第4章計量器具

1、 第第4章章 計量器具計量器具 41 計量器具及其分類計量器具及其分類 計量器具是計量學(xué)研究的一個基本內(nèi)容，是計量工作的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)。計量器具是計量儀器(也稱“主動式”計量器具)、量具 (也稱“被動式”計量器具)、計量物質(zhì)及計量裝置的總稱，是用于計量的物質(zhì)基礎(chǔ)。 計量儀器是用來測量并能得到被測對象確切量值的一種技術(shù)工具或手段，是將被計量的或有關(guān)的量轉(zhuǎn)換成可直接觀察的指示值或等值信息的計量器具，例如，卡尺、安培計、壓力計、溫度計、干涉儀、水表、天平等。 從計量儀器的計量方法來看，大體上可以分為三種類型： 1. 直讀式計量儀器 例如安培計、壓力計、數(shù)字頻率計； 2. 比較式計量儀器 例如等臂天平、

2、指零電流計 3. 微差式計量儀器 例如比長儀的光學(xué)指示器 還可從計量儀器所利用的物理現(xiàn)象或物 理效應(yīng)方面，可以分為機(jī)械式、電動式、氣動式、光學(xué)式及電子式計量儀器等，或可以分為熱電式、光電式、壓電式、電磁式及超導(dǎo)式計量儀器等。 從結(jié)果顯示方式上可分為指示式與記錄式計量儀器。 從信號的處理方式上又可以分為模擬式和數(shù)字式計量儀器。 從計量儀器確定被測的量值的機(jī)制來看，可以分為累計式和積分式計量儀器。 從計量儀器與被測對象的接觸方式來看，又可以分為非接觸式和接觸式計量儀器。 量具是實物量具的簡稱，是能以固定形式復(fù)現(xiàn)一給定量的一個或多個已知值的計量器 具，例如，砝碼，單值或多值、有或無刻度的容器，單值或

3、多值、有或無刻度的尺子，電阻器，電容器，電感器，量塊等等。量具本身不帶指示器，而由被計量對象本身形成指示器，如汁量液體容量用的量具，就是利用液體的上部端面作為指示器。 量具的主要特征是能復(fù)現(xiàn)或提供某個量的已知量值，在結(jié)構(gòu)上一般沒有測量機(jī)構(gòu)，也不含有計量過程中運(yùn)動的計量元件。 從量具的工作方式來看，可分為“從屬量具”和“獨(dú)立量具”兩種。從屬量具必須借助于其他計量儀器才能進(jìn)行計量，例如砝碼只有通過天平才能進(jìn)行質(zhì)量的計量。獨(dú)立量具不需要借助于其他計量儀器就能單獨(dú)進(jìn)行計量，例如尺子。 從量具所復(fù)現(xiàn)或提供的量值，可以分為單值量具和多值量具。而多值量具又可以分為常值量具(不可調(diào)量具)和變值量具(可調(diào)量具)

4、。單值量具只能復(fù)現(xiàn)量的單個值，如標(biāo)準(zhǔn)量塊、固定電阻等。多值量具能復(fù)現(xiàn)多個不同的量值，如刻度尺，表示尺寸的、上、下限兩個值的量規(guī)等。多值量具中的變值量具可以根據(jù)需要調(diào)到不同的量值，如可變電容器、電阻箱等；而常值量具是不可調(diào)的，例如刻度滴管。 從量具的組合來看，有單個量具和成套量具之分。成套量具是在一定范圍內(nèi)復(fù)現(xiàn)或提供多個量值的一些單個量具的組合體，它們不僅可以單獨(dú)使用，而且也可以在不同組合下使用。例如成套砝碼、成套量塊及成套電容等。 計量物質(zhì)是指具有一種或多種足夠均勻和很好地確定了計量特性的物質(zhì)，用以測定相關(guān)物質(zhì)的化學(xué)成分、物理化學(xué)特性、工程技術(shù)特性，以及校準(zhǔn)計量裝置、評價計量方法等。 為了進(jìn)行

