第1章 绪论

1.1 测量与计量的基本概念

1.1.1 测量的定义

测量是为确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个过程中，人们借助专门的设备（如电子电压表、信号发生器、电子示波器等），把被测量与标准的同类单位量进行比较，从而确定被测量与单位量之间的数值关系，最后用数值和单位共同表示测量结果。

例如用示波器测量正弦信号的峰-峰值，波形在荧光屏的垂直方向上占据3格，垂直偏转灵敏度设置为0.1V/格，则被测电压峰-峰值UP−P=3格×0.1V/格=0.3V。

从上述测量过程可知，有三个成分参与了测量。第一是作为被测对象的正弦信号；第二是作为标准的示波器垂直偏转灵敏度；第三是将被测量与标准进行比较的设备示波器。因此，测量的实质就是将被测量与标准量在测量设备上进行比较，得出被测量量值的过程。

1.1.2 测量的分类

1.按测量性质分类

被测对象种类繁多，性质千差万别，为方便起见，可根据被测量的性质将它们大致分为时域测量、频域测量、数据域测量和随机测量四大类。

（1）时域测量：测量与时间有函数关系的量（如正弦信号、脉冲信号）。这些量的稳态值、有效值等参数可用电压表等仪器测量；这些量的瞬态值可用示波器等仪器直接观测并测量。

（2）频域测量：测量与频率有函数关系的量（如电路增益、相移等）。可通过频谱分析仪等仪器分析电路的幅频、相频或频谱特性。

（3）数据域测量：对数字逻辑量进行测量。例如，用具有多个输入通道的逻辑分析仪，可以同时观测并行数据的时序波形，也可用“1”、“0”显示其逻辑状态。

（4）随机测量：主要是指对各类随机的噪声信号、干扰信号大小或特征的测量。

2.按测量手段分类

对同一类性质的被测量进行测量时，由于测量原理不一样，选择的测试设备、采用的测量手段也可能不一样。常用的有直接测量、间接测量和组合测量三种。

（1）直接测量：指可以直接得到被测量的量值的测量。例如用均值电压表测量电压，可直接读出被测电压的平均值；用电子计数器测量频率可直接读出频率数等。

（2）间接测量：指必须采用其他直接测量的量的结果，然后按一定的函数关系进行计算，最后才求得被测量的量值的测量。例如测量电阻R上消耗的直流功率，可以先直接测量电阻R两端电压U以及流过电阻R支路的电流I，再根据函数关系P=UI，计算出电阻R上消耗的功率。

（3）组合测量：在某些测量中，被测量与多个未知量有关，测量一次无法得出确切的结果，需改变测量条件进行多次测量，然后根据被测量与未知量的函数关系列方程组求解才能得出被测量的测量方法。如图1.1所示为测量有源二端网络的内阻R0的电路图，其中UAB为网络端口电压，E为等效电动势，式中R0和E均为未知量，采用直接或间接测量都不能直接得出结果，可采用组合测量法。改变二端网络的负载 RL，可得到不同的电压表读数UAB1、UAB2和不同的电流表读数I1、I2，代入回路电压定律E=IR0+UAB得

E=I1R0+UAB1

E=I2R0+UAB2

两式联立求解得

R0=（UAB2−UAB1）/（I1−I2）

通常情况下，测量过程是复杂的，在某类测量过程中，如频域测量中，有的被测量可能采用直接测量手段测量，有的被测量需要采用间接测量手段测量，有的则需要采用组合测量法测量。

1.1.3 测量与计量的关系

为了保证测量结果的准确性和一致性，即保证同一量在不同的地方，采用不同的测量手段所得结果应该是一致的，国家以《计量法》的形式规范测量过程，而计量就是具有法制效力的基准量的测量。因此，计量是测量的一种特殊形式，是测量工作发展的客观需要；而测量是计量联系生产实际的重要途径，没有测量就没有计量，没有计量会使测量数据的准确性、可靠性得不到保证，测量就会失去价值。因此，测量与计量必须相辅相成。