電磁計量

電磁計量
電磁計量就是應(yīng)用電磁測量儀器、儀表和設(shè)備，采用相應(yīng)的方法對被測量進(jìn)行定量分析，研究的保證電磁量測量的統(tǒng)一和準(zhǔn)確的計量分支。主要研究內(nèi)容有：精密測定與電磁量有關(guān)的物理常數(shù)，確定電磁學(xué)單位制，按定義研究、復(fù)現(xiàn)和保存電磁學(xué)單位的計量基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)，研究電磁量的測量方法，研究進(jìn)行電磁量量值傳遞的標(biāo)準(zhǔn)量具和專用測量裝置，以及研究制定相應(yīng)的檢定系統(tǒng)、檢定規(guī)程、技術(shù)規(guī)范等技術(shù)法規(guī)。
電磁計量分為電學(xué)量計量和磁學(xué)量計量，根據(jù)米、千克、秒三個基本單位，基于量子基準(zhǔn)和絕對測量來建立電磁計量基準(zhǔn)，復(fù)現(xiàn)電磁計量單位。電磁計量基準(zhǔn)包括電壓、電流、電阻、電容(或電感)、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁通和磁矩。
電磁計量的主要內(nèi)容包括：
①        電磁基本量，如電壓、電流、電阻、電能(電功率)、電感、電容、磁通、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁矩等；
②        電磁測量儀器與儀表，如電壓表、電阻表、電能表、電橋、電位差計、數(shù)字多用表、電源、場強(qiáng)計、磁通表、特斯拉計等模擬或數(shù)字式儀器儀表；
③        比率標(biāo)準(zhǔn)與儀器，如分壓器、分流器、電壓互感器、電流互感器、感應(yīng)分壓器等；
④        材料電磁特性，如電導(dǎo)率、體電阻、絕緣強(qiáng)度、介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)、磁化率、飽和磁矩等；
⑤        波形，如頻率、相位、功率因數(shù)等。
此外，非電量的電測量及靜電、電氣和環(huán)境安全等電磁干擾參數(shù)也是電磁計量的重要內(nèi)容。
按工作頻率電磁計量分直流計量和交流計量，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁計量從直流、低頻段逐步發(fā)展到高頻、微波、毫米波、亞毫米波。世界上不少國家已將以電子學(xué)領(lǐng)域中電磁量為對象的計量分離出來，成為計量學(xué)的另一分支——電子計量。
    電磁計量在計量領(lǐng)域有其獨特的優(yōu)點：電磁量可以直接進(jìn)行檢測；電磁計量測試所采用的測量方法具有較高的準(zhǔn)確度和靈敏度；電磁信號便于處理和傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)快速測量、連續(xù)測量、連續(xù)記錄和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；另外，電磁量還可以離開被測對象一定距離，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離的遙測等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代計量的各個領(lǐng)域，如長度、熱工、力學(xué)、光學(xué)、電離輻射、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等，都借助于各種傳感器把被測量變換成電磁信號進(jìn)行處理。日前將非電量變換成對應(yīng)的電量進(jìn)行測量已是計量技術(shù)的一種普遍現(xiàn)象。電磁計量技術(shù)中的各種概念和方法也被其他學(xué)科所借鑒。電磁計量已成為整個計量科學(xué)的重要基礎(chǔ)。

電磁計量單位
計量是一個測量比較的過程，為了確定測量結(jié)果，必須有計量單位。每一個物理量都可以被表示為一個純數(shù)與一個單位的乘積，即要把一個物理量完整地表示出來，必須要有它的數(shù)值和單位。單位是一個選定的參考量，所有同類物理量都可以用它來表示。所選單位不同，測量結(jié)果的數(shù)值也不相同。
    因為各個物理量之間并不是相互獨立的，而是由許多物理定義和物理規(guī)律把它們聯(lián)系起來的。這樣，只要人們規(guī)定了少數(shù)幾個物理量的單位，其他物理量的單位就可以根據(jù)定義或物理規(guī)律推導(dǎo)出來。獨立定義的單位叫做基本單位，所對應(yīng)的物理量叫基本量。由基本單位導(dǎo)出的單位叫做導(dǎo)出單位，對應(yīng)的物理量叫導(dǎo)出量。
  
