計量培訓：通用計量術(shù)語(yǔ)知識講座

　　測量?jì)x器在我國有關(guān)計量法律、法規或人們習慣上通常稱(chēng)為計量器具，計量器具是測量?jì)x器的同義語(yǔ)，實(shí)際上一般統稱(chēng)為測量?jì)x器。測量?jì)x器在計量工作中具有相當重要的作用，全國量值的統一首先反映在測量?jì)x器的準確和一致上，所以測量?jì)x器是確保全國量值統一的重要手段，是計量部門(mén)加強監督管理的主要對象，也是計量部門(mén)提供計量保證的技術(shù)基礎。   

　　一、測量?jì)x器

　　按定義測量?jì)x器是指“單獨地或連同輔助設備一起用以進(jìn)行測量的器具”(見(jiàn)JJF1001-1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》6.1條，以下只簡(jiǎn)稱(chēng)條款)。測量?jì)x器是用來(lái)測量并能得到被測對象確切量值的一種技術(shù)工具或裝置。為了達到測量的預定要求，測量?jì)x器必須是具有符合規范要求的計量學(xué)特性，能以規定的準確度復現、保存并傳遞計量單位量值。測量?jì)x器的特點(diǎn)是:(1)用于測量；(2)目的是為了確定被測對象的量值；(3)本身是可以單獨地或連同輔助設備一起的一種技術(shù)工具或裝置。如體溫計、水表、煤氣表、直尺、度盤(pán)秤等均可以單獨地用來(lái)完成某項測量，獲得被測對象的量值；另一些測量?jì)x器，如砝碼、熱電偶、標準電阻等，則需與其它測量?jì)x器和(或)輔助設備一起使用才能完成測量，從而確定被測對象的量值。正確的理解測量?jì)x器的概念，有利于科學(xué)合理地確定計量管理所包含的范圍。任何物體和現象都可以反映其量值的大小，但并不都是測量?jì)x器，判定主要是看其是否用于測量目的，是否能得到其被測量值的大小。如一臺恒慍油槽或一臺烘箱，它可以反映溫度的量值，但它并不是測量?jì)x器，因為它只是一種獲得一定溫度場(chǎng)的裝置，它并不用于測量目的，而在恒溫油槽和烘箱上控制用的溫度計才是測量?jì)x器。又如一組砝碼，一個(gè)帶有刻度的量杯，某一定值的標準物質(zhì)，它們都反映了確切的量值，因為它們均用于測量目的，通過(guò)測量從而獲得被測對象量值的大小，所以它們均為測量?jì)x器。
　　測量?jì)x器即計量器具是一個(gè)統稱(chēng)。如測量?jì)x器按其計量學(xué)用途或在統一單位量值中的作用，可分為計量基準、計量標準和工作用計量器具；按其結構和功能特點(diǎn)，測量?jì)x器包括實(shí)物量具、測量用儀器儀表、標準物質(zhì)和測量系統(或裝置)。也可以按輸出形式、測量原理和方法、特定用途、準確度等級等特性進(jìn)行分類(lèi)。
　　目前與測量?jì)x器類(lèi)同的名詞術(shù)語(yǔ)很多，必須正確區分其概念。如GB/T19001—1994(ISO9001:1994)質(zhì)量體系——設計/開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、安裝和服務(wù)的質(zhì)量保證模式標準中，就提出了檢驗、測量和試驗設備；在GB/T19022.1—1994(idt ISO 10012—1:1992)測量設備的計量確認體系標準中提出了測量設備一詞；而在2000版的ISO/DIS 9001標準中又提出了測量設備和測量和監控裝置名詞。我個(gè)人理解認為:檢驗、測量、試驗設備是有區別的；檢驗設備主要用以判定是否合格；測量設備主要用于確定其被測對象值的大小，試驗設備主要用以確定某特性值或其性能如何，檢驗、測量設備主要是指測量?jì)x器，而試驗設備有的可能不是測量?jì)x器，如振動(dòng)試驗臺就是，溫度環(huán)境試驗裝置就不是。測量裝置就是測量?jì)x器，而監控裝置是指生產(chǎn)過(guò)程中的監視控制設備，有的屬測量?jì)x器，有的控制設備則不屬測量?jì)x器。
