第1.2节 测量技术的发展
1.2.1 利用物质本身的基本特性直接测量
指南针
指南针是用以判别方位的一种简单仪器。指南针的前身是中国古代四大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁针。磁针在地磁场作用下能保持在磁子午线的切线方向上。磁针的北极指向地理的南极,利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地测量、旅行及军事等方面。
指南针的发明是我国劳动人民,在长期的实践中对物体磁性认识的结果。由于生产劳动,人们接触了磁铁矿,开始了对磁性质的了解。人们首先发现了磁石引铁的性质。后来又发现了磁石的指向性。经过多方的实验和研究,终于发明了可以实用的指南针。
弹簧秤
弹簧具有受力后产生与外力相应的变形的特性。根据虎克定律,弹簧在弹性极限内的变形量与所受力的大小成正比。称重时,弹簧变形所产生的弹性力与被测物的重量(重力)相平衡,故从变形量的大小即可测得被测物的重量,进而确定其质量。
温度计
根据使用目的的不同,已设计制造出多种温度计。其设计的依据有:利用固体、液体、气体受温度的影响而热胀冷缩的现象;在定容条件下,气体(或蒸气压强因不同温度而变化;热辐射的影响)等。
一般地说,任何物质的任一物理属性,只要它随温度的改变而发生单调的、显著的变化,都可用来标志温度而制成温度计。
1.2.2 利用物理现象间接测量
日晷计时器
日晷是以太阳影子移动,对应于晷面上的刻度来计时。日晷不用说了,大家应该在北京故宫里和观象台上见过。
滴漏计时器
漏是以滴水为计时,是由四只盛水的铜壶组合,从上而下互相迭放。上三只底下有小孔,最下一只竖放一个箭形浮标,随滴水而水面升高,壶身上有刻度,以为计时。原一昼夜分100刻,因不能与十二个时辰整除,又先后改为96,108,120刻,到清代正式定为96刻;就这样,一个时辰等于八刻。一刻又分成三分,一个时辰(原文误为:一昼夜)共有二十四分,与二十四个节气相对。
它这里好像有问题啊,应该是一时辰有二十四分而不是一昼夜。
古代有12个时辰(子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥),这里的每一个时辰相当于现代的2个小时;而古代的一个时辰里面有八刻,和现代的一个小时里面有4刻是一样的,相当于现代的15分钟;古代的一刻又分成3分,也就是现代的5分钟。
以午时三刻为例:午时就是现代的11-13点,三刻就是45分钟,也就是11:45.如果是午时三刻一分就是11:50;这里的三分为一刻以前没怎么听说过,偶是按它说的计算的,也就是没有三分,因为达到三分就是一刻了。
古代时辰为
子;zǐ (晚上 11 时正至凌晨 1 时正) 鼠 鼠在这时间最活跃。 (一说为0:00~2:00,以此类推) 丑:chǒu (凌晨 1 时正至凌晨 3 时正) 牛 牛在这时候咀嚼白天没消化的食物 寅:yín (凌晨 3 时正至早上 5 时正) 虎 老虎在此时最猛。 卯:mǎo (早上 5 时正至早上 7 时正 )兔 月亮又称玉兔,在这段时间还在天上。 辰: chén (早上 7 时正至上午 9 时正) 龙 相传这是「群龙行雨」的时候 巳:sì (上午 9 时正至上午11时正) 蛇 在这时候隐蔽在草丛中 午:wǔ (上午11时正至下午 1 时正) 马 这时候太阳最猛烈,相传这时阳气达到极限,阴气将会产生,而马是阴类动物。 古代计时装置日晷
未:wèi ( 下午 1 时正至下午 3 时正 ) 羊 羊在这段时间吃草 申:shēn ( 下午 3 时正至下午 5 时正) 猴 猴子喜欢在这时候啼叫 酉:yǒu (下午 5 时正至晚上 7 时正) 鸡 鸡於傍晚开始归巢 戌:xū (晚上 7 时正至晚上 9 时正 ) 狗 狗开始守门口 亥:hài (晚上 9 时正至晚上 11 时正) 猪 夜深时分猪正在熟睡
感谢这位网友的指正。
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1.2.3 电测量技术的发展
热电特性——热电偶
热电偶的测温原理是基于热电效应。将两种不同的导体或半导体连接成闭合回路,当两个接点处的温度不同时,回路中将产生热电势,这种现象称为热电效应,又称为塞贝克效应。闭合回路中产生的热电势有两种电势组成;温差电势和接触电势。温差电势是指同一导体的两端因温度不同而产生的电势,不同的导体具有不同的电子密度,所以他们产生的电势也不相同,而接触电势顾名思义就是指两种不同的导体相接触时,因为他们的电子密度不同所以产生一定的电子扩散,当他们达到一定的平衡后所形成的电势,接触电势的大小取决于两种不同导体的材料性质以及他们接触点的温度。
电磁特性——指示仪表
电磁、磁电系仪表 利用永久磁铁使载流线圈偏转的仪表。它主要用于测量稳恒电流和电压,具有灵敏度高、精度高、功率消耗小、刻度均匀等优点。准确度可达0.1%。如配以整流元件或变换器,它还可以用于交流电参量和非电参量的测量,是一种使用范围很广的仪表。
数字式仪表
应用数字和模拟电子线路实现电学量的测量,并以数字显示测量结果的电工仪表。数字仪表是随电子技术的进步而发展起来的。第一台数字电压表于1952年问世,采用电子管电路控制继电器工作。后来,数字仪表又采用半导体电路。70年代以来随着集成电路的出现,较简单的数字式面板表、小型多用表中只用几块集成电路芯片。80年代已出现具有很高计量性能的微机化数字电表。
智能化仪表
微电子技术和计算机技术的不断发展,引起了仪表结构的根本性变革,以微型计算机(单片机)为主体,将计算机技术和检测技术有机结合,组成新一代“智能化仪表”,在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较,取得了巨大进展。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题,还能简化仪表电路,提高仪表的可靠性,更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。
这里需要注意的是:当数字式仪表和智能化仪表出现后,测量原理和测量方法也发生了一些改变,从过去的传统的纯模拟式测量方式转化到模拟-数字化的测量方式。以后还要进一步来说明这个差别的实质(留到数据采集部分来表述)。但它也不同于下面将要介绍的——基于计算机的测量方式。