一、        與電磁學(xué)有關(guān)的國際單位制基本單位

    1875年國際上簽署的“米制公約”成為現(xiàn)在大部分國家使用的計量單位和標(biāo)準(zhǔn)基本上一致的基礎(chǔ)。按照米制公約，參加的國家承認(rèn)了米制。1960年國際計量大會正式通過了一種通用的適合一切計量領(lǐng)域的單位制，叫做國際單位制，用符號“SI”表示。我們知道國際單位制含有七個基本單位，其中與電磁學(xué)有關(guān)的有四個，即長度單位(m)、質(zhì)量單位(kg)、時間單位(s)和電流單位(A)，其定義如下：
    長度單位——米(m)  米等于光在真空中299 792 458分之一秒內(nèi)所經(jīng)過的路徑的長度。
    質(zhì)量單位——千克(kg)  千克是質(zhì)量的單位，它等于國際千克原器的質(zhì)量。
    時間單位——秒(s)  秒是銫133原子基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9 192 631 770個周期的持續(xù)時間。
    電流單位——安[培](A)  安[培]是一恒定電流，若1安[培]電流保持在處于真空中相距1米的兩根無限長的、圓截面小到可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi)，則此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力在每米長度上等于2×10-7牛[頓]。

二、由基本單位導(dǎo)出的電磁學(xué)單位

    SI的電磁學(xué)單位是按有理化絕對實用安培制定義的，它以SI的前四個基本單位米、千克、秒和安[培]為基礎(chǔ)，導(dǎo)出伏[特]、歐[姆]等電磁學(xué)單位。常用的電磁學(xué)SI導(dǎo)出單位如表1—2—1所示。
表1—2—1  常用電磁學(xué)SI導(dǎo)出單位
物理量        定義方程式        單位名稱        中文表示        單位符號        物理量量綱        單位量綱
電量        Q=It        庫[侖]        庫        C        TI        sA
電荷面密度        σ=Q/s        庫[侖]每平方米        庫/米2        C/m2        L-2TI         m-2sA
電荷體密度        θ=Q/V        庫[侖]每立方米        庫/米3        C/m3        L-3TI         m-3sA
電勢        U=W/Q        伏[特]        伏        V        L2MT-3I-1        m2kgs-3A-1
電容        C=Q/U        法[拉]        法        F        L-2M-3T-4I2        m-2kg-3s-4A2
電阻        R=U/I        歐[姆]        歐        Ω        L2MT-3I-2        m2kgs-3A-2
電阻率        ρ=SR/L        歐[姆]米        歐?米        Ω?m        L3MT-3I-2        m3kgs-3A-2
電導(dǎo)        G=1/R        西[子]        西        S        L-2M-1T3I2        m-2kg-1s3A2
電導(dǎo)率        γ=1/ρ        西子]每米        西/米        S/m        L-3M-1T3I2        m-3kg-1s3A2
電場強(qiáng)度        E=U/d        伏[特]每米        伏/米        V/m        LMT-3I-1        Mkgs-2A-1
介電常數(shù)        ε=dC/S        法[拉]每米        法/米        F/m        L-3M-1T4I2        m-3kg-1s4A2
電位移        D=εE        庫[侖]每平方米        庫/米2        C/m2        L-2TI        m-2sA
磁通        dφ=Edt        韋[伯]        韋        Wb        L2MT-2I-1        m2kgs-2A-1
磁通密度        B=φ/S        特[斯拉]        特        T        MT-2I-1        kgs-2A-1
磁場強(qiáng)度        H=I/2πr        安[培]每米        安/米        A/m        L-1I        m-1A
電感        L=φ/I        亨[利]        亨        H        L2MT-2I-2        m2kgs-2A-2
磁導(dǎo)率        μ＝B/H        亨[利]每米        亨/米        H/m        LMT-2I-2        mkgs-2A-2
    各單位的定義如下：
    力的單位——牛[頓](N)  是使l千克質(zhì)量產(chǎn)生1米每秒加速度的力。
    能量單位——焦[耳](J)  是1牛[頓]的力在l米距離上的所做的功。
    功率單位——瓦[特](W)  是以1焦[耳]每秒的速率做功所需的功率。
    電壓單位——伏[特](V)  是當(dāng)流過1安[培]恒定電流的導(dǎo)線上兩點之所消耗的功率為l瓦[特]時，這兩點之間的電位差即為1伏[特)。
    電阻單位——歐[姆](f1)  是當(dāng)一導(dǎo)體的兩點之間加l伏[特]的恒定電位差時，在導(dǎo)體中產(chǎn)生1安[培]電流，而且導(dǎo)體中不存在任何電動勢，則導(dǎo)體這兩點之間的電阻為1歐[姆]。
    電量單位——庫[侖](C)  是1安[培]電流在1秒之內(nèi)所運送的電量。
電容單位——法[拉](F)  是當(dāng)一電容器充1庫[侖]電量，它的兩極板之間出現(xiàn)l伏[特]電位差時，該電容器的電容量即為1法[拉]。
電感單位——亨[利]（H） 是指一無源回路的電感，當(dāng)流過該電路的電流以每秒1安[培]的速度均勻變化時，在電路中產(chǎn)生1伏[特]的電動勢。
磁通單位——韋[伯]（Wb） 是一匝環(huán)路交鏈的磁通量，如果使它在1秒內(nèi)均勻地減小為零，則在環(huán)路中產(chǎn)生1伏[特]的電動勢。

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