　　JJG1001—1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》規范中，列入了“測量設備”術(shù)語(yǔ)。測量設備是指“測量?jì)x器、測量標準、參考物質(zhì)、輔助設備以及進(jìn)行測量所必須的資料的總稱(chēng)”(6.6條)。它是從推行ISO9000標準中，從ISO10012—1標準中引用過(guò)來(lái)的，它不僅包含上述內容，同時(shí)還包括試驗和檢驗過(guò)程中使用的，也包括校準(檢定)中使用的測量設備?？梢?jiàn)它并不是指某臺或某類(lèi)設備，而是對測量所包括的硬件和軟件的統稱(chēng)。這一定義有以下幾個(gè)特點(diǎn):
    1.概念的廣義性。測量設備不僅包含一般的測量?jì)x器，而且包含了各等級的測量標準，各類(lèi)標準物質(zhì)和實(shí)物量具，還包含和測量設備連接的各種輔助設備，以及進(jìn)行測量所必須的資料和軟件。從定義上看測量設備包括了檢驗設備和試驗設備。定義的廣義性是從ISO9000標準的生產(chǎn)全過(guò)程實(shí)施質(zhì)量控制所決定的。
　　2.內容的擴展性。測量設備不僅僅只指測量?jì)x器本身，而又擴大到輔助設備，因為有關(guān)的輔助設備將直接影響測量的準確可靠性。這里主要指本身不能給出量值而沒(méi)有它又不能進(jìn)行測量的設備，也包括作為檢驗手段用的工具、工裝、定位器、模具等試驗硬件或軟件?？梢?jiàn)作為測量設備的輔助設備對保證測量的統一和準確十分重要。
　　3.測量設備不僅包括硬件、軟件，還包括“進(jìn)行測量所必須的資料”。這是指設備使用說(shuō)明書(shū)、作業(yè)指導書(shū)及有關(guān)測量程序文件等軟件，當然也包括一些測量?jì)x器本身所屬的測量軟盤(pán)，沒(méi)有這些資料也不能給出準確可靠的數據，同樣應視為是測量設備的組成部分。
　　測量設備是一個(gè)統稱(chēng)，提出測量設備這一術(shù)語(yǔ)，來(lái)源于ISO10012—1標準，是為了對測量設備進(jìn)行控制，對測量過(guò)程控制對象確定了一個(gè)范圍，是實(shí)施計量確認體系和質(zhì)量管理的重要內容。從上可見(jiàn)，測量設備的概念要大于測量?jì)x器的范圍，測量?jì)x器主要指儀器本身而言。
　　通常把“組裝起來(lái)以進(jìn)行特定測量的全套測量?jì)x器和其它設備”(6.5條)稱(chēng)為測量系統。這里所指的全套測量?jì)x器包括各種測量?jì)x器、實(shí)物量具或標準物質(zhì)，其它設備包括電源、穩壓器、指示儀器、開(kāi)關(guān)線(xiàn)路及輔助設備。如測量半導體材料電導率裝置、光學(xué)高溫計檢定裝置、磁性材料磁特性測量裝置，建立測量系統(或裝備)的目的是為了便于操作，提高可靠性和工作效率，減少其影響量的影響和提高測量的準確度。測量系統可以組裝，也可以隨時(shí)拆卸，形成固定安裝的測量系統則通常稱(chēng)為測量裝備。結合我國情況，通常對小型的測量裝備稱(chēng)為測量裝置，大型的稱(chēng)為測量裝備。要注意這里所指的測量裝置和2000版ISO 9001標準所指的測量裝置是有差異的，這里所指的是組裝起來(lái)固定安裝的小型測量系統，而ISO 9001標準所指的測量裝置就是指廣義的測量?jì)x器或測量設備而言。   

