測量儀器

學者和航海者都十分清楚，如果能在海面上準確測量出天體的位置，那麼海員們便可以比較肯定地知道他們所在的緯度。要做到這一點，需要的是精密的測量儀器。

托勒密曾經描繪過星盤（又叫測星儀）。體積大些的星盤用在天文台里，體積小的用在船上。星盤的使用需要三個人合作——一個人抓住星盤上的拇指環，一個人瞄準，另外一個人讀出錶盤上的結果。當船晃動得比較劇烈時，得出的結果自然也就不是很準確。只要可能，海員們就會上岸測量。

古代的天文學家使用十字標尺來測量星星的緯度，後來水手們也把它應用於航海中。這件儀器由一根標尺和一個十字形尺組成，十字形尺較低的一端置於水平位置。沿著標尺觀察天體的同時，滑動十字形尺直到它在你的視野里接觸到觀察物（太陽或星星），然後讀出標尺上的度數。這種儀器只需一個人便可以操作。

星盤和十字標尺都需要觀察者直接觀察太陽。晴天，過強的光線會使觀測無法進行。為了解決這個問題，英格蘭船長、航海家約翰·戴維斯發明了背標尺。它由一根標尺和一根可以滑動的橫木製成。觀察者觀測時先背朝太陽，然後滑動橫木直到它在前方的小盤裡投下陰影。通過這種方法，觀察者可以觀測地平線。

約翰·戴維斯還在一位來自劍橋的數學家愛德華·萊特的幫助下發明了象限儀。這件儀器的橫木上有一隻目鏡，通過目鏡，觀察者可以觀測地平線和被反射的太陽。

克洛伊希克的水文地理學家皮埃爾·布哥爾對象限儀做了進一步改進，改進后的象限儀使觀察者通過目鏡能看到太陽落在地平線上。

在英格蘭的約翰·哈德雷發明了八分儀，並於1732年首次試用。它由一部反射望遠鏡和一架酒精水準器組成。這件儀器比以前海上用過的其它任何儀器都要更加精確。

測量儀器的概念其基本內容包括：精度、誤差、測量標準器材、長度測量、角度測量、形狀測量、傳統光學儀器。在精密測量上的應用等等。

測量儀器有接觸試和光學試測量兩種（現在用的最多）接觸試：一般測量工具和3D測量工具（三坐標測量機又叫三次元）三坐標測量機又叫三次元，它可以測量很多複雜的空間尺寸：如模具和汽車產品。

電子測量儀器具有獨特的關聯戰略性產業，它自身的發展好壞，對整個國民經濟特別是電子信息產業的發展有著十分明顯的影響。我國的電子測量儀器市場龐大，需求量大，電子測量儀器對電子信息產業的發展起到至關重要的作用。

國內電子計測技術及電子測量儀器的發展迅速，遍及各行各業，第一、電子計測技術基礎理論研究：新的測試理論和方法研究、人工智慧理論研究、頻率基溯源與標準器獲得方法研究、新型測控匯流排及系統結構研究、測量與儀器標準的研究與制定等都是今後在理論研究方面的重點。第二、電子計測技術的發展：發展較快的技術有先進測控匯流排技術、數字信號處理新技術、綜合測試與故障診斷新技術、光頻標和精密時頻測試新技術等。第三、二類重要電子測量儀器：矢量網路分析儀的一個重要發展方向是構建以矢量網路分析儀為核心的自動測量技術和自動測試系統；另外，矢量網路分析儀已走出傳統的線性網路的應用領域，而在非線性、大功率網路的測試和分析中發揮著重要作用。調製域分析儀器是當今唯一能直接對通信傳輸中隨時間而變化的晃動進行精確測量的技術，尤其是在軍事電子測試領域更有其重要的意義。第四、電子測量儀器現代生產技術的發展：儀器產品的設計和生產水平是衡量一個國家科技工業基礎和工業能力的重要標誌，貫穿於整個產品生產的全過程和全壽命周期中。今後在儀器儀錶生產技術的研究中要注意解決好產品設計和過程監管模式問題，研究新型的儀用器件，研製高精度和高質量的儀器儀錶專用元器件、零部件和整機的質量檢驗設備，研究虛擬試驗驗證和工程化驗證技術，研究先進的生產工藝和流程，研究穩定性、可靠性、可維護性和可測性新的評估方法，以及產品的標準化認證體制。第五、電子測量儀器綜合測試系統：綜合測試應將研究的重點放在綜合測試系統的體系優化研究，測控系統的統一性和整體性技術研究，感測器信息處理和多感測器數據融合技術研究，大區域現場測試的分散式網路互聯、觸發、同步等技術研究，以及基於合成儀器與系統的可重構測控系統技術研究等多個方面。

