物理量測量方案的研究與設(shè)計(jì)

【摘要】物理量測量的過程是一個(gè)周密的過程，要求實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果要在規(guī)定的誤差之間，并保障測量結(jié)果的真實(shí)可靠，在測量之前首先應(yīng)該設(shè)計(jì)出測量的基本步驟和方案，對實(shí)驗(yàn)過程中可以造成誤差的步驟進(jìn)行細(xì)致的分析和完善，從而避免誤差對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。同時(shí)設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)方案也會節(jié)約實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和成本，有利于實(shí)驗(yàn)者對結(jié)果的分析，所以技術(shù)人員一定要做好充分的研究工作，將影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的任何一個(gè)細(xì)小過程進(jìn)行不斷的改善，結(jié)合規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目標(biāo)。本文通過對物理量測量過程的具體分析，探索實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和研究的重要作用，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)更長遠(yuǎn)的發(fā)展目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】物理量測量；測量過程；方案研究；方案設(shè)計(jì)

1.前言

在物理學(xué)科探索的過程中，會涉及到很多的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的進(jìn)行有利于技術(shù)人員更好的理解知識內(nèi)容，掌握學(xué)習(xí)物理知識的技巧，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)操作的過程中，培養(yǎng)自己對物理測量的興趣和愛好，有利于創(chuàng)造出更多的物理方面的人才。

所以物理量測量的過程應(yīng)該得到科研單位和實(shí)體企業(yè)的重視，認(rèn)真開展測量工作，領(lǐng)導(dǎo)學(xué)習(xí)者完成測量研究的過程，并設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)的方案，這樣才能加快測量工作的進(jìn)展。

2.測量過程中方法選擇的深入研究

2.1 根據(jù)待測物體的特征去選擇測量的方法

在物理量測量的過程中，在實(shí)際測量之前，技術(shù)人員應(yīng)該準(zhǔn)確的選擇出物理測量的方法，只有選對了測量的方法才能最大可能的提高測量的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)也會節(jié)約大量的實(shí)際測量時(shí)間，為后期的研究分析工作提供大量的空間。首先，技術(shù)人員要根據(jù)待測物體的具體特征去選擇測量的方法，觀察待測物體的形態(tài)和大小，對其體重進(jìn)行稱量，同時(shí)要測量出待測物體的實(shí)際密度，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的條件以及提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)施情況，去選擇合適的測量方法。其次，經(jīng)過技術(shù)人員的比對和分析要根據(jù)掌握的情況去設(shè)計(jì)出測量的方案，這是物理量測量過程中最基本也是最重要的一個(gè)步驟，測量方法的選擇直接影響著最后的測量結(jié)果以及后期的結(jié)果研究，所以技術(shù)人員要高度重視這個(gè)過程，認(rèn)真對待測物體進(jìn)行稱重和計(jì)算，設(shè)計(jì)出最優(yōu)化和便捷的測量方案[1]。

2.2 根據(jù)待測物體與其他函數(shù)量之間的關(guān)系去選擇測量的方法

技術(shù)人員可以根據(jù)待測物體與與其他函數(shù)量之間的關(guān)系去選擇測量的方法，這會更加貼近待測物體的實(shí)際測量結(jié)果，減小誤差對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。其他函數(shù)量只要包括空氣濕度、密度、實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫度、氣壓，同時(shí)要考慮到待測物體自身的腐蝕性和粘度。綜合這些內(nèi)容可以利用放射性同位素法和超聲波法來完成實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容，這兩種方法會很好的處理待測物體的本身性質(zhì)造成的影響，并能通過檢查來降低待測物體自身的腐蝕性，保障在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的過程中，待測物體的完整。技術(shù)人員在測量時(shí)要設(shè)計(jì)出用時(shí)最短的測量方案，這樣既保障了待測物體自身的特征又使測量結(jié)果更加真實(shí)，所以在選擇出具體的測量方法之后，設(shè)計(jì)測量的過程和步驟也非常重要[2]。