　　二、實(shí)物量具

　　實(shí)物量具是指“使用時(shí)以固定形態(tài)復現或提供給定量的一個(gè)或多個(gè)已知值的器具”(6.2條)。
　　實(shí)物量具的主要特性是能復現或提供某個(gè)量的已知量值。這里所說(shuō)的固定形態(tài)應理解為量具是一種實(shí)物，它應具有恒定的物理化學(xué)狀態(tài)，以保證在使用時(shí)量具能確定地復現并保持已知量值，獲得已知量值的方式可以是復現的也可以是提供的，如砝碼是量具，它本身的已知值就是復現了一個(gè)質(zhì)量單位量值的實(shí)物，如信號發(fā)生器它是一種量具，但它本身只是一種提供多個(gè)已知量值作為供給量的輸出。定義中的已知值應理解為其測量單位、數值及其不確定度均為已知?？梢?jiàn)實(shí)物量具的特點(diǎn)是:(1)本身直接復現或提供了單位量值，即實(shí)物量具的示值就是單位量值的實(shí)際大小，如量塊、線(xiàn)紋尺它本身就復現了長(cháng)度量的單位；(2)在結構上一般沒(méi)有測量機構，如砝碼、標準電阻只是復現單位量值的一個(gè)實(shí)物；(3)由于沒(méi)有測量機構，在一般情況下，如不依賴(lài)其它配用的測量?jì)x器，就不能直接測量出被測量值，如砝碼要用天平，如量塊要配用干涉儀、光學(xué)計。因此實(shí)物量具往往是一種被動(dòng)式測量?jì)x器。
　　量具按其復現或提供的量值看，可以分為單值量具，如量塊、標準電池、砝碼等不帶標尺；多值量具，如線(xiàn)紋尺、電阻箱等帶有標尺；多值量具也包含成套量具，如砝碼組、量塊組等。量具從工作方式可分為從屬量具和獨立量具，必須借助其它測量?jì)x器才能進(jìn)行測量的量具，稱(chēng)為從屬量具，如砝碼，只有借助天平或質(zhì)量比較儀才能進(jìn)行質(zhì)量的測量；不必借助其他測量?jì)x器即可進(jìn)行測量的稱(chēng)為獨立量具，如尺子、量器等。
　　必須注意實(shí)物量具和一般測量?jì)x器的區別，量具本身復現或提供的是已知量值即給定量就是其量值的實(shí)際大小，而一般測量?jì)x器所指示的量值往往是一種等效信息，如體溫計所指示的溫度自身并不能提供一個(gè)實(shí)際溫度值，而只是一種等效信息?？梢?jiàn)千分尺、游標卡尺、百分表，雖然社會(huì )上習慣稱(chēng)之為“通用量具”，但按定義它們并不是量具。標準物質(zhì)即參考物質(zhì)按定義均屬于測量?jì)x器中的實(shí)物量具。   