5、特定的或多種計量任務(wù)，需要一臺或若干臺計量器具，人們往往把這些計量器具連同有關(guān)的輔助設(shè)備構(gòu)成的整體或系統(tǒng)，稱為計量系統(tǒng)或計量裝置，例如計量半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率的裝置、校準(zhǔn)體溫計的裝置、光學(xué)高溫計檢定裝置等。 計量器具按其計量學(xué)用途或在統(tǒng)一單位量值中的作用，可分為計量基準(zhǔn)、計量標(biāo)準(zhǔn)和工作用計量器具。4.1.1 計量基準(zhǔn)計量基準(zhǔn) 計量基準(zhǔn)有時也稱為原始標(biāo)準(zhǔn)或最高標(biāo)準(zhǔn)，是在特定領(lǐng)域內(nèi)具有當(dāng)代最高計量特性的計量標(biāo)準(zhǔn)。計量基準(zhǔn)是計量的最高依據(jù)。 經(jīng)國際協(xié)議公認(rèn)，在國際上作為對有關(guān)量的其他所有標(biāo)準(zhǔn)定值依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，稱為國際基準(zhǔn)。 經(jīng)國家正式確認(rèn)，在一個國家內(nèi)作為對有關(guān)量的其他所有標(biāo)準(zhǔn)定值依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，稱為國家基準(zhǔn)

6、。 我國計量法中規(guī)定，計量基準(zhǔn)的使用必須具備下列條件： (1) 經(jīng)國家鑒定合格； (2) 具有正常工作所需要的環(huán)境條件； (3) 具有稱職的保存、維護(hù)、使用人員； (4) 具有完善的管理制度。1計量基準(zhǔn)的劃分計量基準(zhǔn)的劃分 計量基準(zhǔn)按量值傳遞體系通常分為主基準(zhǔn)，作證基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)、參考基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。 (1) 主基準(zhǔn)：在一特定領(lǐng)域內(nèi)具有當(dāng)代最高計量特性的一給定量的計量基準(zhǔn)，其值不必參考相同量的其他基準(zhǔn)，是被指定的或普遍承認(rèn)的計量基準(zhǔn)。這里的給定量，可以是基本量，也可以是導(dǎo)出量，即主基準(zhǔn)的概念既適用于基本單位，也適用于導(dǎo)出單位。 (2) 作證基準(zhǔn)：用于核對主基準(zhǔn)的變化，或在必要時(如主基準(zhǔn)損壞或遺

7、失)可代替主基準(zhǔn)的基準(zhǔn)。與主基準(zhǔn)一樣，作證基準(zhǔn)也不用于日常計量。 (3) 副基準(zhǔn)：通過直接或間接與主基準(zhǔn)比較或用基準(zhǔn)法來定值的基準(zhǔn)，一般可以代替主基準(zhǔn)使用。副基準(zhǔn)一般也不用于日常計量。 (4) 參考基準(zhǔn)：在給定地區(qū)或在給定組織內(nèi)，通常具有最高計量特性的計量標(biāo)準(zhǔn)，在 該處所作的計量均由它導(dǎo)出。 (5) 工作基準(zhǔn)：用于日常校準(zhǔn)或核查實物量具、計量儀器或參考物質(zhì)的計量標(biāo)準(zhǔn)，通常由參考基準(zhǔn)來校準(zhǔn)。2計量基準(zhǔn)的主要特征計量基準(zhǔn)的主要特征 計量基準(zhǔn)的主要特征，或者說，對計量基準(zhǔn)的基本要求是： (1) 符合或最接近計量單位定義所依據(jù)的基本原理； (2) 具有良好的復(fù)現(xiàn)性，并且所定義、實現(xiàn)、保持或復(fù)現(xiàn)的計量單