中國電子測量儀器目前處於新中國成立以來第二次發展機遇。主要源於中國經濟的發展，中國經濟出現了兩個變化：一是產業要升級，二是產業要自主創新。一個產業從原材料的選定、生產過程的監控、產品的測試、行業運營都需要電子測量儀器完成，因此電子測量儀器肩負著其它產業升級、自主創新的歷史使命。

二次元又稱影像儀，影像測量儀，二維影像測量儀等，自動影像測量儀。

手動影像

手動影像測量儀依靠人工操作控制測量平台的X、Y軸的移動，來獲取被測物體的光學影像，通過光學顯微鏡將其放大，經過CCD攝像系統將放大后的物體影像送入計算機后，能高效地檢測各種複雜工件的輪廓和表面形狀尺寸、角度及位置，進而讀取出需要的幾何量尺寸。

自動影像

自動影像測量儀是在手動影像測量儀基礎上，改人工控制為電腦系統控制X、Y、Z軸的移動，在選取被測物體的輪廓、角度等幾何量時，更為精確和方便快捷。目前已經成為國內使用最廣泛的影像測量儀種類，並有取代手動影像測量儀的趨勢。

對於測量儀器的學習要求，不僅要了解了基本測繪工作地全過程，更要系統地掌握了測量儀器操作、數據處理、施工放樣等基本技能。測量要求認真、仔細、精確、嚴謹，很小的錯誤也會在工程中造成很嚴重的後果，所以在測量工作中我們都必須要有認真嚴謹的態度和吃苦耐勞的精神。

三坐標測量儀依操作方式分類有手動、馬達驅動和CNC等三種型式。

手動式

操作者用手握住主軸使其沿著軸移動。測量時，需注意探頭與工件間測量壓力、及探頭移動因加速度所造成軸產生彎曲導致測量誤差。

馬達驅動式

馬達驅動式三坐標測量儀一般可由遊戲桿控制。它具有高測量精度、容易操作、且提供教導式測量等優點。

CNC式

CNC式三坐標測量儀除了具有馬達驅動式的功能之外，還可自動依照計算機所預先設定的程序執行測量，甚至有些廠商出品的三坐標測量儀，也提供了自動裝拆工件。CNC式三坐標測量儀除提供尺寸測量（點到點的測量）外，也可作曲面的輪廓測量（點到點的測量及掃瞄測量）。

光學試測量：可避免接觸試測量中產品的變形和一些接觸試測量無法完成的工作，產品有：二次元，三維激光抄數機等。

根據長度測量的基本內容可以知道，長度計量就是要將測量值同被測量的真值進行對比，並將對比的結果作為被測量對象的量值來進行實驗的一個過程。通常而言在具體長度測量中，操作的基礎是被測量物的基面，主要是由點和線共同構成的。因此在具體的長度測量實踐中，第一件事情就是要明確測量的基面，只有在做好基面工作的基礎上才能進行它同另一面距離的測量。接下來需要考慮的就是測量工件如何完成定位的問題，要保證工件的位置能夠很好的完成測量，不能增加測量的難度，要在最簡單的方式下提高測量的精準度。對於測量基面的選擇，必須要嚴格依照相關原則，確保設計和工藝，以及測量和裝配等基面的高度一致。但是在具體的實踐操作中，由於各種不穩定因素的影響，工藝基面同設計基面常常會出現不一致的現象，這也就造成了測量基面的變化。與此同時，為了進一步提高長度量值之間的準度，還要在健全長度基準的同時，建立各式各樣的標準器，其中下一級別的標準器精度是要低於上一級的，所以在數量上下一級別的標準器是要遠多於上一級標準器的。藉助這種逐級對比的形式，就可以將標準器所呈現的單位量值進行由上到下的輸送，並最終將其應用到長度儀器和計量器具中。

在長度計量儀器測量的誤差中，通常會以下面幾種方式來進行表示。其中一種方式就是藉助量值來表示，之後再用最終測量得到的量值來表示同實際值中間出現的誤差。另外一種表示方式就是比值，其實就是將絕對誤差值同實際值進行比的一種方法，因此通過這種方式表示出來的誤差又可以被叫做相對誤差。比如我們在測量長度的實際操作中，使用的是激光干涉儀器，那麼最大的相對誤差值應該是千萬分之一。除此之外當測量的條件已經被明確規定的時候，一米長度的測量誤差是需要不小於零點一微米的。除了上述兩種表示方法之外，還有一種就是精度。在長度計量儀器測量誤差中，精度的叫法其實是一種簡稱，它是將最後的測量結果同被測量的真值進行比較，並根據對比程度以及準確度來進行表示的，也可以理解為是測量結果相對於被測量長度值的偏離程度，因此這種方式其實是將測量的正確度和精準度結合到了一起，所以也被成為精度。在長度計量儀器測量過程中，如果系統的誤差已經做了調整，那麼就需要通過使用不確定度來替代精確度進行表示。其中不確定度指的是由於測量誤差的存在，而對被測量值不能進行肯定的程度，相反的也可以用它來表示測量結果的可信程度。作為測量結果的一個重要指標，不確定度越小，那麼測量結果同被測量真值是越一致的，而不確定度越大，那麼測量結果的可信程度就越低。

