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测量方法的分类和测量误差处理中应注意的问题

更新时间:2014-09-29      浏览次数:1472

 测量方法的分类

在测量活动中,为满足对各种被测对象的不同测量要求,依据不同的测量条件有着不同的测量方法。测量方法是实施测量中所使用的、按类别叙述的一组操作逻辑次序。对测量方法可以从不同角度进行分类,有时对每一类又可进行细分,各类方法可结合测量部门的需求灵活选用。常见的分类方法有以下几种。

1.直接测量和间接测量

根据对测量结果获取方式方法的不同,可以将测量分为直接测量和间接测量。

直接测量指被测量与该标准量直接进行比较的测量。即指该被测量的测量结果可直接由测量仪器输出得到,而不再经过量值的变换与计算。例如,在用游标卡尺测量小尺寸轴工件的直径时,游标卡尺的读数即是被测工件的直径;在用万用表测量电阻、电压、电流时,万用表的读数即为被测量的值;用安装在工业锅炉上的弹簧压力表测取锅炉给水压力,等等。

间接测量指直接测量与被测量有函数关系的量,通过函数关系求得被测量值的测量方法。例如,在用游标卡尺测大尺寸轴工件的直径时,因量程不够,采用测量弦长与矢高的方法,间接得到工件直径;在用模拟万用表测量电功率时,先用万用表测得电压(电流)和电阻值,然后再通过功率与电压(电流)和电阻值的数学关系式计算得出被测功率;此外,还有通过测量管道中孔板前后的压差而间接获得管道流量,等等。以上这些都是间接测量的典型例子。

2. 静态测量和动态测量

根据被测量对象在测量过程中所处的状态,可以把测量分为静态测量和动态测量。

静态测量指在测量过程中被测量可以认为是固定不变的。因此,不需要考虑时间因素对测量的影响。在日常测量中,大多数接触到的测量都是静态测量。对于这种测量,可以将被测量和测量误差当做一种随机变量来处理。

动态测量指被测量在测量期间随时间(或其他影响量)发生变化。如弹道轨迹的测量、环境噪声的测量等。对这类被测量的测量,需要当做一种随机过程的问题来处理。

3. 等权测量和不等权测量

根据测量条件是否发生变化,可以把对某测量对象进行的多次测量分为等权测量与不等权测量。

等权测量指在测量过程中,测量仪器、测量方法、测量条件和操作人员都保持不变。因此, 对同一被测量进行的多次测量结果可认为具有相同的信赖程度,应按同等原则对待。

不等权测量指在测量过程中,测量仪器、测量方法、测量条件或操作人员中某一因素或某几个因素发生变化,使得测量结果的信赖程度不同。对不等权测量的数据应按不等权原则进行处理。

4. 电量测量和非电量测量

根据被测量的属性,可以把测量分为电量测量和非电量测量。

电量测量是对电子学中有关量的测量。包括表征电磁能的量(如电流、电压、功率、电场强度、噪声等)、表征信号特征的量(如频率、相位、波形参数等)、表征元件和电路参数的量(如电 阻、电容、电感、介电常数等)和表征网络特性的量(如带宽、增益、带内波动、带外衰减等)。

非电量测量是对非电子学中量的测量。如温度、湿度、压力、气体浓度、机械力、材料光折 射率等非电子学参数。随着科学技术的发展与学科间的相互渗透,特别是为了实现自动测量的需要,通常都设法将有些非电量经过适当的传感器而转换为属于电量的电信号来进行测量。 因此,对于非电量测量领域,也需要了解一些基本电量测量的知识。

5. 工程测量与精密测量

根据对测量结果的要求不同,可以把测量分为工程测量与精密测量。

工程测量指对测量误差要求不高的测量。用于这种测量的设备和仪器的灵敏度和准确度比较低,对测量环境没有严格要求。因此,对测量结果只需给出测量值。

精密测量指对测量误差要求比较高的测量。用于这种测量的设备和仪器应具有一定的灵敏度和准确度,其示值误差的大小一般需经计量检定或校准。在相同条件下对同一个被测量进行多次测量,其测得的数据一般不会*一致。因此,对于这种测量往往需根据测量误差的理论和方法,来合理估计其测量结果,包括*估计值及其分散性大小。有的场合,还需要根据约定的规范对测量仪器在额定工作条件和工作范围内的准确度指标是否合格做出合理判定。精密测量一般是在符合一定测量条件的实验室内进行,其测量的环境和其他条件均比工程测量严格,所以又称为实验室测量。

本书主要讨论精密测量,包括对测量误差大小的分析与处理,对测量结果的评定。不仅要求给出*估计值,而且还要求给出测量结果的分散性大小。

测量要素

一个完整的测量过程如图1-2所示,包含五个要素,分别是测量对象(measuring object) 与被测量、测量资源(resource of measurement)(包括测量仪器与辅助设施、测量人员和测量方法等)、测量结果(result of measurement)、测量单位(unit of measurement)、测量环境(envi-ronment of measurement)。例如,在恒温防震的实验室内用立式测长仪测量某个直径为 90 mm的圆形工件。在该测量中,测量对象是圆形工件,被测量是工件直径,测量资源包括立式测长仪、测量人员和直接测量方法,测量环境是恒温防震实验室,测量单位是毫米(mm),测量结果表示为 L=(90.001±0.002) mm。

 测量误差处理中应注意的问题 

1.实验条件

在实验室进行误差的测定,必须保证测量过程中实验条件的稳定不变。除了对温度、湿度、气压和振动等环境条件进行严格控制和调节外,测量次数也不应过多,各次测量的操作也应具有一致性。例如在用光学镜管瞄准被测物时,应使视场中心瞄准被测物上的固定部分;在操作计量仪器时,应使测量力稳定不变等。

2. 测量对象或测量仪器

测量对象或测量仪器,相对来说必须是稳定不变的。若测量仪器是高精度且稳定不变的, 则误差可*反映出被测对象的精度特性,如用柯氏干涉仪检定一等量块。反之亦然,例如用三等量块检定比较仪,这时测量误差主要反映了比较仪的精度特性;否则,量块和比较仪的误差混杂在一起将难以处理。

3. 系统误差和随机误差的转化

系统误差和随机误差的定义是科学严谨、不能混淆的。但在测量实践中,由于误差划分的人为性和条件性,使得它们并不是一成不变的,而是在一定条件下可以相互转化的。也就是说,一个具体误差究竟属于哪一类,应根据所考察的实际问题和具体条件,经分析和实验后确定。如一块电表,其刻度误差在制造时可能是随机的,但用此电表来校准一批其他电表时,该电表的刻度误差就会造成被校准的这一批电表的系统误差,但如果采用很多块电表来校准此表,由于每一块电表的刻度误差有大有小,有正有负,就使得这些测量误差具有随机性。

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