8、位 (或其倍數(shù)或分?jǐn)?shù)) 具有當(dāng)代 (或本國) 的最高精度； (3) 性能穩(wěn)定，計量特性長期不變； (4) 能將所定義、實現(xiàn)、保持或復(fù)現(xiàn)的計量單位(或其倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位)通過一定的方法或手段傳遞下去。 3計量基準(zhǔn)的發(fā)展計量基準(zhǔn)的發(fā)展 計量基準(zhǔn)的發(fā)展，大體經(jīng)歷了三個階段。 1) 古典階段 這個階段包括封建社會及其以前的社會時期。由于生產(chǎn)力和科技水平的限制，古典階段的計量基、標(biāo)準(zhǔn)是相當(dāng)簡陋的。從現(xiàn)在的眼光來看，這個階段的基、標(biāo)準(zhǔn)器缺乏科學(xué)依據(jù)，主觀因素比較明顯。 在這個階段，有的是以人體的某一部分，有的是以動物的絲毛或某些能力，還有的是以植物的果實甚至樂器、物品等作為基準(zhǔn)。 2) 經(jīng)典階段 從世界范圍

9、來看，1875年“米制公約”的簽訂，可以認(rèn)為是經(jīng)典時期的開始。隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，計量基準(zhǔn)已開始擺脫人體、自然物體的范疇，進(jìn)入了以科學(xué)為基礎(chǔ)的發(fā)展時期。 由于科技水平的限制，這個時期的計量基準(zhǔn)，都屬于宏觀器具。它們多是根據(jù)自然界所存在的一些相對穩(wěn)定的實物及現(xiàn)象來定義出所要求的基準(zhǔn)，并用實物來保存。 例如：根據(jù)地球子午線的長度的四分之一的一千萬分之一，用鉑銥合金制造的米原器；根據(jù)一立方分米的水在密度最大時的溫度下的質(zhì)量。用鉑銥合金制造的千克原器；根據(jù)地球圍繞太陽的轉(zhuǎn)動周期而確定的秒；根據(jù)兩通電導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力來定義的安培；根據(jù)水三相點熱力學(xué)溫度確定的開爾文等，都是宏觀實物基準(zhǔn)。

10、 這類基準(zhǔn)，隨著時間的推移，由于物理的、化學(xué)的以及使用中的磨損等原因，難免發(fā)生微小的變化。另外，由于原理和技術(shù)的限制，該類基準(zhǔn)的精度也難以大幅度提高，不能滿足日益發(fā)展的現(xiàn)代計量的需要。因此，就不可避免地出現(xiàn)了關(guān)于建立更加穩(wěn)定、更加精確的新的計量基準(zhǔn)的要求。 3) 現(xiàn)代階段 現(xiàn)代計量基準(zhǔn)的基本標(biāo)志是由經(jīng)典理論轉(zhuǎn)為量子理論，由宏觀物體進(jìn)入微觀世界。建立在量子定律基礎(chǔ)上的微觀自然基準(zhǔn)(也稱量子基準(zhǔn))，比宏觀的實物基準(zhǔn)要穩(wěn)定可靠得多。因為，根據(jù)量子理論，微觀世界的量只能是躍進(jìn)式的改變，而不能發(fā)生任意的微小的變化；同時，同一類物質(zhì)的原子和分子都是嚴(yán)格一致的，不隨時間和地點而改變。這就是所謂的穩(wěn)定性和齊一