1）溫度

一般情況下在進行長度計量的時候，要想達到量值統一的測量目的，就必須要保證測量工件的溫度符合國際標準溫度20℃的規定，以此來來減少由於測量工件不符合溫度要求而出現的測量誤差現象。因此為了進一步提高長度計量儀器的測量精準度，減少由於溫度的誤差而造成的測量偏差，就需要加強對造成工件溫度誤差原因的分析和探究。為了降低溫度上的誤差，在用長度計量器進行測量時，要儘可能的使被測量物體和標準器的材料一致，以降低測量物體和標準器之間的線膨脹係數，進而降低測量的誤差，以確保溫度的一致，降低因為溫度上的誤差對長度計量儀器測量產生影響。

2）長度測量儀器的使用和保養

使用長度測量儀器進行測量的時候，如果使用方法不當會使測量結果產生誤差。比如在卧式測長儀中，需要用標準的環規和量塊附件組合成一個和被測環規大小一樣的尺寸，將其和被測環規進行比較測量。這種測量方式除了會產生尺寸測量儀器的誤差之外，還會產生對準誤差。導致測量存在誤差的影響因素有很多，比如檢測現場的亮度、襯度、測量儀器刻線的質量、對線的方式，以及測量人員的視力等等。另外，如果沒有對長度測量儀器進行正確的保養，會使測量儀的刻線以及精度產偏差，影響測量的結果。因此無論是在使用還是在存放過程中，都必須要對長度測量儀器進行良好的保養。

1）確保測量溫度具備穩定性

在進行實際測量的時候，需要儘可能降低甚至消除溫度對長度測量儀器所造成的影響，因此就需要選擇溫度合適的測量環境。另外，被測量物體的大小、材質，以及測量的精度都會對測量的結果產生影響。具體需要注意以下幾個方面：第一，要確保測量環境的穩定性。在進行實際測量的時候，對環境溫度穩定性的判定為一個小時內環境溫度變化的最大範圍。對長度測量儀器的測量來說，環境的溫度可以產生一些變化，但不能出現突然的變化，特別是對測量的精度要求很高的時候。必須要將溫度的變化控制在0.5℃之內。

想要實現良好的溫度控制，可以室內安裝恆溫裝置，以對溫度的變化及時了解，以做到在溫度出現突然變化的時候可能及時停止測量。同時，對於測量環境中的開關門次數也要進行控制，因為空氣的流動也會對溫度產生影響，導致測量出現誤差。另外還要將測量人員的溫度降低，減少測量人員身體溫度對周圍溫度的影響，以保證測量環境中溫度的穩定性，提升測量的精度，達到最大化降低誤差的效果。所以在進行測量的時候，測量人員減少大浮動運動，在降低自身溫度的同時，避免因為動作過大影響空氣的流動。第二，要確保工件和標準器溫度一致。被測量的工件要和標準器的溫度一致，同時要保證在特定的情況下，工件和標準器要保持等溫。因為只有這兩者的溫度一致，才能確保測量結果的準確性。因為每次測量的工件尺寸大小不同，所以在測量的時候，如果工件的尺寸大，那相應的溫度的偏差就要降低。相反，如果工件的尺寸小，那相應的測量溫度偏差可以適當提升，但絕對不能超過正常誤差的範圍。若是測量環境內的溫度偏差過大，那工件的尺寸就會產生很大的變化，而且還會對測量的精度產生一定的影響。所以，想要保證測量的精度，就必須要控制好測量環境的溫度變化。尤其是不要出現溫度的突然變化，因此在進行測量之前要先找好溫度適合的測量環境，最大化地降低突髮狀況的發生。

2）正確使用和保養

為了最大的延長長度計量儀器使用壽命和降低誤差，在進行測量的時候，必須要根據測量的規程測量，最大化地降低因為操作導致的測量誤差。同時，還要做好對長度計量儀器的保養工作，防止因為保養不當影響測量精度，造成測量結果出現誤差。在對長度計量儀器進行保養的時候，可以用白細布、白絨布以及長纖維脫脂棉等對其進行擦拭，輕拿輕放，保證其放置的穩定。如果不使用長度計量儀器，要在其使用完之後，在長度計量儀器的表面塗上一層防鏽油，避免因為潮濕等環境使其生鏽，降低因為外部影響，對其造成損壞。

隨著經濟的發展和人們對產品質量要求的提升，現代工件測量精度的提升逐漸成為一項重要的工作。想要更好地提升測量的精度，就要控制測量環境的溫度，降低環境溫度對測量結果的影響。同時還應該做好長度計量儀器的保養工作，保證刻線的精度。在進行測量的時候，要儘可能地降低各種因素對測量精度的影響，降低誤差，最大化地提高長度計量儀器的測量精準度。