2.3 流體靜力稱衡法和液相置換法的具體使用情況

在物理量測量的過程中，會遇到對測量結(jié)果高要求的情況，這時(shí)技術(shù)人員就可以選擇流體靜力稱衡法來完成測量的內(nèi)容，流體靜力稱衡法可以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到測量實(shí)驗(yàn)的要求。流體靜力稱衡法利用可變化的影響因素作用在不變的待測物體上，通過各種變化因素的作用來測量出待測物理量的實(shí)際結(jié)果，是非常靈活的一種測量方法，同時(shí)在測量的過程中也不會利用太多的人力資源，很大程度上減少了實(shí)驗(yàn)的成本。對于液體的待測物體就可以選擇液相置換法來對其進(jìn)行測量，液相置換法針對液體的物體可以更加適應(yīng)液體的形態(tài)和特征，從而完成測量的過程。隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，物理量測量的方法也在朝著科技操作的方向發(fā)展，測量的儀器通過換新和改善也可以實(shí)現(xiàn)高精度的測量工作，很大程度上提高了物理量測量工作的整體水平，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步會帶動生產(chǎn)力，物理量測量工作也一定會隨著科技的進(jìn)步實(shí)現(xiàn)更高的測量目標(biāo)[3]。

3.物理量測量儀器選擇的深入研究

3.1 按照測量儀器的分辨率去選擇

物理量測量過程中會出現(xiàn)很多不確定因素引起的誤差，其中儀器使用的選擇也會引起誤差的出現(xiàn)，測量儀器的分辨率是指在測量過程中，測量儀器可以探測出的實(shí)驗(yàn)最小值，最小值的大小與儀器測量的準(zhǔn)確性之間獨(dú)立存在，并且相互之間不會產(chǎn)生影響[4]。在實(shí)際測量的過程中，可以利用放射性示蹤技術(shù)來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的追蹤，并利用放射性示蹤技術(shù)超高的分辨能力，來判斷是否達(dá)到了實(shí)驗(yàn)測量的最小值。如果待測物體是金屬就可以選擇高精度的天平測量方法來對其進(jìn)行測量，這種方法會把金屬的真實(shí)數(shù)據(jù)通過高精度的分辨率體現(xiàn)出來，也會準(zhǔn)確的分析出金屬物體的磨損情況[5]。測量實(shí)驗(yàn)受經(jīng)濟(jì)條件的制約，不能完全的滿足測量實(shí)驗(yàn)的要求，使得測量的結(jié)果會出現(xiàn)很大的誤差，所以在提高實(shí)驗(yàn)硬件條件的同時(shí)，也應(yīng)該加大技術(shù)應(yīng)用的水平，提高測量儀器的分辨率，從而可以很好的掌握實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化，使其可以充分的展現(xiàn)出待測物體的基本性質(zhì)和特征。物理量測量儀器的選擇也是測量實(shí)驗(yàn)成敗的重要影響因素，很多物理測量儀器可以滿足實(shí)驗(yàn)的需要，達(dá)到要求的分辨率，但是測量結(jié)果的準(zhǔn)確度較低，而有些物理測量儀器可以滿足實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，卻沒有較高的分辨率，在很大程度上影響了物理量測量工作的研究和設(shè)計(jì)[6]。

3.2 按照測量儀器使用方便的程度去選擇

為了提高物理量測量實(shí)驗(yàn)的速率，在測量的過程中結(jié)合待測物體的實(shí)際性質(zhì)之后，技術(shù)人員都會選擇使用方便的測量儀器來完成測量的工作，使用方便的測量儀器既簡化了技術(shù)人員的操作過程，又加快了測量工作的進(jìn)展，對于時(shí)間比較急促的測量工作來說非常有效[7]。同時(shí)使用方便的測量儀器也會減少誤差的出現(xiàn)，即使出現(xiàn)了誤差也會很容易的完成分配過程，并能對誤差進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整。經(jīng)過測量儀器的不斷改善，目前，很多的物理量測量工作已經(jīng)能實(shí)現(xiàn)高精度的測量要求，但是有些測量的工作任務(wù)過于繁重，加大了技術(shù)人員的工作壓力，使用方便的測量儀器來完成測量的工作會減輕技術(shù)人員的操作負(fù)擔(dān)，使其擁有更多的精力投入到測量工作中。按照測量儀器維護(hù)檢修的程度去選擇使用的儀器也會降低測量的難度，在很多科研單位和實(shí)體企業(yè)存在著年齡較大的老工作者，這些技術(shù)人員不能很快的掌握新技術(shù)的應(yīng)用方法，對于革新的測量儀器也不能熟練的使用，這種情況的出現(xiàn)就會影響到測量工作的進(jìn)展，所以要按照測量儀器使用方便的程度去選擇，提高測量工作的速度[8]。