11、性。量子基準(zhǔn)就是利用了微觀世界所固有的這種穩(wěn)定性和齊一性而建立的。412 計量標(biāo)準(zhǔn)計量標(biāo)準(zhǔn) 計量標(biāo)準(zhǔn)是指用以定義、實現(xiàn)、保持或復(fù)現(xiàn)計量單位或一個或多個已知量值的實物量具、物質(zhì)、計量儀器或計量系統(tǒng)。 嚴(yán)格地說，計量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該包括計量基準(zhǔn)最高計量標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)。 計量標(biāo)準(zhǔn)的等級，一般以所復(fù)現(xiàn)單位的精度來劃分。通常，主基準(zhǔn)為零級，參考基準(zhǔn)為一級，其余工作標(biāo)準(zhǔn)則為二級、三級等；也有籠統(tǒng)地將基準(zhǔn)定為零級，而將工作標(biāo)準(zhǔn)分為一、二、三級或更多級的。級別的劃分與多少，視各具體量值傳遞的實際情況而定，沒有很嚴(yán)格的統(tǒng)一規(guī)定。413 工作用計量器具工作用計量器具 工作用計量器具是指一般日常工作中所用的計量器具，雖不是計量標(biāo)

12、準(zhǔn)，但也具有一定的計量性能。這主要體現(xiàn)在其可獲得某給定量的計量結(jié)果，也是計量器具和一般器具的根本區(qū)別。 42 計量器具的主要特征計量器具的主要特征 計量器具除了具有一般工業(yè)產(chǎn)品的性質(zhì)外，還具有計量學(xué)的特性。計量器具的特性是指它的準(zhǔn)確度等級、靈敏度、鑒別率(分辨率)、穩(wěn)定度、超然性以及動態(tài)特性等。為了獲得準(zhǔn)確的計量結(jié)果，計量器具的計量特性必須滿足一定的準(zhǔn)確度要求。計量特性是計量器具質(zhì)量和水平的重要指標(biāo)，也是合理選擇計量器具的重要依據(jù)。421 有關(guān)工作范圍的特性有關(guān)工作范圍的特性1計量器具的示值 計量器具的示值是指計量器具所給出的量的值。示值可以是被測量、測量信號或用于計算被測量之值的其他量的值。

13、對實物量具，示值就是它所標(biāo)出的值。示值隨著被測量而變化。2標(biāo)稱值 標(biāo)稱值是計量器具上表明其特性或指導(dǎo)其使用的量值，該值為修約值或近似值，如標(biāo)在電壓表表盤上的示值。標(biāo)稱值是固定的，不隨被測量的變化而變化。3標(biāo)稱范圍 標(biāo)稱范圍是計量器具的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍。標(biāo)稱范圍通常用計量器具的上限和下限表明，如果下限為零，標(biāo)稱范圍一般只用上限表明。4測量范圍 測量范圍是計量器具的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值，與測量設(shè)備的最大允許誤差有關(guān)。在標(biāo)稱范圍內(nèi)，測量設(shè)備的誤差處于最大允許誤差內(nèi)的那一部分范圍才是測量范圍，也就是說，只有在這一部分測量的值，其準(zhǔn)確度才符合要求，因此，有時又把測量范

14、圍稱為工作范圍。5量程 量程是指標(biāo)稱范圍兩極限之差的絕對值，是一個具體的數(shù)值。它強(qiáng)調(diào)的是標(biāo)稱范圍 內(nèi)，而不是測量范圍內(nèi)的兩極限之差的絕對值。422 有關(guān)響應(yīng)方面的特性有關(guān)響應(yīng)方面的特性1響應(yīng)特性 在特定條件下，激勵與對應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系就是計量器具的響應(yīng)特性。這種關(guān)系可以用數(shù)學(xué)等式、數(shù)值表或圖形來表示。當(dāng)激勵是關(guān)于時間的函數(shù)時，傳遞函數(shù)是響應(yīng)特性的一種表示形式。2靈敏度 靈敏度是計量器具響應(yīng)的變化與引起該變化的激勵值(被計量值)的變化之比。對于帶刻度指示器的器具，通常以分度長度與其值之比作為靈敏度。靈敏度指標(biāo)是考察傳感器的主要指標(biāo)之一。3鑒別力 使器具的響應(yīng)產(chǎn)生可以察覺的變化的激勵值(被計量值)

