计量培训：通用计量术语知识讲座

　　测量仪器在我国有关计量法律、法规或人们习惯上通常称为计量器具，计量器具是测量仪器的同义语，实际上一般统称为测量仪器。测量仪器在计量工作中具有相当重要的作用，全国量值的统一首先反映在测量仪器的准确和一致上，所以测量仪器是确保全国量值统一的重要手段，是计量部门加强监督管理的主要对象，也是计量部门提供计量保证的技术基础。   

　　一、测量仪器

　　按定义测量仪器是指“单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具”(见JJF1001-1998《通用计量术语及定义》6.1条，以下只简称条款)。测量仪器是用来测量并能得到被测对象确切量值的一种技术工具或装置。为了达到测量的预定要求，测量仪器必须是具有符合规范要求的计量学特性，能以规定的准确度复现、保存并传递计量单位量值。测量仪器的特点是:(1)用于测量；(2)目的是为了确定被测对象的量值；(3)本身是可以单独地或连同辅助设备一起的一种技术工具或装置。如体温计、水表、煤气表、直尺、度盘秤等均可以单独地用来完成某项测量，获得被测对象的量值；另一些测量仪器，如砝码、热电偶、标准电阻等，则需与其它测量仪器和(或)辅助设备一起使用才能完成测量，从而确定被测对象的量值。正确的理解测量仪器的概念，有利于科学合理地确定计量管理所包含的范围。任何物体和现象都可以反映其量值的大小，但并不都是测量仪器，判定主要是看其是否用于测量目的，是否能得到其被测量值的大小。如一台恒愠油槽或一台烘箱，它可以反映温度的量值，但它并不是测量仪器，因为它只是一种获得一定温度场的装置，它并不用于测量目的，而在恒温油槽和烘箱上控制用的温度计才是测量仪器。又如一组砝码，一个带有刻度的量杯，某一定值的标准物质，它们都反映了确切的量值，因为它们均用于测量目的，通过测量从而获得被测对象量值的大小，所以它们均为测量仪器。
　　测量仪器即计量器具是一个统称。如测量仪器按其计量学用途或在统一单位量值中的作用，可分为计量基准、计量标准和工作用计量器具；按其结构和功能特点，测量仪器包括实物量具、测量用仪器仪表、标准物质和测量系统(或装置)。也可以按输出形式、测量原理和方法、特定用途、准确度等级等特性进行分类。
　　目前与测量仪器类同的名词术语很多，必须正确区分其概念。如GB/T19001—1994(ISO9001:1994)质量体系——设计/开发、生产、安装和服务的质量保证模式标准中，就提出了检验、测量和试验设备；在GB/T19022.1—1994(idt ISO 10012—1:1992)测量设备的计量确认体系标准中提出了测量设备一词；而在2000版的ISO/DIS 9001标准中又提出了测量设备和测量和监控装置名词。我个人理解认为:检验、测量、试验设备是有区别的；检验设备主要用以判定是否合格；测量设备主要用于确定其被测对象值的大小，试验设备主要用以确定某特性值或其性能如何，检验、测量设备主要是指测量仪器，而试验设备有的可能不是测量仪器，如振动试验台就是，温度环境试验装置就不是。测量装置就是测量仪器，而监控装置是指生产过程中的监视控制设备，有的属测量仪器，有的控制设备则不属测量仪器。
　　JJG1001—1998《通用计量术语及定义》规范中，列入了“测量设备”术语。测量设备是指“测量仪器、测量标准、参考物质、辅助设备以及进行测量所必须的资料的总称”(6.6条)。它是从推行ISO9000标准中，从ISO10012—1标准中引用过来的，它不仅包含上述内容，同时还包括试验和检验过程中使用的，也包括校准(检定)中使用的测量设备。可见它并不是指某台或某类设备，而是对测量所包括的硬件和软件的统称。这一定义有以下几个特点:
    1.概念的广义性。测量设备不仅包含一般的测量仪器，而且包含了各等级的测量标准，各类标准物质和实物量具，还包含和测量设备连接的各种辅助设备，以及进行测量所必须的资料和软件。从定义上看测量设备包括了检验设备和试验设备。定义的广义性是从ISO9000标准的生产全过程实施质量控制所决定的。
　　2.内容的扩展性。测量设备不仅仅只指测量仪器本身，而又扩大到辅助设备，因为有关的辅助设备将直接影响测量的准确可靠性。这里主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备，也包括作为检验手段用的工具、工装、定位器、模具等试验硬件或软件。可见作为测量设备的辅助设备对保证测量的统一和准确十分重要。
　　3.测量设备不仅包括硬件、软件，还包括“进行测量所必须的资料”。这是指设备使用说明书、作业指导书及有关测量程序文件等软件，当然也包括一些测量仪器本身所属的测量软盘，没有这些资料也不能给出准确可靠的数据，同样应视为是测量设备的组成部分。
　　测量设备是一个统称，提出测量设备这一术语，来源于ISO10012—1标准，是为了对测量设备进行控制，对测量过程控制对象确定了一个范围，是实施计量确认体系和质量管理的重要内容。从上可见，测量设备的概念要大于测量仪器的范围，测量仪器主要指仪器本身而言。
　　通常把“组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备”(6.5条)称为测量系统。这里所指的全套测量仪器包括各种测量仪器、实物量具或标准物质，其它设备包括电源、稳压器、指示仪器、开关线路及辅助设备。如测量半导体材料电导率装置、光学高温计检定装置、磁性材料磁特性测量装置，建立测量系统(或装备)的目的是为了便于操作，提高可靠性和工作效率，减少其影响量的影响和提高测量的准确度。测量系统可以组装，也可以随时拆卸，形成固定安装的测量系统则通常称为测量装备。结合我国情况，通常对小型的测量装备称为测量装置，大型的称为测量装备。要注意这里所指的测量装置和2000版ISO 9001标准所指的测量装置是有差异的，这里所指的是组装起来固定安装的小型测量系统，而ISO 9001标准所指的测量装置就是指广义的测量仪器或测量设备而言。   

