字传输分析仪、光网络分析仪、光时域反射计、光功率计/功率探头、误码率测试仪、光衰减器、光源、光示波器。
• 射频和微波仪器:频谱分析仪、网络分析仪、阻抗分析仪、信号发生器、数字示波器、噪声图分析仪、电缆/天线分析仪、调制分析仪、功率计/功率探头、频率计、LCR表。
• 无线通信测试仪:手机综合测试仪、TDMA测试仪、无线电综合测试仪、PDC/PHS测试仪、天馈测试仪、3G测试仪、DECT测试仪、蓝牙综合测试仪电子负载。

通用电子测量仪器:

• 信号发生器:用于提供各种测量所需的信号。根据用途的不同，有不同波形、不同频率范围、各种功率的信号发生器，如低频信号发生器、高频信号发生器、功能信号等。发生器的类型包括，脉冲信号发生器，任意波形信号发生器和射频合成信号发生器。
• 电压测量仪表:用于测量电压、电流、电平及其他电信号参数，如电流表、电压表(包括模拟电压表和数字电压表)、万用表等。
• 时频测量仪器:用于测量电信号的频率、时间间隔、相位等参数，如各种频率计、相位计、波长计、各种时间频率标准等。
• 信号分析仪器:用于观察、分析和记录各种电信号的变化，如各种示波器(包括模拟示波器和数字示波器)、波形分析仪、失真分析仪、谐波分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪仪器等。
• 电子元器件检测仪:用于测量各种电子元器件的电气参数，检查是否符合要求。不同的测试对象可分为晶体管测试仪、集成电路(模拟、数字)测试仪和电路元件测试仪。
• 无线电波特性测试仪:用于测量无线电波传播、干扰强度等参数，如测试接收机、场强仪、干扰测试仪等。
• 网络特性测试仪器:用于测量电网的频率特性、阻抗特性、功率特性等的仪器，如阻抗测试仪、频率特性测试仪、网络分析仪、噪声图分析仪等。
• 辅助仪器:与上述仪器配套使用的仪器，如各种放大器、衰减器、滤波器、记录仪以及各种交直流稳定电源。