15、的最小變化量，稱為鑒別力。這種激勵變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進(jìn)行。4分辨力 分辨力是指顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。5死區(qū) 計量器具的死區(qū)指的是不致引起計量器具響應(yīng)發(fā)生變化的激勵雙向變動的最大區(qū)間。6響應(yīng)時間 激勵受到規(guī)定突變的瞬間與響應(yīng)達(dá)到并保持其最終穩(wěn)定性在規(guī)定極限內(nèi)的瞬間兩者之間的時間間隔就是響應(yīng)時間。423 有關(guān)性能方面的特性有關(guān)性能方面的特性1. 漂移 漂移是指計量器具計量特性的緩慢變化。2穩(wěn)定性 計量器具保持其計量特性隨時間恒定的能力稱為計量器具的穩(wěn)定性。通常，穩(wěn)定性是對時間而言的。3超然性 超然性是指計量器具不改變被測量的能力。4重復(fù)性 重復(fù)性是指在相同條件下，重復(fù)測量同一個被測量，

16、計量器具提供相近示值的能力。重復(fù)性可以用測量結(jié)果的分散性定量來表示。5可靠性 可靠性是指計量器具在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。表示計量器具可靠性的定量指標(biāo)，可以用其極限工作條件下的平均無故障工作時間來表示，這個指標(biāo)越高，說明可靠性越好。424 有關(guān)準(zhǔn)確度方面的特性有關(guān)準(zhǔn)確度方面的特性1準(zhǔn)確度 準(zhǔn)確度指計量器具給出接近于真值的響應(yīng)能力。在實際應(yīng)用中，常以測量不確定度、準(zhǔn)確度等級或最大允許誤差來定量表示。2準(zhǔn)確度等級 準(zhǔn)確度等級是符合一定的計量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的計量器具的等別、級別。這也是計量器具最具概括性的特征，綜合反映了計量器具的基本誤差和附加誤差的極限值以及其他

17、影響測量準(zhǔn)確度的特性值。3測量精度 測量精度是測量結(jié)果的可信程度或不確定度，一般以計量值與被計量量的實際值之間的偏差范圍來表示。4最大允許誤差 對給定計量器具，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值為最大允許誤差，有時也稱為計量器具的允許誤差限。43 計量器具的結(jié)構(gòu)和組成計量器具的結(jié)構(gòu)和組成431 計量器具的總體構(gòu)成及其計量鏈1計量器具的總體構(gòu)成 應(yīng)該說，計量器具并沒有很固定的構(gòu)成模式。但是典型的計量器具從總體構(gòu)成來說，一般可以分為三個主要部分，如下圖所示。計量對象計量對象中間變中間變換部分換部分輸入部分輸入部分輸出部分輸出部分觀察者觀察者計量器具計量器具 計量器具的第一部分是輸入部分(包括傳感器、檢

18、測器或計量變換器)，它把被計量的信息轉(zhuǎn)變成便于下一步處理的信號。第二部分是中間變換部分(也稱二次變換部分)，它把輸入部分出來的信號進(jìn)行放大、濾波、調(diào)制解調(diào)、運(yùn)算、分析或其他二次變換，使之適合于輸出的需要。第三部分是輸出部分(也稱終端變換部分，包括指示裝置和記錄裝置)，它將被計量的等效信息提供給觀察者或電子計算機(jī)。 在電計量儀器中，計量信號是該儀器內(nèi)被計量量的代表，常常把輸入到儀器的信號稱為激勵，把儀器的輸出信號稱為響應(yīng)。 2計量鏈 從計量器具的總體構(gòu)成來看，可以認(rèn)為它是包含許多環(huán)節(jié)的計量鏈。計量鏈?zhǔn)怯嬃績x器或計量裝置中的一系列單元，它們構(gòu)成計量信號從輸入到輸出的通道。例如由傳聲器、衰減器、濾波