　　二、实物量具

　　实物量具是指“使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具”(6.2条)。
　　实物量具的主要特性是能复现或提供某个量的已知量值。这里所说的固定形态应理解为量具是一种实物，它应具有恒定的物理化学状态，以保证在使用时量具能确定地复现并保持已知量值，获得已知量值的方式可以是复现的也可以是提供的，如砝码是量具，它本身的已知值就是复现了一个质量单位量值的实物，如信号发生器它是一种量具，但它本身只是一种提供多个已知量值作为供给量的输出。定义中的已知值应理解为其测量单位、数值及其不确定度均为已知。可见实物量具的特点是:(1)本身直接复现或提供了单位量值，即实物量具的示值就是单位量值的实际大小，如量块、线纹尺它本身就复现了长度量的单位；(2)在结构上一般没有测量机构，如砝码、标准电阻只是复现单位量值的一个实物；(3)由于没有测量机构，在一般情况下，如不依赖其它配用的测量仪器，就不能直接测量出被测量值，如砝码要用天平，如量块要配用干涉仪、光学计。因此实物量具往往是一种被动式测量仪器。
　　量具按其复现或提供的量值看，可以分为单值量具，如量块、标准电池、砝码等不带标尺；多值量具，如线纹尺、电阻箱等带有标尺；多值量具也包含成套量具，如砝码组、量块组等。量具从工作方式可分为从属量具和独立量具，必须借助其它测量仪器才能进行测量的量具，称为从属量具，如砝码，只有借助天平或质量比较仪才能进行质量的测量；不必借助其他测量仪器即可进行测量的称为独立量具，如尺子、量器等。
　　必须注意实物量具和一般测量仪器的区别，量具本身复现或提供的是已知量值即给定量就是其量值的实际大小，而一般测量仪器所指示的量值往往是一种等效信息，如体温计所指示的温度自身并不能提供一个实际温度值，而只是一种等效信息。可见千分尺、游标卡尺、百分表，虽然社会上习惯称之为“通用量具”，但按定义它们并不是量具。标准物质即参考物质按定义均属于测量仪器中的实物量具。   

