1.1 測(cè)量及測(cè)量方法

測(cè)量是人們認(rèn)識(shí)客觀事物，并用數(shù)量概念描述客觀事物，進(jìn)而達(dá)到逐步掌握事物的本質(zhì)和揭示自然界規(guī)律的一種手段。牛津詞典對(duì)于“測(cè)量”術(shù)語(yǔ)的解釋?zhuān)骸巴ㄟ^(guò)使用一個(gè)經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)單位標(biāo)定的儀器或設(shè)備，或者通過(guò)與一個(gè)已知規(guī)模大小的物體相比較來(lái)確定大小、數(shù)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）。

測(cè)量的具體方法是由被測(cè)量的參數(shù)類(lèi)型、量值的大小、所要求的測(cè)量準(zhǔn)確度、測(cè)量速度的快慢、進(jìn)行測(cè)量所需要的條件以及其他一系列因素決定的。每個(gè)物理量都可以用具有不同特點(diǎn)的多種方法進(jìn)行測(cè)量。

為了探討測(cè)量方法的特征，正確地選擇測(cè)量方法，需要對(duì)測(cè)量方法進(jìn)行分類(lèi)。測(cè)量方法的分類(lèi)形式很多，例如，根據(jù)被測(cè)量在測(cè)量期間是否隨時(shí)間的變化而變化，可分為靜態(tài)測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量；根據(jù)測(cè)量條件，可分為等精度測(cè)量和非等精度測(cè)量；根據(jù)測(cè)量器具的敏感元器件是否與被測(cè)物體接觸，可分為接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量等。但對(duì)于研究測(cè)試技術(shù)來(lái)說(shuō)，更有意義的是按被測(cè)量值的獲取方法進(jìn)行分類(lèi)，即直接測(cè)量法、間接測(cè)量法及在此兩類(lèi)方法的基礎(chǔ)上形成的組合測(cè)量法。

1.直接測(cè)量法

用預(yù)先按標(biāo)準(zhǔn)量標(biāo)定好的儀器對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量或用標(biāo)準(zhǔn)量直接與被測(cè)量進(jìn)行比較，從而從儀器的指示機(jī)構(gòu)的讀數(shù)直接獲得被測(cè)量的值的一種測(cè)量方法，叫做直接測(cè)量。采用這種測(cè)量方法，可以使用量具進(jìn)行測(cè)量，也可以用預(yù)先按已知標(biāo)準(zhǔn)量定制好的直讀式測(cè)量?jī)x器或比較式儀器對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量。例如，用電流表測(cè)量電流、電橋測(cè)量電阻等。這種方式的特點(diǎn)是測(cè)出的數(shù)據(jù)就是被測(cè)量本身的量，測(cè)量過(guò)程簡(jiǎn)單快捷，應(yīng)用非常廣泛。

直接測(cè)量法又可分為直接比較測(cè)量法、替代測(cè)量法、微差測(cè)量法、零位測(cè)量法和符合測(cè)量法等。

①直接比較測(cè)量法：將被測(cè)量直接與已知其值的同類(lèi)量相比較的測(cè)量方法。例如，用刻度尺測(cè)量長(zhǎng)度等。

②替代測(cè)量法：將選定的且已知其值的量替代被測(cè)的量，使得在指示裝置上有相同的效果，從而確定被測(cè)量值。

③微差測(cè)量法：將被測(cè)量與它的量值只有微小差別的同類(lèi)已知量相比較并測(cè)出這兩個(gè)量值間的差值，從而確定被測(cè)量值。

④零位測(cè)量法：通過(guò)調(diào)整一個(gè)或幾個(gè)與被測(cè)量有已知平衡關(guān)系的量，用平衡的方法確定出被測(cè)量的值。零位測(cè)量法最典型的例子就是用電橋測(cè)電阻。

⑤符合測(cè)量法：是由對(duì)某些標(biāo)記或信號(hào)的觀察來(lái)測(cè)定被測(cè)量與做比較用的同類(lèi)已知量值間微小差值的一種微差測(cè)量法。例如，用游標(biāo)卡尺測(cè)量物體的尺寸等。實(shí)現(xiàn)符合測(cè)量法的原理有游標(biāo)原理、拍頻原理、干涉原理和閃頻原理等。

2.間接測(cè)量法

間接測(cè)量是通過(guò)對(duì)與被測(cè)量有函數(shù)關(guān)系的其他量的測(cè)量而通過(guò)計(jì)算得到被測(cè)量值的測(cè)量方法。例如，用伏安法測(cè)電阻，通過(guò)測(cè)量電阻器兩端的電壓和通過(guò)電阻器的電流，根據(jù)歐姆定律，可以計(jì)算出被測(cè)電阻器的電阻值。

該方法需要測(cè)量的量較多，測(cè)量過(guò)程復(fù)雜費(fèi)時(shí)，手續(xù)繁多，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，引起的誤差因素也較多；但如果對(duì)測(cè)量誤差進(jìn)行分析，并選擇和確定具體的優(yōu)化測(cè)量方法以及在比較理想的條件下進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度不一定低，有的甚至有較高的準(zhǔn)確度。所以，一般情況下盡量采用直接測(cè)量，只有在下列情況下才選擇間接測(cè)量：

①被測(cè)量不便于直接讀出；

②直接測(cè)量的條件不具備，如直接測(cè)量該量的儀器不夠準(zhǔn)確或沒(méi)有直接測(cè)量的儀器；

③間接測(cè)量的結(jié)果比直接測(cè)量更準(zhǔn)確。

3.組合測(cè)量法

在測(cè)量過(guò)程中，當(dāng)測(cè)量?jī)蓚€(gè)或兩個(gè)以上相關(guān)的未知數(shù)時(shí)，需要改變測(cè)量條件進(jìn)行多次測(cè)量，根據(jù)直接測(cè)量和間接測(cè)量的結(jié)果，解聯(lián)立方程組求出被測(cè)量，稱(chēng)為組合測(cè)量。例如，測(cè)量電阻R的溫度系數(shù)α和β，根據(jù)電阻器在溫度t時(shí)的電阻值與溫度系數(shù)的關(guān)系式，可先測(cè)出不同溫度下該電阻器的電阻值Rt1和Rt2，再通過(guò)求解下述聯(lián)立方程組求α 和β：

Rt1=R20[1+α（t1-20）+β（t1-20）2]

Rt2=R20[1+α（t2-20）+β（t2-20）2]

t22022

組合測(cè)量法實(shí)質(zhì)上仍然是一種間接測(cè)量法。組合測(cè)量法有兩個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：在準(zhǔn)確度要求相同的情況下，組合測(cè)量需要進(jìn)行的測(cè)量次數(shù)較少；系統(tǒng)誤差出現(xiàn)的規(guī)律變?yōu)殡S機(jī)性質(zhì)，因而可使測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度有所提高。組合測(cè)量的手續(xù)繁多，較花費(fèi)時(shí)間，但容易達(dá)到較高的精度，通常在實(shí)驗(yàn)室中使用。

測(cè)量方法的選擇與儀器的選擇同等重要，即使在同一種類(lèi)的測(cè)量方法中，仍有很多具體的測(cè)量方法。因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)，要根據(jù)具體情況選擇合適的測(cè)量方法。