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第一章測量科學1-1測量科學、作用及發(fā)展1-2測量三要素1-3基本物理量及基準1-4測量系統(tǒng)及其構成要素1-5信息、知識的獲得1-1測量科學(MeasurementScience)、

作用及發(fā)展

測量

對于被測對象基于[計量]的基準，反復進行測試，獲得信息

測量行為是人們科學思考的基本測量科學的學術地位學問領域一般包括：自然科學（naturalscience）社會科學（socialscience）人文科學（culturalscience）測量科學的學問上的地位:測量科學是邊緣科學或交叉科學。其領域隨著社會的變遷擴大、縮小或重疊，基本上不斷發(fā)展。日歷、預測的起源道具的起源度量衡的起源文明的萌芽-800年測量行為的發(fā)展時代的發(fā)展社會的發(fā)展今后的測量依靠科學的思考客觀地判斷而行動的時代主觀性向客觀的測量的要求與人類的關系：測量標準及普及生產與質量災害與預防公害與監(jiān)測醫(yī)療與福利能源與供給...原始社會狩獵時代農耕時代文明社會·傳感器、信號處理·預測技術·新技術的應用（模糊、混沌、神秘之光...）測量發(fā)展與社會進步測量的社會作用測量標準及單位體系的建立科學研究中的測量產業(yè)中的測量商業(yè)交易中的測量環(huán)境的測量醫(yī)療中的測量…測量的發(fā)展測量對象空間的擴大測量靈敏度的提高測量目的的延伸(量的測量到認識的測量)

生產技術趨勢1-2測量工作的內容測量的流程

測量的三個工作和三個使命

計量的工作信息把握和知識獲得知識的活用測量、測試、計量測量

=測試+計量計量：測試基準的準備、遵守、普及測試：對于被測量依照基準進行的一次比對測量和計量測量（measurement）

以確定量值為目的的一組操作計量（metrology）

計量部門從事的測量“計量”作為一類操作，可這樣來理解：為實現(xiàn)量值傳遞或溯源而對測量儀器的測量。在實際工作中他表現(xiàn)為檢定、校準、比對及（對測量儀器）測試等活動。測量與物理法則物理法則基于實驗事實，物理法則的成立需要測量100年前，Kelvin曾說過，沒有測量就沒有科學。新物理法則的建立依賴測量結果，同時建立的法則的正確性依賴測量來確認。測量與物理法則物理法則基于實驗事實，物理法則的成立需要測量100年前，Kelvin曾說過，沒有測量就沒有科學。新物理法則的建立依賴測量結果，同時建立的法則的正確性依賴測量來確認。物理法則向測量系統(tǒng)的應用測量系統(tǒng)由電子技術而構成，需電信號、被測量如是電量以外的其它量，需要實現(xiàn)被測量與電量的變換，則需利用物理法則。測量與物理法則的關系：間接測量，是由于有物理法則的保證。1-3基本物理量及基準單位和基準為了用數量表示物理量，需規(guī)定該物理量的基準的大小，此基準的大小稱為該量的單位。

如:L=1.5m

L:物理量(長度的記號)m:長度的單位(米的記號)1m:被選為長度的基準實物基準和量子基準量子基準根據原子、電子的性質、特性制造出的標準。特征無個性，理論上任何地方，任何人均可實現(xiàn)。米原器歷史：規(guī)定單位的大小無理論或物理的根據，各地自行規(guī)定，換算上問題多?？抗s使用統(tǒng)一單位，歷史上大多單位的確定并不明確，或即便明確不易再現(xiàn)。米的定義：定義為地球子午線的4000萬分之一，然后將其體現(xiàn)為米原器，雖然后來精密檢測得知一米不等于子午線的4000萬分之一，但無妨。問題：刻線寬度數微米且非直線，故二刻線間有0.2μm的不確定性。1960年，元素Kr85特定條件下放電時的發(fā)光波長。1983年，變更，真空中光在二億九九七九萬二四五八分之一秒的時間中傳播的距離。光速：299792458（m/s）?；鶞?、單位及其歷史基本單位及其定義量的名稱單位名稱單位符號定義長度米m是光在真空中于(1/299729458)秒時間間隔內所經路徑的長度。質量千克(公斤)kg為1立方分米的純水，當其密度最大時，所具有的質量。時間秒s是Cs－133原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9192637770個周期的持續(xù)時間。電流安培A當處于真空中相距1米(s)遠的兩根無限長且截面無限小的平行直導線內流過一恒定電流時，它能使兩導線之間每米產生2×10-7牛頓(N)的力，則定義此恒定電流為1A。熱力學溫度開爾文K為水三相點熱力學溫度的1/273.16。物質的量摩爾mol摩爾是一系統(tǒng)的物質的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元數與0.012kgC-12原子數目相等。發(fā)光強度坎德拉cd一個光源在給定方向上的發(fā)光強度，該光源發(fā)出頻率為540×1012Hz(約555nm波長)的單色輻射，且在此方向上的輻射強度為1/683W/sr?；締挝患捌涠x

