1.1 测量及测量方法

测量是人们认识客观事物，并用数量概念描述客观事物，进而达到逐步掌握事物的本质和揭示自然界规律的一种手段。牛津词典对于“测量”术语的解释：“通过使用一个经过标准单位标定的仪器或设备，或者通过与一个已知规模大小的物体相比较来确定大小、数量或程度”（“ascertain the size，amUont or degree of（something）by using an instrument or device marked in standard units or by comparing it with an object of known size”，from the Latin mensurare – to measure）。

测量的具体方法是由被测量的参数类型、量值的大小、所要求的测量准确度、测量速度的快慢、进行测量所需要的条件以及其他一系列因素决定的。每个物理量都可以用具有不同特点的多种方法进行测量。

为了探讨测量方法的特征，正确地选择测量方法，需要对测量方法进行分类。测量方法的分类形式很多，例如，根据被测量在测量期间是否随时间的变化而变化，可分为静态测量和动态测量；根据测量条件，可分为等精度测量和非等精度测量；根据测量器具的敏感元器件是否与被测物体接触，可分为接触测量和非接触测量等。但对于研究测试技术来说，更有意义的是按被测量值的获取方法进行分类，即直接测量法、间接测量法及在此两类方法的基础上形成的组合测量法。

1.直接测量法

用预先按标准量标定好的仪器对被测量进行测量或用标准量直接与被测量进行比较，从而从仪器的指示机构的读数直接获得被测量的值的一种测量方法，叫做直接测量。采用这种测量方法，可以使用量具进行测量，也可以用预先按已知标准量定制好的直读式测量仪器或比较式仪器对被测量进行测量。例如，用电流表测量电流、电桥测量电阻等。这种方式的特点是测出的数据就是被测量本身的量，测量过程简单快捷，应用非常广泛。

直接测量法又可分为直接比较测量法、替代测量法、微差测量法、零位测量法和符合测量法等。

①直接比较测量法：将被测量直接与已知其值的同类量相比较的测量方法。例如，用刻度尺测量长度等。

②替代测量法：将选定的且已知其值的量替代被测的量，使得在指示装置上有相同的效果，从而确定被测量值。

③微差测量法：将被测量与它的量值只有微小差别的同类已知量相比较并测出这两个量值间的差值，从而确定被测量值。

④零位测量法：通过调整一个或几个与被测量有已知平衡关系的量，用平衡的方法确定出被测量的值。零位测量法最典型的例子就是用电桥测电阻。

⑤符合测量法：是由对某些标记或信号的观察来测定被测量与做比较用的同类已知量值间微小差值的一种微差测量法。例如，用游标卡尺测量物体的尺寸等。实现符合测量法的原理有游标原理、拍频原理、干涉原理和闪频原理等。

2.间接测量法

间接测量是通过对与被测量有函数关系的其他量的测量而通过计算得到被测量值的测量方法。例如，用伏安法测电阻，通过测量电阻器两端的电压和通过电阻器的电流，根据欧姆定律，可以计算出被测电阻器的电阻值。

该方法需要测量的量较多，测量过程复杂费时，手续繁多，花费时间相对较长，引起的误差因素也较多；但如果对测量误差进行分析，并选择和确定具体的优化测量方法以及在比较理想的条件下进行测量，测量结果的准确度不一定低，有的甚至有较高的准确度。所以，一般情况下尽量采用直接测量，只有在下列情况下才选择间接测量：

①被测量不便于直接读出；

②直接测量的条件不具备，如直接测量该量的仪器不够准确或没有直接测量的仪器；

③间接测量的结果比直接测量更准确。

3.组合测量法

在测量过程中，当测量两个或两个以上相关的未知数时，需要改变测量条件进行多次测量，根据直接测量和间接测量的结果，解联立方程组求出被测量，称为组合测量。例如，测量电阻R的温度系数α和β，根据电阻器在温度t时的电阻值与温度系数的关系式，可先测出不同温度下该电阻器的电阻值Rt1和Rt2，再通过求解下述联立方程组求α 和β：

Rt1=R20[1+α（t1-20）+β（t1-20）2]

Rt2=R20[1+α（t2-20）+β（t2-20）2]

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组合测量法实质上仍然是一种间接测量法。组合测量法有两个明显的优点：在准确度要求相同的情况下，组合测量需要进行的测量次数较少；系统误差出现的规律变为随机性质，因而可使测量结果的准确度有所提高。组合测量的手续繁多，较花费时间，但容易达到较高的精度，通常在实验室中使用。

测量方法的选择与仪器的选择同等重要，即使在同一种类的测量方法中，仍有很多具体的测量方法。因此，在实际测量时，要根据具体情况选择合适的测量方法。