3.3 按照測量儀器維護(hù)檢修的程度去選擇

通過測量儀器維護(hù)檢修的程度去選擇會提高儀器使用的壽命，加快測量實(shí)驗(yàn)的效率，測量工作是要求非常高的一項(xiàng)工作，其中儀器維護(hù)檢修的難易程度會直接影響到正常的使用[9]。如果儀器維護(hù)檢修比較容易，會加快測量工作的進(jìn)展，如果儀器維護(hù)檢修比較困難，要利用大量的時(shí)間來完成檢修的工作，就會阻礙測量工作的正常進(jìn)度，所以在測量工作進(jìn)行時(shí)應(yīng)該選擇維護(hù)檢修簡易的儀器來進(jìn)行測量。同時(shí)簡易的維護(hù)檢修程序?qū)夹g(shù)人員的要求也比較低，使得其可以有更多的時(shí)間和精力投入到測量當(dāng)中，會提高技術(shù)人員的工作效率[10]。

4.誤差分配方案的設(shè)計(jì)

4.1 設(shè)計(jì)誤差分配的方案

物理量測量是一個(gè)要求非常高的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，很多待測物體都具有非常高的實(shí)用價(jià)值，所以測量的結(jié)果非常重要，這就需要技術(shù)人員認(rèn)真的設(shè)計(jì)誤差分配方案。根據(jù)對待測物體的精度要求，在測量總誤差影響的基礎(chǔ)上，對各個(gè)測量的步驟進(jìn)行誤差的分配，從而降低總和誤差對測量結(jié)果的影響。并且保證分配的誤差不會影響到每個(gè)步驟的進(jìn)行，依照這種要求去設(shè)計(jì)的誤差分配方案，非常適合物理量的測量，經(jīng)過技術(shù)人員的規(guī)范操作，分配的誤差通過抵消已經(jīng)不會明顯的在測量結(jié)果中顯現(xiàn)出來，提高了技術(shù)人員的操作測量水平，同時(shí)精準(zhǔn)的測量結(jié)果也保障了待測物體在實(shí)際情況中的使用。設(shè)計(jì)出合理的誤差分配方案可以提高物理量測量工作的使用性，而不是簡單的技術(shù)探索。技術(shù)人員可以通過討論研究的方式來確定誤差分配的方案，綜合考慮大家提出的想法，因?yàn)橥ㄟ^討論可以提出很多技術(shù)人員的個(gè)人意見和經(jīng)驗(yàn)，有利于實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員的共同進(jìn)步，總結(jié)測量工作的心得[11]。

4.2 誤差分配的基本原則

在確定了誤差分配的方案之后，就應(yīng)該按照誤差分配的原則去實(shí)際的分配誤差，假設(shè)測量的過程中會有n項(xiàng)測量內(nèi)容，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的誤差為x，并將n和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目平均分成m份，并要求各項(xiàng)測量的分誤差為x/m。根據(jù)這種要求，在實(shí)際測量的過程中，結(jié)合待測物體測量的難易程度，對測量的儀器和實(shí)驗(yàn)所投資的經(jīng)費(fèi)進(jìn)行分析，從而合理的設(shè)（下轉(zhuǎn)封三）（上接第122頁）計(jì)誤差分配的原則。技術(shù)人員在誤差分配之前也要對測量的儀器進(jìn)行細(xì)致的檢查，分析最后實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)誤差的可能原因，是否可以排除實(shí)驗(yàn)儀器的影響，這樣會減少不確定因素對測量結(jié)果的干擾，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[12]。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際情況確定分配的基本原則，可以很好的降低誤差的影響，并可以根據(jù)實(shí)際的測量經(jīng)費(fèi)去選擇成本適宜的測量方法，有利于測量水平的提高，在確定了誤差分配的基本原則之后，技術(shù)人員就要保障實(shí)驗(yàn)結(jié)果要在這個(gè)誤差規(guī)定的范圍內(nèi)，如果超出了誤差規(guī)定的范圍，測量實(shí)驗(yàn)的過程就是失敗的，待測物體就不可以投入到實(shí)際的應(yīng)用中[13]?？梢姡`差分配對于測量結(jié)果產(chǎn)生了非常重要的影響，所以技術(shù)人員一定要不斷完善自己技術(shù)應(yīng)用的水平，通過技術(shù)操作的規(guī)范性來提高測量的準(zhǔn)確性，同時(shí)技術(shù)人員也要不斷的學(xué)習(xí)先進(jìn)的測量知識，加強(qiáng)自己技術(shù)掌握的程度，從根本上提高自己的綜合能力[14]。