長度(米m):是光在真空中于(1/299729458)秒時間間隔內所經路徑的長度。質量(千克(公斤)kg):為1立方分米的純水，當其密度最大時，所具有的質量。時間(秒s):是Cs－133原子基態(tài)的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9192637770個周期的持續(xù)時間?；締挝患捌涠x電流(安培A):當處于真空中相距1米遠的兩根無限長且截面無限小的平行直導線內流過一恒定電流時，它能使兩導線之間每米產生2×10-7牛頓的力，則定義此恒定電流為1A。熱力學溫度(開爾文K):為水三相點熱力學溫度的1/273.16。物質的量(摩爾mol):摩爾是一系統(tǒng)的物質的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元數與0.012kgC-12原子數目相等。發(fā)光強度(坎德拉cd):一個光源在給定方向上的發(fā)光強度，該光源發(fā)出頻率為540×1012Hz(約555nm波長)的單色輻射，且在此方向上的輻射強度為1/683W/sr。1-4測量系統(tǒng)及其構成要素傳感器與信號處理傳感器:與被測對象最近的器件,

起感知和信號變換的作用信號處理:獲得真值或知識傳感器的構成及其在測量系統(tǒng)中的作用傳感器的定義傳感器/變換器:

能將欲測量的量變換成電信號的裝置。傳感器(Sensor):

與測量對象直接或通過電磁波接觸，取出與測量量相對應的信號的最前端部分。變換器(Transducer):

將測量的量變換成容易處理的、不同形式的信號?？烧J為:

傳感器(Sensor)=傳感元件(Sensingelement)

+變換器(Transducer)傳感器構成示意圖傳感器的分類物理傳感器

以物理法則為基礎獲得信號,應用于物理信息的獲得的.如:光,磁,溫度,力,聲音.化學傳感器

以化學原理為基礎獲得信號,應用于化學信息的獲得的.如:濕度,氣味兒,味道,物質的濃度.按測量對象分類例1)光/輻射(radiant)2)機械量(mechanical)3)熱(thermal)4)電(electrical)5)磁(magnetic)6)化學(chemical)傳感器的分類傳感信號的分類物理傳感器要點傳感器所使用的主要物理法則物理傳感器構成的模式物理傳感構成的模式(說明)第一模式：直接利用物理法則，構成傳感器。第二模式：利用給予刺激后反回來的反射或反應而構成的傳感器。第三模式：與作為基準的量進行比較，利用其一致性差別等構成的傳感器，當難以用第一或第二模式難以構成傳感器時采用。傳感器構成的物理基礎統(tǒng)計法則：連接描述分子、原子、電子等的行為的微觀世界和可用我們的五官直接體驗的宏觀世界的法則，如：熱力學第二定律。守恒法則：物理量的總量不隨空間和時間的移動而變化（能量、動量、質量的守恒）。場的法則：象運動法則和電磁場的法則那樣,描述在重力場、物質場、電場、磁場中的時間或空間的作用的法則。構造形傳感器物質法則：表示物質的各種物質的性質的法則。包含物質固有的特性常數，如：胡克法則、歐姆法則。物質形傳感器物理法則傳感器構成的物理基礎(說明)物理法則：