　　三、測量傳感器、敏感器、檢測器

　　測量傳感器是指“提供與輸入量有確定關(guān)系的輸出量的器件”(6.3條)。
　　測量傳感器的作用就是將輸入量按照確定的對應關(guān)系變換成易測量或處理的另一種量，或大小適當的同一種量再進(jìn)行輸出。有的量直接同它們的標準量比較是相當困難的，則可以將被測量即輸入量變換成其它量，如電流、電壓、電阻等易測的電學(xué)量，或大小不同的同種量，如大電流變換成小電流，從而輸出得到被測量值，以得到準確的測量，這種器件就是測量傳感器。通常傳感器的特點(diǎn)，應是器件直接作用于被測量，即器件的輸入量就是被測量值。如熱電偶、電流互感器、應變計中的應變片、酸度計中的pH電極等，熱電偶輸入量值為溫度，但它轉變?yōu)闊犭妱?dòng)勢即毫伏值，利用溫度與其熱電動(dòng)勢的對應關(guān)系，從而從溫度指示儀或電子電位差計上得到被測量的溫度值，熱電偶就是一種測溫的傳感器。
　　敏感器通常稱(chēng)為敏感元件，它是指“測量?jì)x器或測量鏈中直接受被測量作用的元件”(6.15條)。敏感元件是直接受被測量作用，能接受被測量信息的一個(gè)元件。例如熱電高溫計中熱電偶的測量結(熱端)，渦輪流量計的轉子，壓力表的波登管，液面測量?jì)x的浮子，光譜光度計的光電池，雙金屬溫度計的雙金屬片等。其特點(diǎn)是，它不僅能直接受被測量作用，同時(shí)又是一個(gè)元器件，能接受其信息的大小。它是測量?jì)x器或測量鏈中輸入信號的直接接受者，可以是一種元件也可以是一種器件。
　　檢測器是指“用于指示某個(gè)現象的存在而不必提供有關(guān)量值的器件或物質(zhì)”(6.17條)。
　　檢測器的用途是為了指示某個(gè)現象是否存在，即反映該現象的某特定量是否存在，或者是為了確定該特定量是否達到了某一規定的閾值的測量?jì)x器。檢測器并不是與被測量值無(wú)關(guān)，其測量的信息結果是由被測量值決定的，并且具有一定的準確度，其特點(diǎn)是不必提供具體量值的大小。例如檢測制冷裝置其制冷劑是否泄漏的鹵素檢漏儀，在化學(xué)反應中應用的化學(xué)試紙，為了檢測是否有測量訊號而使用的示波器，為了檢測信號接近零值程度的零位檢測器或指零儀，在電離輻射中為了確定輻射水平閾值用的給出聲和光訊號的個(gè)人劑量計等。
　　這里必須要注意測量傳感器、敏感器、檢測器的區別，這三者的概念是不同的。
　　傳感器是提供與輸入量有確定關(guān)系的輸出量的器件；敏感器是測量?jì)x器或測量鏈中直接受被測量作用的元件；檢測器是用于指示某個(gè)現象的存在而不必提供有關(guān)量值的器件或物質(zhì)。例如熱電偶是測量傳感器，但它并不是敏感器，因為只有熱電偶的測量結(熱端)直接處于被測量溫度中，測量結才是敏感器。又如電阻溫度計中的工業(yè)熱電阻，它是測量傳感器，但實(shí)際測溫中雖然把熱電阻的感溫元件均處于被測量溫度中，此時(shí)熱電阻的感溫元件就是敏感器，而不是測量傳感器，因為它還有導線(xiàn)連接，可以進(jìn)行輸出，所以敏感器只能說(shuō)是傳感器直接受被測量作用的那一部分，這二者是有區別的。另外相對于檢測器而言，也具有不同的概念。檢測器是用以確定被測量值閾值的測量?jì)x器，如鹵素檢漏儀，當然它不是一個(gè)敏感元件。但有的檢測器直接作用于被測量，又能夠隨著(zhù)輸入量而達到輸出，這時(shí)就是一種測量傳感器。有的檢測器它本身就是直接作用于被測量從而確定其閾值，如化學(xué)試紙，即這種檢測器當然就屬于一種敏感器了，故該術(shù)語(yǔ)定義注中說(shuō)明，“在某些領(lǐng)域中，用術(shù)語(yǔ)檢測器來(lái)表示此概念”，即有的敏感器，它能夠直接確定其被測量閾值，則也可以稱(chēng)為檢測器。    [page_break]

　　四、測量?jì)x器的分類(lèi)

　　測量?jì)x器可以按計量學(xué)用途或其功能特點(diǎn)或其準確度高低進(jìn)行分類(lèi)，但測量?jì)x器通常按結構、原理、使用特點(diǎn)可分為以下各類(lèi):