19、器、放大器和電壓表組成的電聲計量鏈。 用毫伏計作為指示機(jī)構(gòu)或指示單元的熱電溫度計的計量鏈: 熱電偶：它是溫度傳感器，把溫度T變換成電動勢E； 閉合電路：它是中間變換單元，在電動勢E的作用下產(chǎn)生電流I； 毫伏計的電磁系統(tǒng)：把電流I變換成力偶M； 彈簧等：它是指示單元，把力偶M變換成觀察者可以直接感受的角度。熱電偶熱電偶閉合電路閉合電路毫伏計毫伏計電磁系統(tǒng)電磁系統(tǒng)毫伏計毫伏計指示機(jī)構(gòu)指示機(jī)構(gòu)TEIM432 計量器具的輸入部分計量器具的輸入部分 1傳感器和計量變換器 傳感器是計量儀器或計量鏈中直接作用于被計量的量的元件。 有些被計量的量是不能直接計量或直接計量時準(zhǔn)確度不高。比如溫度、流量、加速度等量

20、，直接同它們的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較是相當(dāng)困難的，因此需要傳感器變換成易于處理、易于與標(biāo)準(zhǔn)量比較的物理量，如位移、頻率、電流、電阻、電壓等量。 計量變換器是提供與輸人量有給定關(guān)系的輸出量的計量器件。在計量變換器中，與被計量的量直接作用的部分是它的傳感部分或敏感部分。但有時傳感部分與變換部分構(gòu)成一個不可分的整體，例如熱電偶。所以，計量變換器可以只是傳感器，也可以包括它們的附屬計量線路。 2主要的傳感器 常用的并有發(fā)展前途的傳感器有： (1) 電阻式傳感器：把被計量的量的變化變換為電阻變化的傳感器。它包括變阻式(或滑線電阻式)和電阻應(yīng)變式兩類，后者根據(jù)應(yīng)變計結(jié)構(gòu)的不同又可分為絲式、箔式和薄膜式三類。 (2

21、) 電感式傳感器：把被計量的量的變化變換為自感或互感變化的傳感器。它包括可變磁阻式、渦流式和差動變壓器式三類。 (3) 電容式傳感器：把被計量的量的變化變換為電容變化的傳感器。它包括極距變化型、面積變化型和介質(zhì)變化型三類。 (4) 壓電式傳感器：利用一些晶體材料的壓電效應(yīng)，把力或壓力的變化變換為電荷量變化的傳感器。壓電晶體不但有縱向和橫向的壓電效應(yīng)，而且還有剪切的壓電效應(yīng)，因而可作成不同支撐形式和受力狀態(tài)的傳感器，在力、加速度、超聲及聲納等計量中得到了廣泛的應(yīng)用。這類傳感器是一種高精度的先進(jìn)的傳感器，近年來得到了越來越多的關(guān)注和發(fā)展。 (5) 壓磁式傳感器：利用一些鐵磁材料的壓磁效應(yīng)，把力或壓

22、力的變化變換為導(dǎo)磁率變化的傳感器。利用其逆效應(yīng)，可以作成磁滯伸縮式傳感器。 (6) 壓阻式傳感器：利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，把壓力的變化變換為電阻變化的傳感器。它可分為薄膜型、結(jié)型和體型三類。 (7) 光電式傳感器：利用光電效應(yīng)把光通量的變化變換為電量變化的傳感器。可利用的光電效應(yīng)包括光電子發(fā)射效應(yīng)(光電管、光電倍增管等)、光導(dǎo)效應(yīng)(光敏電阻、光導(dǎo)管)和光生伏打效應(yīng)(光電池、光敏晶體管)。 (8) 振弦式傳感器：利用振弦的固有頻率與張力之間的函數(shù)關(guān)系，把力的變化變換為頻率變化的傳感器。激振方法可分為連續(xù)激發(fā)和間歇激發(fā)兩類。 (9) 霍爾傳感器：利用一些半導(dǎo)體材料的霍爾效應(yīng)，將被計量的量的變化變