守恒法則，場的法則，

統(tǒng)計法則，物質法則。物理法則與傳感器傳感器實施信號變換受物理法則支配,物理法則是表示物理現(xiàn)象的模型.信號變換的物理法則及傳感器構造構造型傳感器(應用場的法則)

如電容量的變化的位移傳感器.這類傳感器的特性主要被其構造及尺寸直接支配.在場的法則中出現(xiàn)的物理常數有限,基本不受傳感器材料物性的影響.故容易實現(xiàn)高性能、穩(wěn)定的傳感器。物質型傳感器(應用物質的物理性質的法則)關于材料的固有的物理特性的法則.如光電傳感器等,可使用的波長范圍、光電變換的靈敏度等受材料的物性所決定,構造及尺寸的影響是次要的.由于物性大多受溫度等影響，使用時要注意環(huán)境條件。注重性能時采用構造型傳感器、注重經濟性和尺寸時采用物質型傳感器。化學傳感器要點及舉例化學傳感器應用酶反應的自動測量方法生物傳感器

(酶傳感器,免疫傳感器,DNA傳感器)葡萄糖傳感方法化學傳感器(氣體,離子,生物為代表)不僅可實現(xiàn)化學物質的認知,包括物質的分離,輸送,反應,催化,信息交換等一體化的功能.在環(huán)境監(jiān)測,發(fā)酵/化學工業(yè)機電設備的控制,人體健康管理等領域,屬于基礎設備的技術之一發(fā)揮著關鍵的作用.選擇性改善,靈敏度提高,試樣的微量化(nl),用于腦化學等人體內植入的要求日益高漲.化學傳感器構成示意圖化學傳感器由能識別各種物質(分子)的部分,及可將其刺激變換成信號的部分構成.應用酶反應的自動測量方法酶(酵素):球狀蛋白質,具有觸媒點的安定的三維空間構造,可通過多點進行物質的識別,所以對于特定的物質選擇性高.酶反應的機理應

用

酶

反

應

的

自

動

測

量

法酶

的

固

定

化方法生物傳感器活體中存在著能和酶以及抗體這樣的物質產生特異性相互作用的機能性蛋白質.將它作為材料并形成的叫生物傳感器.由可以選擇性識別物質的受體膜,將其變化轉換成電信號的變換器構成.生物傳感器的原理和種類變換器部分:

電極(半導體)---電極型傳感器熱敏電阻---生物熱敏電阻

光子計數(光電二極管)---光生物傳感器晶振體---晶振生物傳感器生物機能性物質:酶---酶傳感器抗體---免疫傳感器微生物---微生物傳感器應用酶反應的測量方法酶傳感器構成:氧可透過的聚四氟乙烯膜,酶固化膜,乙酰纖維素膜.

機理:血清等樣品中的蛋白質不能透過乙酰纖維素膜,只有低分子量物質可以透過.透過的葡萄糖在酶膜中進行如下反應,消耗氧形成葡萄糖胺.氧通過聚四氟乙烯膜,在電極處被還原.因酶反應減少的氧的電流值與葡萄糖濃度成比例,達到葡萄糖的選擇性的定量.傳感器在物質測量或分析中物理傳感器

依靠物質與電磁波的相互作用進行物質的分析或者測量,屬物理測量方法.化學傳感器

基于物質與物質間的選擇性(特異性)的相互作用進行物質分析或者測量,屬化學測量方法.傳感器的構成及其在測量中的作用要點機理明確:基于物理,化學原理發(fā)展空間:小型,高靈敏,高特異性,新材料,功能材料的期待學科交叉特點:理科,技術,材料,測量方法測量儀器的性能的表示靈敏度（sensitivity）：表示測量儀器對被測量變化的感覺程度的量值。一般表示為相對于測量儀器的輸入量獲得的對應的輸出量。分辨率（resolution）：輸入值超過某一閥值后，輸出開始變化。測量范圍（measuringrange,span,dynamicrange）直線性（linearity）精度（accuracy）：正確度（correctness）,精密度（precis