　　三、测量传感器、敏感器、检测器

　　测量传感器是指“提供与输入量有确定关系的输出量的器件”(6.3条)。
　　测量传感器的作用就是将输入量按照确定的对应关系变换成易测量或处理的另一种量，或大小适当的同一种量再进行输出。有的量直接同它们的标准量比较是相当困难的，则可以将被测量即输入量变换成其它量，如电流、电压、电阻等易测的电学量，或大小不同的同种量，如大电流变换成小电流，从而输出得到被测量值，以得到准确的测量，这种器件就是测量传感器。通常传感器的特点，应是器件直接作用于被测量，即器件的输入量就是被测量值。如热电偶、电流互感器、应变计中的应变片、酸度计中的pH电极等，热电偶输入量值为温度，但它转变为热电动势即毫伏值，利用温度与其热电动势的对应关系，从而从温度指示仪或电子电位差计上得到被测量的温度值，热电偶就是一种测温的传感器。
　　敏感器通常称为敏感元件，它是指“测量仪器或测量链中直接受被测量作用的元件”(6.15条)。敏感元件是直接受被测量作用，能接受被测量信息的一个元件。例如热电高温计中热电偶的测量结(热端)，涡轮流量计的转子，压力表的波登管，液面测量仪的浮子，光谱光度计的光电池，双金属温度计的双金属片等。其特点是，它不仅能直接受被测量作用，同时又是一个元器件，能接受其信息的大小。它是测量仪器或测量链中输入信号的直接接受者，可以是一种元件也可以是一种器件。
　　检测器是指“用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质”(6.17条)。
　　检测器的用途是为了指示某个现象是否存在，即反映该现象的某特定量是否存在，或者是为了确定该特定量是否达到了某一规定的阈值的测量仪器。检测器并不是与被测量值无关，其测量的信息结果是由被测量值决定的，并且具有一定的准确度，其特点是不必提供具体量值的大小。例如检测制冷装置其制冷剂是否泄漏的卤素检漏仪，在化学反应中应用的化学试纸，为了检测是否有测量讯号而使用的示波器，为了检测信号接近零值程度的零位检测器或指零仪，在电离辐射中为了确定辐射水平阈值用的给出声和光讯号的个人剂量计等。
　　这里必须要注意测量传感器、敏感器、检测器的区别，这三者的概念是不同的。
　　传感器是提供与输入量有确定关系的输出量的器件；敏感器是测量仪器或测量链中直接受被测量作用的元件；检测器是用于指示某个现象的存在而不必提供有关量值的器件或物质。例如热电偶是测量传感器，但它并不是敏感器，因为只有热电偶的测量结(热端)直接处于被测量温度中，测量结才是敏感器。又如电阻温度计中的工业热电阻，它是测量传感器，但实际测温中虽然把热电阻的感温元件均处于被测量温度中，此时热电阻的感温元件就是敏感器，而不是测量传感器，因为它还有导线连接，可以进行输出，所以敏感器只能说是传感器直接受被测量作用的那一部分，这二者是有区别的。另外相对于检测器而言，也具有不同的概念。检测器是用以确定被测量值阈值的测量仪器，如卤素检漏仪，当然它不是一个敏感元件。但有的检测器直接作用于被测量，又能够随着输入量而达到输出，这时就是一种测量传感器。有的检测器它本身就是直接作用于被测量从而确定其阈值，如化学试纸，即这种检测器当然就属于一种敏感器了，故该术语定义注中说明，“在某些领域中，用术语检测器来表示此概念”，即有的敏感器，它能够直接确定其被测量阈值，则也可以称为检测器。    [page_break]

　　四、测量仪器的分类

　　测量仪器可以按计量学用途或其功能特点或其准确度高低进行分类，但测量仪器通常按结构、原理、使用特点可分为以下各类:

　　1.显示式测量仪器(即指示式测量仪器)
　　是指“显示示值的测量仪器(6.7条)”。这是按测量仪器示值给出的形式来进行分类。这类仪器均具有显示装置，显示装置的显示可以是模拟的或数字的或半数字的，也可以单个量值进行显示，也可以多个量值进行显示。例如模拟式电压表、压力表、千分尺、数字式频率计、数字式电压表、数字式电子秤，都属于显示式测量仪器。如温度指示仪器也可以单点或多点进行测温。模拟式指示仪器大多可以连续读取示值，但有时也可以是非连续的，如带有0℃示值标尺的测量范围为25℃～50℃、最小分度值为0.05℃的一等标准水银温度计，其示值就是不连续的。有的指示装置也可以有半数字的，即主要以数字显示，而其最小示值为了提高其读数准确度又采用模拟式指示，如单相电能表。注意不要将单纯的指示装置、指示器、显示器等与显示式测量仪器相混淆。显示式测量仪器和指示式测量仪器二者为同义语，但实质上显示仪器是广义的，而指示仪器则是其中一种形式，即通常指带有指示装置指示器来进行显示。

　　2.记录式测量仪器
　　是指“提供示值记录的测量仪器”(6.8条)。这种分类是相对显示式测量仪器而言，这类测量仪它能将被测量值的示值记录下来。给出的记录可以是模拟的(连续或断续线条)，也可以是数字的；记录也可以是一个量或多个量的值。如温度记录仪、气压记录仪、记录式光谱仪等，如温度记录仪可以单点记录也可以多点打印记录。这类测量仪器具有记录器，记录器把被测量值记录到媒质上，记录媒质可以是带状、盘状、片状或其他形状的记录，也可以是磁带、磁盘等存储器，有时数字式测量仪器也可通过接口配以打印机、记录仪进行记录。绝大多数记录测量仪它具有显示功能，当然其主要的功能是记录，所以在名词定义的注1和注2中均在“记录”后加上(显示)，故记录式仪器也可带有指示装置显示示值。

