測(cè)量方法的分類和測(cè)量誤差處理中應(yīng)注意的問題

 測(cè)量方法的分類

在測(cè)量活動(dòng)中，為滿足對(duì)各種被測(cè)對(duì)象的不同測(cè)量要求，依據(jù)不同的測(cè)量條件有著不同的測(cè)量方法。測(cè)量方法是實(shí)施測(cè)量中所使用的、按類別敘述的一組操作邏輯次序。對(duì)測(cè)量方法可以從不同角度進(jìn)行分類，有時(shí)對(duì)每一類又可進(jìn)行細(xì)分，各類方法可結(jié)合測(cè)量部門的需求靈活選用。常見的分類方法有以下幾種。

1.直接測(cè)量和間接測(cè)量

根據(jù)對(duì)測(cè)量結(jié)果獲取方式方法的不同，可以將測(cè)量分為直接測(cè)量和間接測(cè)量。

直接測(cè)量指被測(cè)量與該標(biāo)準(zhǔn)量直接進(jìn)行比較的測(cè)量。即指該被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果可直接由測(cè)量儀器輸出得到，而不再經(jīng)過量值的變換與計(jì)算。例如，在用游標(biāo)卡尺測(cè)量小尺寸軸工件的直徑時(shí)，游標(biāo)卡尺的讀數(shù)即是被測(cè)工件的直徑；在用萬用表測(cè)量電阻、電壓、電流時(shí)，萬用表的讀數(shù)即為被測(cè)量的值;用安裝在工業(yè)鍋爐上的彈簧壓力表測(cè)取鍋爐給水壓力，等等。

間接測(cè)量指直接測(cè)量與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的量，通過函數(shù)關(guān)系求得被測(cè)量值的測(cè)量方法。例如，在用游標(biāo)卡尺測(cè)大尺寸軸工件的直徑時(shí)，因量程不夠，采用測(cè)量弦長與矢高的方法，間接得到工件直徑；在用模擬萬用表測(cè)量電功率時(shí)，先用萬用表測(cè)得電壓（電流）和電阻值，然后再通過功率與電壓（電流）和電阻值的數(shù)學(xué)關(guān)系式計(jì)算得出被測(cè)功率；此外，還有通過測(cè)量管道中孔板前后的壓差而間接獲得管道流量，等等。以上這些都是間接測(cè)量的典型例子。

2. 靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量

根據(jù)被測(cè)量對(duì)象在測(cè)量過程中所處的狀態(tài)，可以把測(cè)量分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量。

靜態(tài)測(cè)量指在測(cè)量過程中被測(cè)量可以認(rèn)為是固定不變的。因此，不需要考慮時(shí)間因素對(duì)測(cè)量的影響。在日常測(cè)量中，大多數(shù)接觸到的測(cè)量都是靜態(tài)測(cè)量。對(duì)于這種測(cè)量，可以將被測(cè)量和測(cè)量誤差當(dāng)做一種隨機(jī)變量來處理。

動(dòng)態(tài)測(cè)量指被測(cè)量在測(cè)量期間隨時(shí)間（或其他影響量）發(fā)生變化。如彈道軌跡的測(cè)量、環(huán)境噪聲的測(cè)量等。對(duì)這類被測(cè)量的測(cè)量，需要當(dāng)做一種隨機(jī)過程的問題來處理。

3. 等權(quán)測(cè)量和不等權(quán)測(cè)量

根據(jù)測(cè)量條件是否發(fā)生變化，可以把對(duì)某測(cè)量對(duì)象進(jìn)行的多次測(cè)量分為等權(quán)測(cè)量與不等權(quán)測(cè)量。

等權(quán)測(cè)量指在測(cè)量過程中，測(cè)量儀器、測(cè)量方法、測(cè)量條件和操作人員都保持不變。因此， 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行的多次測(cè)量結(jié)果可認(rèn)為具有相同的信賴程度，應(yīng)按同等原則對(duì)待。

不等權(quán)測(cè)量指在測(cè)量過程中，測(cè)量儀器、測(cè)量方法、測(cè)量條件或操作人員中某一因素或某幾個(gè)因素發(fā)生變化，使得測(cè)量結(jié)果的信賴程度不同。對(duì)不等權(quán)測(cè)量的數(shù)據(jù)應(yīng)按不等權(quán)原則進(jìn)行處理。

4. 電量測(cè)量和非電量測(cè)量

根據(jù)被測(cè)量的屬性，可以把測(cè)量分為電量測(cè)量和非電量測(cè)量。

電量測(cè)量是對(duì)電子學(xué)中有關(guān)量的測(cè)量。包括表征電磁能的量（如電流、電壓、功率、電場(chǎng)強(qiáng)度、噪聲等）、表征信號(hào)特征的量（如頻率、相位、波形參數(shù)等）、表征元件和電路參數(shù)的量（如電 阻、電容、電感、介電常數(shù)等）和表征網(wǎng)絡(luò)特性的量（如帶寬、增益、帶內(nèi)波動(dòng)、帶外衰減等）。

非電量測(cè)量是對(duì)非電子學(xué)中量的測(cè)量。如溫度、濕度、壓力、氣體濃度、機(jī)械力、材料光折 射率等非電子學(xué)參數(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科間的相互滲透，特別是為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量的需要，通常都設(shè)法將有些非電量經(jīng)過適當(dāng)?shù)膫鞲衅鞫D(zhuǎn)換為屬于電量的電信號(hào)來進(jìn)行測(cè)量。 因此，對(duì)于非電量測(cè)量領(lǐng)域，也需要了解一些基本電量測(cè)量的知識(shí)。