23、換為霍爾電勢變化的傳感器。利用霍爾元件的磁阻效應(yīng)可以作成磁阻式傳感器?；魻栐Y(jié)構(gòu)簡單、體積小、噪聲小、頻帶寬、動態(tài)范圍大，有較廣泛的應(yīng)用前景。 (10) 陀螺傳感器：利用陀螺進(jìn)動定理將被計量的量的變化變換為電量變化的傳感器。例如陀螺式稱重傳感器、角速度微分陀螺儀和積分陀螺儀等。 (11) 熱電式傳感器：利用熱電效應(yīng)將溫度的變化變換為電勢變化的傳感器。各種熱電偶就是廣泛應(yīng)用的熱電式傳感器。 (12) 磁電式傳感器：利用電磁感應(yīng)定律將轉(zhuǎn)速的變化變換為感應(yīng)電動勢或其頻率變化的傳感器。它可分為可動線圈式和可動銜接式兩類。 (13) 電離輻射式傳感器：利用電離輻射的穿透能力，使氣體電離并具有熱效應(yīng)和光

24、電效應(yīng)，把被計量量(例如厚度)的變化變換為電量變化的傳感器。例如射線測厚儀。 (14) 約瑟夫森效應(yīng)傳感器：利用超導(dǎo)體的約瑟夫森效應(yīng)，把磁通量變換為周期變化的阻抗，或把頻率變換為電壓的傳感器。它包括約瑟夫森結(jié)和計量靈敏度極高的超導(dǎo)量子干涉器件(SQUID)，在監(jiān)視電動勢基準(zhǔn)、直流電計量、輻射計量、磁學(xué)計量、低溫計量、重力計量、光頻計量中有著廣泛的應(yīng)用。 （15）光纖傳感器：利用光在光纖中傳播時其振幅(光強(qiáng))、相位、偏振態(tài)、模式等隨被計量值變化而變化的性質(zhì)而制成的傳感器。它可分為功能型和非功能型，前者光纖既是敏感元件又是傳光元件，后者則僅起傳光作用。它也可分為干涉型和非干涉型，前者結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其靈

25、敏度、分辨力、線性均較后者好。用它們可以計量壓力、溫度、流速、轉(zhuǎn)速、加速度、位移、電流、磁場、輻射等多種參量。 3主要的計量變換器 主要的計量變換器有熱電偶、電流互感器、電動氣動變換器、計量電橋等。計量電橋的應(yīng)用極為廣泛，它的功能是把來自傳感器的電阻、電容、電感等量的變化，變換成電流或電壓的變化。 按照激勵電壓(輔助能源)的性質(zhì)，計量電橋可以分為直流電橋和交流電橋兩種。直流電橋的優(yōu)點是容易獲得高穩(wěn)定直流電源，電橋的平衡電路比較簡單，對傳感器與計量儀器中間變換部分的連接導(dǎo)線要求較低；缺點是在計量過程中前級引進(jìn)的低頻干擾和后接直流放大器的漂移都較難去除，這就要求助于交流電橋。 433 計量器具的中

26、間變換部分計量器具的中間變換部分 中間變換部分的作用是對來自輸入部分的信號進(jìn)行中間變換，它包含處理信號的信號變換器件和傳輸信號的信號傳輸器件(或傳輸線)。其中，信號變換器件可以由濾波器、衰減器、放大器、移相器、運(yùn)算分析器、調(diào)制解調(diào)器以及模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等組成。 434 計量器具的輸出部分計量器具的輸出部分 1指示裝置的概況與分類 指示裝置是計量器具中顯示被計量值或其相關(guān)值的一套組件，它往往是計量器具的終端。指示是顯示的一種方式，它可以表示出量的大小和各個量之間的關(guān)系。表示的方法通常有角度、長度、數(shù)字、文字、圖形、圖表、圖像等。最早的指示裝置是指針與刻度。進(jìn)一步的發(fā)展就是采用直接顯示出數(shù)字的機(jī)構(gòu)

