電磁計量

電磁計量
電磁計量就是應用電磁測量儀器、儀表和設備，采用相應的方法對被測量進行定量分析，研究的保證電磁量測量的統一和準確的計量分支。主要研究內容有：精密測定與電磁量有關的物理常數，確定電磁學單位制，按定義研究、復現和保存電磁學單位的計量基準和標準，研究電磁量的測量方法，研究進行電磁量量值傳遞的標準量具和專用測量裝置，以及研究制定相應的檢定系統、檢定規程、技術規范等技術法規。
電磁計量分為電學量計量和磁學量計量，根據米、千克、秒三個基本單位，基于量子基準和絕對測量來建立電磁計量基準，復現電磁計量單位。電磁計量基準包括電壓、電流、電阻、電容(或電感)、磁感應強度、磁通和磁矩。
電磁計量的主要內容包括：
①        電磁基本量，如電壓、電流、電阻、電能(電功率)、電感、電容、磁通、磁感應強度、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、數字多用表、電源、場強計、磁通表、特斯拉計等模擬或數字式儀器儀表；
③        比率標準與儀器，如分壓器、分流器、電壓互感器、電流互感器、感應分壓器等；
④        材料電磁特性，如電導率、體電阻、絕緣強度、介電常數、介質損耗因數、磁化率、飽和磁矩等；
⑤        波形，如頻率、相位、功率因數等。
此外，非電量的電測量及靜電、電氣和環境安全等電磁干擾參數也是電磁計量的重要內容。
按工作頻率電磁計量分直流計量和交流計量，隨著科學技術的發展，電磁計量從直流、低頻段逐步發展到高頻、微波、毫米波、亞毫米波。世界上不少國家已將以電子學領域中電磁量為對象的計量分離出來，成為計量學的另一分支——電子計量。
    電磁計量在計量領域有其獨特的優點：電磁量可以直接進行檢測；電磁計量測試所采用的測量方法具有較高的準確度和靈敏度；電磁信號便于處理和傳輸，能夠實現快速測量、連續測量、連續記錄和進行數據處理；另外，電磁量還可以離開被測對象一定距離，實現遠距離的遙測等。隨著科學技術的發展，現代計量的各個領域，如長度、熱工、力學、光學、電離輻射、標準物質等，都借助于各種傳感器把被測量變換成電磁信號進行處理。日前將非電量變換成對應的電量進行測量已是計量技術的一種普遍現象。電磁計量技術中的各種概念和方法也被其他學科所借鑒。電磁計量已成為整個計量科學的重要基礎。

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，測量結果的數值也不相同。
    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律把它們聯系起來的。這樣，只要人們規定了少數幾個物理量的單位，其他物理量的單位就可以根據定義或物理規律推導出來。獨立定義的單位叫做基本單位，所對應的物理量叫基本量。由基本單位導出的單位叫做導出單位，對應的物理量叫導出量。
  
一、        與電磁學有關的國際單位制基本單位

    1875年國際上簽署的“米制公約”成為現在大部分國家使用的計量單位和標準基本上一致的基礎。按照米制公約，參加的國家承認了米制。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，其中與電磁學有關的有四個，即長度單位(m)、質量單位(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分之一秒內所經過的路徑的長度。
    質量單位——千克(kg)  千克是質量的單位，它等于國際千克原器的質量。
    時間單位——秒(s)  秒是銫133原子基態的兩個超精細能級之間躍遷所對應的輻射的9 192 631 770個周期的持續時間。
    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線內，則此兩導線之間產生的力在每米長度上等于2×10-7牛[頓]。

二、由基本單位導出的電磁學單位

    SI的電磁學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，導出伏[特]、歐[姆]等電磁學單位。常用的電磁學SI導出單位如表1—2—1所示。
表1—2—1  常用電磁學SI導出單位
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        G=1/R        西[子]        西        S        L-2M-1T3I2        m-2kg-1s3A2
電導率        γ=1/ρ        西子]每米        西/米        S/m        L-3M-1T3I2        m-3kg-1s3A2
電場強度        E=U/d        伏[特]每米        伏/米        V/m        LMT-3I-1        Mkgs-2A-1
介電常數        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千克質量產生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)  是當流過1安[培]恒定電流的導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)  是當一導體的兩點之間加l伏[特]的恒定電位差時，在導體中產生1安[培]電流，而且導體中不存在任何電動勢，則導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秒之內所運送的電量。
電容單位——法[拉](F)  是當一電容器充1庫[侖]電量，它的兩極板之間出現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，在電路中產生1伏[特]的電動勢。
磁通單位——韋[伯]（Wb） 是一匝環路交鏈的磁通量，如果使它在1秒內均勻地減小為零，則在環路中產生1伏[特]的電動勢。

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