2)测量的分类
一个物理量的测量,可以通过不同的方法实现。测量方法的选择正确与否,既关系到测量结果的可信赖程度,也关系到测量工作的经济性和可行性。不当或错误的测量方法,除了得不到正确的测量结果外,甚至会损坏测量仪器和被测量设备。有了先进精密的测量仪器设备,并不等于就一定能获得准确的测量结果。必须根据不同的测量对象、测量要求及测量条件,选择正确的测量方法、合适的测量仪器及构造测量系统,只有进行正确操作,才能得到理想的测量结果。
从不同的角度出发可以对测量方法进行不同的分类。
①按测量的手段分类:直接测量法、间接测量法、组合测量法。
②按测量敏感元件是否与被测介质接触分类:接触式测量法、非接触式测量法。
③按测量方式分类:偏差式测量法、零位式测量法、微差式测量法。
④按被测对象参数变化快慢分类:静态测量、动态测量。
⑤按对测量精度的要求分类:精密测量、工程测量。
⑥按测量时测量者对测量过程的干预程度分类:自动测量、非自动测量。
下面就几种常见的测量方法加以介绍。
(1)直接测量
在使用仪表进行测量时,对仪表读数不需经过任何运算,就能直接表示测量所需要的结果,称为直接测量。例如,用磁电式电流表测量电路的支路电流,用弹簧管式压力表测量锅炉压力,暖气管道的压力表等就是直接测量。直接测量的特点是不需要对被测量与其他实测的量进行函数关系的辅助运算,优点是测量过程简单而迅速、测量结果直观,缺点是测量精度不高。这种测量方法是工程上大量采用的方法。
(2)间接测量
有的被测量无法或不便于直接测量,但可以根据某些规律找出被测量与其他几个量的函数关系。这就要求在进行测量时,首先应与被测物理量有确定函数关系的几个量进行测量,然后将测量值代入函数关系式,经过计算得到所需的结果,这种方法称为间接测量。例如,对生产过程中的纸张或地板革的厚度进行测量时无法直接测量,只有通过测量与厚度有确定函数关系的单位面积质量来间接测量。因此间接测量比直接测量来得复杂,但是有时可以得到较高的测量精度。
(3)组合测量
组合测量又称“联立测量”,即被测物理量必须经过求解联立方程组,才能得出最后的测量结果。在进行组合测量时,一般需要改变测试条件,才能获得一组联立方程所要的数据。
在组合测量过程中,操作手续复杂,花费时间较长,是一种特殊的精密测量方法。它一般适用于科学实验或特殊场合。
(4)偏差式测量
用仪表指针的位移(即偏差)决定被测量的量值,这种测量方法称为偏差式测量。应用这种方法测量时,仪表刻度事先用标准器具标定。在测量时,输入被测量,按照仪表指针在标尺上的示值,决定被测量的数值。这种方法测量过程比较简单、迅速,但测量结果精度较低。
(5)零位式测量
用指零仪表的零位指示检测测量系统的平衡状态,在测量系统平衡时,用已知的标准量决定被测量的量值,这种测量方法称为零位式测量。在测量时,已知标准量直接与被测量相比较,已知量应连续可调,指零仪表指零时,被测量与已知标准量相等。例如天平、电位差计等。零位式测量的优点是可以获得比较高的测量精度,但测量过程比较复杂,费时较长,不适用于测量迅速变化的信号。
(6)微差式测量
微差式测量是综合了偏差式测量与零位式测量的优点而提出的一种测量方法。它将被测量与已知的标准量相比较,取得差值后,再用偏差法测得此差值。应用这种方法测量时,不需要调整标准量,而只需测量两者的差值。
设 N 为标准量, x 为被测量, Δ 为二者之差,则
由于 N 是标准量,其误差很小,且 Δ ≪ N ,因此可选用高灵敏度的偏差式仪表测量 Δ ,即使测量 Δ 的精度较低,但因 Δ ≪ x ,故总的测量精度仍很高。
微差式测量的优点是反应快,而且测量精度高,特别适用于在线控制的参数测量。
(7)等精度测量与不等精度测量
等精度测量是在测量过程中,在影响测量误差的各种因素不改变的条件下进行的测量。
例如在相同的环境条件下,由同一个测试人员,在同样仪器设备下,采用同样的方法对被测量进行重复测试。
不等精度测量是在多次测量中,如对测量结果精确度有影响的一切条件不能完全维持不变的测量称为不等精度测量,即不等精度测量的测量条件发生了变化。
例如为了检验某些测量条件对测量仪器的影响,可以通过改变测量条件进行测量比较。
一般情况下,等精度测量常用于科学实验中对某参数的精确测量,不等精度测量常用于对新研制仪器的性能检验。
(8)在线式与离线式测量
测量系统状态数据的目的是应用。一类应用要求测量数据必须是实时的,即测量、数据存储、数据处理及数据应用是在同一个采样周期内完成的,例如锅炉的炉膛负压控制中的负压测量数据,空调房间温、湿度控制系统中的温、湿度测量数据,集中供热调度系统中的压力、压差、温度、流量等测量数据,这些数据如果失去实时性,将无任何意义,因此应采用在线式测量方法。另一类应用则对测量数据没有实时应用的要求,一般情况下是在每一个采样周期内进行测量及存储数据,数据处理及数据应用在今后的某一时间进行,例如对建筑物供热效果评价中的温度测量数据,节能墙体测试中的温度、热流测量数据,这些数据只是用于事后分析,不需要实时处理,因此可采用离线式测量方法。
在以上介绍的几种测量方法中,除了等精度测量和不等精度测量的方法常用于科学试验或对新测量仪器性能的检验外,其他方法均在工程测量中得到广泛的应用。需要注意的是,有时对同一测量对象,往往可以采用不同的测量方法,而不同的检测方法在不同的应用场合具有不同的特点。比如体温的测量,医院对病人体温的常规测量是采用水银体温计进行接触性检测;但在流行性疾病的监测中(如防“新冠”时期),对车站、机场等人流量较大的公共场所的人群进行体温检测时,则采用非接触的红外体温检测方法。显然,前者的特点是可靠性高,成本较低,后者成本较高,但使用更方便。