　　1.顯示式測量?jì)x器(即指示式測量?jì)x器)
　　是指“顯示示值的測量?jì)x器(6.7條)”。這是按測量?jì)x器示值給出的形式來(lái)進(jìn)行分類(lèi)。這類(lèi)儀器均具有顯示裝置，顯示裝置的顯示可以是模擬的或數字的或半數字的，也可以單個(gè)量值進(jìn)行顯示，也可以多個(gè)量值進(jìn)行顯示。例如模擬式電壓表、壓力表、千分尺、數字式頻率計、數字式電壓表、數字式電子秤，都屬于顯示式測量?jì)x器。如溫度指示儀器也可以單點(diǎn)或多點(diǎn)進(jìn)行測溫。模擬式指示儀器大多可以連續讀取示值，但有時(shí)也可以是非連續的，如帶有0℃示值標尺的測量范圍為25℃～50℃、最小分度值為0.05℃的一等標準水銀溫度計，其示值就是不連續的。有的指示裝置也可以有半數字的，即主要以數字顯示，而其最小示值為了提高其讀數準確度又采用模擬式指示，如單相電能表。注意不要將單純的指示裝置、指示器、顯示器等與顯示式測量?jì)x器相混淆。顯示式測量?jì)x器和指示式測量?jì)x器二者為同義語(yǔ)，但實(shí)質(zhì)上顯示儀器是廣義的，而指示儀器則是其中一種形式，即通常指帶有指示裝置指示器來(lái)進(jìn)行顯示。

　　2.記錄式測量?jì)x器
　　是指“提供示值記錄的測量?jì)x器”(6.8條)。這種分類(lèi)是相對顯示式測量?jì)x器而言，這類(lèi)測量?jì)x它能將被測量值的示值記錄下來(lái)。給出的記錄可以是模擬的(連續或斷續線(xiàn)條)，也可以是數字的；記錄也可以是一個(gè)量或多個(gè)量的值。如溫度記錄儀、氣壓記錄儀、記錄式光譜儀等，如溫度記錄儀可以單點(diǎn)記錄也可以多點(diǎn)打印記錄。這類(lèi)測量?jì)x器具有記錄器，記錄器把被測量值記錄到媒質(zhì)上，記錄媒質(zhì)可以是帶狀、盤(pán)狀、片狀或其他形狀的記錄，也可以是磁帶、磁盤(pán)等存儲器，有時(shí)數字式測量?jì)x器也可通過(guò)接口配以打印機、記錄儀進(jìn)行記錄。絕大多數記錄測量?jì)x它具有顯示功能，當然其主要的功能是記錄，所以在名詞定義的注1和注2中均在“記錄”后加上(顯示)，故記錄式儀器也可帶有指示裝置顯示示值。

　　3.累計式測量?jì)x器
　　是指“通過(guò)對來(lái)自一個(gè)或多個(gè)源中，同時(shí)或依次得到的被測量的部分值求和，以確定被測量值的測量?jì)x器”(6.9條)。它是指為了獲得被測量在一段時(shí)間間隔內的累計值即被測量值求和的測量?jì)x器，這是從測量?jì)x器的使用功能上來(lái)進(jìn)行分類(lèi)的。有些情況下，測量的目的不是為了獲得被測量的瞬時(shí)值，如需要稱(chēng)量在一段時(shí)間內皮帶傳送的散裝物料的總重量，或一列貨車(chē)所載貨物的總重量等。通常測量?jì)x器的示值所反映的是被測量的瞬時(shí)值，因此，為了給出累計就必須使測量?jì)x器增加一個(gè)累計的功能，這個(gè)功能由累計器來(lái)實(shí)現，如累計式皮帶秤，就是通過(guò)累計器根據稱(chēng)重和位移傳感器提供的信息，對皮帶測量段上每次稱(chēng)得的各分量負荷進(jìn)行累加求和，并通過(guò)累計指示器將累計值顯示出來(lái)。電子軌道衡就是一種累計式測量?jì)x器。
　　有時(shí)，提供分量量值的被測量源不止一個(gè)，例如一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)有若干臺發(fā)電機在工作，電功率并聯(lián)在一起輸出，需要知道每時(shí)每刻輸出的總功率，為此目的所使用的總和電功率表也是一種累計式測量?jì)x器。又如水泥廠(chǎng)配料用的累加式皮帶秤，幾種礦物原料需按重量比例輸送和稱(chēng)重，這時(shí)被測量源就不止一個(gè)，需要同時(shí)被累計或依次從不同的源得到被測量的分量量值，這種皮帶秤也是一種累計式測量?jì)x器。這類(lèi)儀器的特點(diǎn)是增加了累計功能。