27、或裝置(例如數(shù)字式指示表)進(jìn)行顯示。 指示裝置提供示值的方式，可以分為模擬式、數(shù)字式、半數(shù)字式三種。 模擬式指示裝置提供模擬示值。它采用主觀讀數(shù)方法，所以容易因觀察者和觀察位置的不同而造成視差。它的活動部分有遲滯現(xiàn)象，所以計量速度和準(zhǔn)確度會受到一定的限制。最常見的模擬式指示裝置是模擬指示表，一般可以分為機(jī)電式和電子式兩種。 數(shù)字式指示裝置提供數(shù)字示值。從原理上說它克服了由模擬式指示裝置的構(gòu)造所決定的上述缺點和限制，它還具有自動調(diào)零、自動極性選擇和自動調(diào)換量程的可能。為了進(jìn)行數(shù)字式指示，首先要把模擬量轉(zhuǎn)換為以脈沖信號的頻率或時間間隔形式出現(xiàn)的數(shù)字量，然后用電子計數(shù)器進(jìn)行顯示。 半數(shù)字式指示裝置是

28、模擬式和數(shù)字式指示裝置兩者的綜合。它通過由末位有效數(shù)字的連續(xù)移動進(jìn)行內(nèi)插的數(shù)字式指示，或通過由標(biāo)尺和指示器輔助讀數(shù)的數(shù)字式指示來提供半數(shù)字指示值。如下圖所示，此標(biāo)尺右端數(shù)字能連續(xù)移動，這樣讀到半數(shù)字指示值為25 8134。 258134 2記錄裝置的概況和分類 記錄裝置是計量器具輸出部分中記錄被計量的量值或有關(guān)值的一套組件，例如筆式記錄器、記憶示波器、打印記錄器、靜電記錄器、照相記錄器、磁性記錄器等。它們可以記錄字符、表格、圖像、音響等。記錄可以是連續(xù)的，也可以是離散的。 1) 筆式記錄器 筆式記錄器用筆尖(電筆或墨水筆的)在記錄紙上描繪出被計量值相對于時間或某一參考量之間的函數(shù)關(guān)系。按照筆的

29、驅(qū)動方式可以將其分為檢流計式和伺服式兩種。 檢流計式的筆式記錄器相當(dāng)于一個磁電式記錄電表。伺服式的筆式記錄器通常采用閉環(huán)零位平衡方法，所以也稱為自動平衡記錄器。當(dāng)它用來描繪兩個被計量量值間的函數(shù)關(guān)系時，又稱為x-y函數(shù)記錄器。它也是電子計算機(jī)的一種輸出設(shè)備，能接收計算機(jī)的代碼信息并完成規(guī)定動作，用打點或畫線方式在乎面上繪出圖形。 由于筆式記錄器可動部件的慣性較大，一般適宜于記錄慢變化的計量信號，而且它的筆尖與記錄紙之間有摩擦，因此會影響到記錄的準(zhǔn)確度。 2)照相記錄器 光線示波器是一種照相記錄器，它主要由振子、光路、磁路、傳動、攝影等單元組成。 振子也相當(dāng)于一個磁電式檢流計，由于其以振子和張絲代替了筆式記錄器檢流計中的彈簧和軸承，從而減小了摩擦，提高了靈敏度；又由于以光點代替了筆尖，從而減小了慣性，提高了固有頻率。 記錄在照相記錄器記錄媒質(zhì)(相紙或膠片)上的計量結(jié)果，一般需要經(jīng)過適當(dāng)處理才能顯示出來，所以不能立即看出。對于紫外線示波器，則需在日光燈下曝光才能顯示，若要長期保存，則要