5.細(xì)致分析測量精度的方法

5.1 綜合誤差檢驗(yàn)法

在對待測物體進(jìn)行測量的過程中，還需要對測量的精度進(jìn)行細(xì)致的分析，從而檢測方案設(shè)計(jì)的效果，以及設(shè)計(jì)的內(nèi)容是否可以滿足測量的需要。綜合誤差檢驗(yàn)法在檢測精度時(shí)，是在測量條件和儀器固定的基礎(chǔ)上進(jìn)行，知識檢測測量的精度，從而獲得測量結(jié)果的評價(jià)，但是在測量的過程中，不能確保對測量結(jié)果的總體評價(jià)，只是局部的一種檢測。所以利用綜合誤差檢驗(yàn)法檢測的精度結(jié)果不是很全面和具體，還需要進(jìn)一步的檢測，運(yùn)用綜合誤差檢驗(yàn)法對測量精度進(jìn)行檢測是一個(gè)方便和快捷的過程，對局部進(jìn)行檢測之后，技術(shù)人員可以根據(jù)檢測的結(jié)果，及時(shí)的調(diào)整自己的策略和方案，如果檢測的結(jié)果超出了實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)，也可以很快的進(jìn)行改正和補(bǔ)救。可見，綜合誤差檢驗(yàn)法對于局部精度的檢測還是非常有必要，有利于提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性[15]。

5.2 逐項(xiàng)誤差分析法

逐項(xiàng)誤差分析法通過對測量方法和測量儀器的檢測，從而獲得誤差分析的數(shù)據(jù)和信息，會對測量實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的總體誤差進(jìn)行加和，通過這種檢測方法的運(yùn)用，可以反映出各項(xiàng)誤差的來源和測量的精度。利用逐項(xiàng)誤差分析法來檢測測量的精度可以促進(jìn)測量技術(shù)的改善，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的創(chuàng)新，技術(shù)人員可以根據(jù)檢測的結(jié)果去調(diào)整自己的方案和設(shè)計(jì)的思路，并能綜合誤差檢測的結(jié)果，對測量的過程進(jìn)行全面的分析。

6.結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，科研單位和實(shí)體企業(yè)完善了物理量測量的儀器，也提高了技術(shù)應(yīng)用的水平，很大程度上促進(jìn)了物理量測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，經(jīng)過各種實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)，目前，很多的測量物體已經(jīng)可以投入到實(shí)際的應(yīng)用中。

同時(shí)在測量的過程中，技術(shù)人員也要按照實(shí)驗(yàn)的要求去設(shè)計(jì)測量的方案，進(jìn)而充分的體現(xiàn)出待測物體的真實(shí)特質(zhì)，研究每個(gè)過程的操作方法，規(guī)范技術(shù)人員的操作行為。結(jié)合待測物體的形態(tài)和大小去選擇測量的方法，合理的分配誤差，減少誤差對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。選擇易于操作的儀器來完成測量的過程，也會促進(jìn)測量工作的效率，所以技術(shù)人員要通過不斷的方案研究和設(shè)計(jì)，找到適合測量工作的多種方法，實(shí)現(xiàn)測量的目標(biāo)，提高科研單位和實(shí)體企業(yè)對物理測量工作進(jìn)展的水平。

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