5. 工程測(cè)量與精密測(cè)量

根據(jù)對(duì)測(cè)量結(jié)果的要求不同，可以把測(cè)量分為工程測(cè)量與精密測(cè)量。

工程測(cè)量指對(duì)測(cè)量誤差要求不高的測(cè)量。用于這種測(cè)量的設(shè)備和儀器的靈敏度和準(zhǔn)確度比較低，對(duì)測(cè)量環(huán)境沒有嚴(yán)格要求。因此，對(duì)測(cè)量結(jié)果只需給出測(cè)量值。

精密測(cè)量指對(duì)測(cè)量誤差要求比較高的測(cè)量。用于這種測(cè)量的設(shè)備和儀器應(yīng)具有一定的靈敏度和準(zhǔn)確度，其示值誤差的大小一般需經(jīng)計(jì)量檢定或校準(zhǔn)。在相同條件下對(duì)同一個(gè)被測(cè)量進(jìn)行多次測(cè)量，其測(cè)得的數(shù)據(jù)一般不會(huì)*一致。因此，對(duì)于這種測(cè)量往往需根據(jù)測(cè)量誤差的理論和方法，來合理估計(jì)其測(cè)量結(jié)果，包括*估計(jì)值及其分散性大小。有的場(chǎng)合，還需要根據(jù)約定的規(guī)范對(duì)測(cè)量儀器在額定工作條件和工作范圍內(nèi)的準(zhǔn)確度指標(biāo)是否合格做出合理判定。精密測(cè)量一般是在符合一定測(cè)量條件的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，其測(cè)量的環(huán)境和其他條件均比工程測(cè)量嚴(yán)格，所以又稱為實(shí)驗(yàn)室測(cè)量。

本書主要討論精密測(cè)量，包括對(duì)測(cè)量誤差大小的分析與處理，對(duì)測(cè)量結(jié)果的評(píng)定。不僅要求給出*估計(jì)值，而且還要求給出測(cè)量結(jié)果的分散性大小。

測(cè)量要素

一個(gè)完整的測(cè)量過程如圖1-2所示，包含五個(gè)要素，分別是測(cè)量對(duì)象（measuring object) 與被測(cè)量、測(cè)量資源（resource of measurement)(包括測(cè)量儀器與輔助設(shè)施、測(cè)量人員和測(cè)量方法等）、測(cè)量結(jié)果（result of measurement)、測(cè)量單位（unit of measurement)、測(cè)量環(huán)境（envi-ronment of measurement)。例如，在恒溫防震的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用立式測(cè)長儀測(cè)量某個(gè)直徑為 90 mm的圓形工件。在該測(cè)量中，測(cè)量對(duì)象是圓形工件，被測(cè)量是工件直徑，測(cè)量資源包括立式測(cè)長儀、測(cè)量人員和直接測(cè)量方法，測(cè)量環(huán)境是恒溫防震實(shí)驗(yàn)室，測(cè)量單位是毫米(mm)，測(cè)量結(jié)果表示為 L=(90.001±0.002) mm。

 測(cè)量誤差處理中應(yīng)注意的問題 

1.實(shí)驗(yàn)條件

在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行誤差的測(cè)定，必須保證測(cè)量過程中實(shí)驗(yàn)條件的穩(wěn)定不變。除了對(duì)溫度、濕度、氣壓和振動(dòng)等環(huán)境條件進(jìn)行嚴(yán)格控制和調(diào)節(jié)外，測(cè)量次數(shù)也不應(yīng)過多，各次測(cè)量的操作也應(yīng)具有一致性。例如在用光學(xué)鏡管瞄準(zhǔn)被測(cè)物時(shí)，應(yīng)使視場(chǎng)中心瞄準(zhǔn)被測(cè)物上的固定部分；在操作計(jì)量儀器時(shí)，應(yīng)使測(cè)量力穩(wěn)定不變等。

2. 測(cè)量對(duì)象或測(cè)量儀器

測(cè)量對(duì)象或測(cè)量儀器，相對(duì)來說必須是穩(wěn)定不變的。若測(cè)量儀器是高精度且穩(wěn)定不變的， 則誤差可*反映出被測(cè)對(duì)象的精度特性，如用柯氏干涉儀檢定一等量塊。反之亦然，例如用三等量塊檢定比較儀，這時(shí)測(cè)量誤差主要反映了比較儀的精度特性；否則，量塊和比較儀的誤差混雜在一起將難以處理。

3. 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的轉(zhuǎn)化

系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的定義是科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、不能混淆的。但在測(cè)量實(shí)踐中，由于誤差劃分的人為性和條件性，使得它們并不是一成不變的，而是在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化的。也就是說，一個(gè)具體誤差究竟屬于哪一類，應(yīng)根據(jù)所考察的實(shí)際問題和具體條件，經(jīng)分析和實(shí)驗(yàn)后確定。如一塊電表，其刻度誤差在制造時(shí)可能是隨機(jī)的，但用此電表來校準(zhǔn)一批其他電表時(shí)，該電表的刻度誤差就會(huì)造成被校準(zhǔn)的這一批電表的系統(tǒng)誤差，但如果采用很多塊電表來校準(zhǔn)此表，由于每一塊電表的刻度誤差有大有小，有正有負(fù)，就使得這些測(cè)量誤差具有隨機(jī)性。