什么是测量和测量仪器?理解测量的基本概念

什么是测量?

要测量某物的大小，你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。

测量的重要性:

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

如果在生产的任何阶段都不执行测量程序，质量就不能保证。如果销售的产品中含有不良品，将会导致客户投诉。测量必须在制造过程的所有阶段正确执行。

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

有哪些可用的测量方法?

尺寸测量方法分为直接测量和间接测量。

1. 直接测量:又称绝对测量，是利用游标卡尺或三维测量仪器等测量仪器直接测量目标的一种方法。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解而导致测量错误。
2. 间接测量:是将一个物体与另一个物体进行比较，并以相应的参考尺寸计算其与目标之间的差异的一种方法。因此，它也被称为比较测量。

长度单位的基准:

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，人体被用作基准。例如，从肘部到指尖的距离是一肘，但这个长度因地区而异。直到今天，像美国这样的国家仍然使用来自人体的长度单位，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，欧洲开始讨论统一单位。经过一个多世纪的讨论，1791年法国提出了米(希腊语意思是测量)单位。当时的基准是地球北极到赤道的子午线距离，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，法国制造了一种铂金铱合金棒，并将其指定为世界公制标准。
3. 光速基准:以地球为基础的米单位从一开始就受到质疑，因为它很难测量。多年来，公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。在1960年召开的国际度量制会议(CGPM)上，规定了氪86元素在真空中发出的橙色波长为1米的基准。1983年，由于激光技术的进步，人们确定了1米的长度将基于光和时间的速度。当时，人们确定光在真空中以1/299,792,458秒的时间传播一米的距离。这已经成为了今天1米的基准定义。

国际单位制:

国际单位制(SI)是在1960年国际度量衡会议(CGPM)上建立的。在国际单位制中，长度以米为SI的基本单位。

有哪些类型的错误?

长度误差是指目标物的实际值与实测值的差值，或规定值与实测值的差值，“误差=实测值-真值”。无论测量精度有多高，都很难获得真实值。为了防止错误的发生，必须考虑各种条件。

1. 系统误差:由于特定原因导致的测量值偏差所造成的误差。例如，由于测量仪器(装置差异)、温度、测量方法等的个体差异而产生的误差。
2. 偶发错误:在测量过程中意外发生的错误。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造成的误差。

什么是错误因素?

1. 温度误差:物体的体积或长度会因温度变化而变化。这种情况既发生在被测对象上，也发生在测量仪器上。物体的温度变化和相应的长度变化可以用热膨胀系数来表示。热膨胀系数随材料类型的不同而不同。因此，国际标准组织将长度测量的标准温度设定为20℃。
2. 由于材料变形引起的误差:对物体施加力会引起一定的变化，当施加力消除后，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。随着应力的增大，变形量也随之增大。

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准则。阿贝原理指出:“为了提高测量精度，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是一致的，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有一些误差。但重要的是要明确规定允许的误差范围。在测量领域，物体的最大允许尺寸与最小允许尺寸之差称为“公差”。法律认可的误差范围，如工业规范中列出的，也称为公差。

在实际图纸中，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。

在实践中设定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个别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，在组合多个部件(如轴和孔)时，必须指定尺寸差异。这被称为交配或匹配。在检查配合时，考虑测量的方式会根据孔的轴线而有所不同。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然后固定，则使用过盈配合。如果它是上述两者之间的基准，则使用过渡拟合。

模拟和数字测量仪器:

近年来，测量仪器不断实现数字化。例如，有带有数字计数器的游标卡尺。在过去，正确读取游标卡尺的分刻度需要练习，但数字游标卡尺可以立即显示一个单位的百分之一的数值。然而，数字测量仪器也有其缺点。数字测量仪的数值可能超出精度范围。如果在操作过程中的力略有增加或减少，数字显示可能会发生变化。特别是对于可以测量到1/1000个单位的测量仪器，根据测量目标的不同，由于测量值可能不稳定，可能无法确定应该选择哪个值。

根据被测量的工作，使用模拟测量仪器有时更容易直观地掌握尺寸。因此，应根据应用和所要求的精度，分别选用适当的模拟和数字测量仪器。

计量的可追溯性:

为了确保食品安全，近年来不断加强生产历史系统，跟踪原材料种植、运输、加工、包装和运输的过程。这被称为食品的可追溯性(历史管理)。在测量领域，对溯源性的思考方式也开始受到重视。这种思维方式被称为计量溯源，它证明每天进行的测量是在公差范围内的。

国际标准化正在进行中:

计量溯源目前已被纳入国际计量委员会(CIPM)等国际研究机构制定的国际标准，以及国家研究机构制定的国家标准。随着经济全球化的步伐，对计量可追溯性的符合性要求也逐渐提高。

国际度量衡局(International Bureau of Weights and Measures，简称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)的基础研究工作。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任何地方得到一致的认可，通过国际互认的计量溯源是必不可少的。

电子仪器有哪些分类?

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。专用电子测量仪器是为特定目的而设计和制造的，适用于测量特定物体。通用电子测量仪器是用来测量一种或几种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、比特误差测试仪、光衰减器、光源、光示波器。
• 射频与微波仪器: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、噪声系数分析仪、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/小灵通测试仪、天馈测试仪、3G测试仪、DECT测试仪、蓝牙综合测试仪、电子负载测试仪。

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。根据不同的用途，有不同波形、不同频率范围、不同功率的信号发生器，如低频信号发生器、高频信号发生器、函数信号等。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:用于测量电信号的电压、电流、电平等参数，如电流表、电压表(包括模拟电压表和数字电压表)、万用表等。
• 时间频率测量仪表: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，以及各种时间频率标准。
• 信号分析仪器:用于观察、分析、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、逻辑分析仪等仪器。
• 电子元件测试仪:用于测量各种电子元件的电气参数，检查其是否符合要求。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及干扰强度等参数，如测试接收机、场强计、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、噪声因数分析仪等。
• 辅助仪表:与上述仪表配套使用的仪表，如各种放大器、衰减器、滤波器、记录仪、各种交直流稳压电源等。