　　4.積分式測量?jì)x器
　　是指“通過(guò)一個(gè)量對另一個(gè)量積分，以確定被測量值的測量?jì)x器”(6.10條)。有些被測量按其定義或實(shí)際性質(zhì)本來(lái)就是一個(gè)積分量，例如家庭用的電能表，就是兩次付費時(shí)刻之間的一段時(shí)間內，所耗用的電功率是多少，家用電能表中的積分機構能隨時(shí)將所用電能的量積算出來(lái)，并通過(guò)數字指示裝置加以顯示。又如皮革面積的測量，將皮革攤平在平面上，實(shí)際上就是要測量其輪廓線(xiàn)所圍的平面面積，因此也很自然是一個(gè)積分量。所以家用電能表和皮革面積測量?jì)x都是積分式測量?jì)x器。

　　5.模擬式測量?jì)x器(即模擬式指示儀器)
　　是指“其輸出或顯示為被測量或輸入信號連續函數的測量?jì)x器”(6.11條)。這是從測量?jì)x器輸出或顯示的形式來(lái)分類(lèi)。即測量?jì)x器的輸出或顯示為被測量的量值或為輸入信號相對應的連續函數值。通常遇到的被測量，如長(cháng)度、角度、溫度、質(zhì)量、力、電流、電壓等，均被看作是可以無(wú)限細分的連續量，因此，在一定條件下，任何兩個(gè)這種量之間均可以建立起數值上的對應關(guān)系即函數關(guān)系，這就是輸出量是輸入量的一種模擬信號的關(guān)系。例如用熱電偶測溫，熱電偶作為測溫傳感器將被測對象的溫度值(非電量)變換為相應的熱電動(dòng)勢(電量)，這二者之間具有對應的函數關(guān)系，然后通過(guò)配套的動(dòng)圈式顯示儀表，將其輸出轉化為被測量連續函數的表針的偏轉角度，從而指示出被測量溫度的大小。又如玻璃水銀溫度計，其輸出是作為被測量溫度值連續函數的水銀柱高度(長(cháng)度)量值。這些都稱(chēng)為模擬式測量?jì)x器。
　　應該注意到，模擬式測量?jì)x器這一術(shù)語(yǔ)僅就輸出或顯示的表現形式而言，而與測量?jì)x器的工作原理無(wú)關(guān)。模擬式測量?jì)x器，有的可以顯示或輸出被測量值，有的則可以用指示器指示某一個(gè)被測量值，故定義采用了模擬式測量?jì)x器和模擬式指示儀器兩個(gè)同義的名詞術(shù)語(yǔ)。

　　6.數字式測量?jì)x器(即數字式指示儀器)
　　是指“提供數字化輸出或顯示的測量?jì)x器”(6.12條)。這是從測量?jì)x器輸出或顯示的不同形式來(lái)分類(lèi)的。只要其輸出或顯示是以十進(jìn)數字自動(dòng)顯示的，則就是數字式測量?jì)x器，而它與儀器的工作原理無(wú)關(guān)。例如通常使用的數字電壓表、數字電流表、數字功率表、數字頻率計等，尤其是數字電壓表，使用更為廣泛，如一臺應用稱(chēng)重傳感器的地秤，配用的輸出顯示儀表是數字式電壓表，則該地秤就是數字式測量?jì)x器。數字式溫度計大多也以頻率、電壓、電阻等為感溫信號，通過(guò)?！獢?A/D)轉換電路，以數字形式顯示測溫結果。數字式測量?jì)x器具有準確度高、靈敏度高、重復性好、測量速度快、抗干擾能力強，可同時(shí)測量多種參數，同時(shí)可以打印記錄，特別是便于與計算機相聯(lián)接以進(jìn)行自動(dòng)化測量和控制等一系列優(yōu)點(diǎn)。數字式測量?jì)x器可以提供數字化顯示或輸出，也可以用指示器進(jìn)行指示，故采用了數字式測量?jì)x器和數字式指示儀器的兩個(gè)名稱(chēng)，其實(shí)質(zhì)是同義的。