　　3.累计式测量仪器
　　是指“通过对来自一个或多个源中，同时或依次得到的被测量的部分值求和，以确定被测量值的测量仪器”(6.9条)。它是指为了获得被测量在一段时间间隔内的累计值即被测量值求和的测量仪器，这是从测量仪器的使用功能上来进行分类的。有些情况下，测量的目的不是为了获得被测量的瞬时值，如需要称量在一段时间内皮带传送的散装物料的总重量，或一列货车所载货物的总重量等。通常测量仪器的示值所反映的是被测量的瞬时值，因此，为了给出累计就必须使测量仪器增加一个累计的功能，这个功能由累计器来实现，如累计式皮带秤，就是通过累计器根据称重和位移传感器提供的信息，对皮带测量段上每次称得的各分量负荷进行累加求和，并通过累计指示器将累计值显示出来。电子轨道衡就是一种累计式测量仪器。
　　有时，提供分量量值的被测量源不止一个，例如一个发电厂有若干台发电机在工作，电功率并联在一起输出，需要知道每时每刻输出的总功率，为此目的所使用的总和电功率表也是一种累计式测量仪器。又如水泥厂配料用的累加式皮带秤，几种矿物原料需按重量比例输送和称重，这时被测量源就不止一个，需要同时被累计或依次从不同的源得到被测量的分量量值，这种皮带秤也是一种累计式测量仪器。这类仪器的特点是增加了累计功能。

　　4.积分式测量仪器
　　是指“通过一个量对另一个量积分，以确定被测量值的测量仪器”(6.10条)。有些被测量按其定义或实际性质本来就是一个积分量，例如家庭用的电能表，就是两次付费时刻之间的一段时间内，所耗用的电功率是多少，家用电能表中的积分机构能随时将所用电能的量积算出来，并通过数字指示装置加以显示。又如皮革面积的测量，将皮革摊平在平面上，实际上就是要测量其轮廓线所围的平面面积，因此也很自然是一个积分量。所以家用电能表和皮革面积测量仪都是积分式测量仪器。

　　5.模拟式测量仪器(即模拟式指示仪器)
　　是指“其输出或显示为被测量或输入信号连续函数的测量仪器”(6.11条)。这是从测量仪器输出或显示的形式来分类。即测量仪器的输出或显示为被测量的量值或为输入信号相对应的连续函数值。通常遇到的被测量，如长度、角度、温度、质量、力、电流、电压等，均被看作是可以无限细分的连续量，因此，在一定条件下，任何两个这种量之间均可以建立起数值上的对应关系即函数关系，这就是输出量是输入量的一种模拟信号的关系。例如用热电偶测温，热电偶作为测温传感器将被测对象的温度值(非电量)变换为相应的热电动势(电量)，这二者之间具有对应的函数关系，然后通过配套的动圈式显示仪表，将其输出转化为被测量连续函数的表针的偏转角度，从而指示出被测量温度的大小。又如玻璃水银温度计，其输出是作为被测量温度值连续函数的水银柱高度(长度)量值。这些都称为模拟式测量仪器。
　　应该注意到，模拟式测量仪器这一术语仅就输出或显示的表现形式而言，而与测量仪器的工作原理无关。模拟式测量仪器，有的可以显示或输出被测量值，有的则可以用指示器指示某一个被测量值，故定义采用了模拟式测量仪器和模拟式指示仪器两个同义的名词术语。

　　6.数字式测量仪器(即数字式指示仪器)
　　是指“提供数字化输出或显示的测量仪器”(6.12条)。这是从测量仪器输出或显示的不同形式来分类的。只要其输出或显示是以十进数字自动显示的，则就是数字式测量仪器，而它与仪器的工作原理无关。例如通常使用的数字电压表、数字电流表、数字功率表、数字频率计等，尤其是数字电压表，使用更为广泛，如一台应用称重传感器的地秤，配用的输出显示仪表是数字式电压表，则该地秤就是数字式测量仪器。数字式温度计大多也以频率、电压、电阻等为感温信号，通过模—数(A/D)转换电路，以数字形式显示测温结果。数字式测量仪器具有准确度高、灵敏度高、重复性好、测量速度快、抗干扰能力强，可同时测量多种参数，同时可以打印记录，特别是便于与计算机相联接以进行自动化测量和控制等一系列优点。数字式测量仪器可以提供数字化显示或输出，也可以用指示器进行指示，故采用了数字式测量仪器和数字式指示仪器的两个名称，其实质是同义的。