第一章計量學(xué)基礎(chǔ)

1、第一章第一章 計量學(xué)基礎(chǔ)知識計量學(xué)基礎(chǔ)知識知識要點知識要點掌握：掌握：量量、計量、測量、計量學(xué)、計、計量、測量、計量學(xué)、計量學(xué)研究的主要內(nèi)容、溯源性、法制計量學(xué)研究的主要內(nèi)容、溯源性、法制計量量前前 言言不妨引用當(dāng)代國際知名學(xué)者對計量事業(yè)的評價作為前言不妨引用當(dāng)代國際知名學(xué)者對計量事業(yè)的評價作為前言 “計量猶如新鮮的空氣，只有你缺少它時，才會感到它計量猶如新鮮的空氣，只有你缺少它時，才會感到它存在的重要性存在的重要性”。 國際計量局榮譽局長、英國皇家科學(xué)院院士國際計量局榮譽局長、英國皇家科學(xué)院院士T 奎恩奎恩 “ “計量是一種計量是一種油油，它能保證市場貿(mào)易平滑進行，它能保證市場貿(mào)易平滑進行”

2、。 西蘭經(jīng)濟學(xué)家西蘭經(jīng)濟學(xué)家B伊思通伊思通 “計量是世界上最先進、難度最大的科學(xué)計量是世界上最先進、難度最大的科學(xué)”。 諾貝爾獎獲得者、德國科學(xué)家馮諾貝爾獎獲得者、德國科學(xué)家馮克里青克里青 第一節(jié)第一節(jié) 計量的一般概念計量的一般概念 一、一、 量量 自然界的一切現(xiàn)象或物質(zhì)，都是通過一定的自然界的一切現(xiàn)象或物質(zhì)，都是通過一定的“量量”來描來描述和體現(xiàn)的。也就是說，述和體現(xiàn)的。也就是說，“量量”是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性是現(xiàn)象、物體或物質(zhì)可定性區(qū)別與定量確定的一種屬性。區(qū)別與定量確定的一種屬性。因此，要認(rèn)識大千世界和造福因此，要認(rèn)識大千世界和造福人類，就必須對各種人類，就必須對各種“量量”進行分析和

3、確認(rèn)，既要區(qū)分量的進行分析和確認(rèn)，既要區(qū)分量的性質(zhì)，又要確定其量值。計量正是達到這種目的的重要手段性質(zhì)，又要確定其量值。計量正是達到這種目的的重要手段之一。之一。 從廣義上說，計量是對從廣義上說，計量是對“量量”的定性分析和定量確認(rèn)的定性分析和定量確認(rèn)的過程。的過程。 二、二、 計量計量 1.1.定義定義 按按JJF1001-1998JJF1001-1998的定義，的定義， 計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)計量是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動。一、保障量值準(zhǔn)確可靠的活動。 目的：目的：是實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值可靠。是實現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值可靠。 內(nèi)容：內(nèi)容：是為實現(xiàn)這一目的所進行的各項活動。是為實現(xiàn)這一目的所進

4、行的各項活動。 范圍：范圍：非常廣泛，涉及生產(chǎn)、科技、法律、非常廣泛，涉及生產(chǎn)、科技、法律、行政管理等各方面。最終目的是為國民經(jīng)濟、社行政管理等各方面。最終目的是為國民經(jīng)濟、社會發(fā)展和科技進步服務(wù)。會發(fā)展和科技進步服務(wù)。 單位統(tǒng)一：單位統(tǒng)一：包括建標(biāo)、量傳、溯源、標(biāo)定、校準(zhǔn)、包括建標(biāo)、量傳、溯源、標(biāo)定、校準(zhǔn)、 比對等。比對等。 準(zhǔn)確：準(zhǔn)確：給出合理的不確定度。給出合理的不確定度。 可靠：可靠：相同條件下，同類被測量量值具有可比性。相同條件下，同類被測量量值具有可比性。為此，必須由政府和社會組織一系列活動。為此，必須由政府和社會組織一系列活動。2. 2. 特點特點 1 1）準(zhǔn)確性（計量的基礎(chǔ)）準(zhǔn)

5、確性（計量的基礎(chǔ)） 準(zhǔn)確性是計量的基本特點。它表征的是計量結(jié)果與被測量準(zhǔn)確性是計量的基本特點。它表征的是計量結(jié)果與被測量 的真值的接近程度。嚴(yán)格地說，只有量值，而無準(zhǔn)確程度的結(jié)的真值的接近程度。嚴(yán)格地說，只有量值，而無準(zhǔn)確程度的結(jié)果，不是計量結(jié)果。也就是說，計量不僅應(yīng)明確給出被測量的果，不是計量結(jié)果。也就是說，計量不僅應(yīng)明確給出被測量的量值，而且還應(yīng)給出該量值的不確定度量值，而且還應(yīng)給出該量值的不確定度(或誤差范圍或誤差范圍)，即準(zhǔn)確，即準(zhǔn)確性。更嚴(yán)格地說，還應(yīng)注明計量結(jié)果的影響量的值或范圍。否性。更嚴(yán)格地說，還應(yīng)注明計量結(jié)果的影響量的值或范圍。否則，計量結(jié)果便不具備充分的社會實用價值。所謂量

6、值的統(tǒng)一，則，計量結(jié)果便不具備充分的社會實用價值。所謂量值的統(tǒng)一，也是指在一定準(zhǔn)確程度內(nèi)的統(tǒng)一。也是指在一定準(zhǔn)確程度內(nèi)的統(tǒng)一。2 2）一致性（計量的目的）一致性（計量的目的） 計量單位的統(tǒng)一是量值一致的重要前提。無計量單位的統(tǒng)一是量值一致的重要前提。無論在任何時間、任何地點，采用任何方法、使用論在任何時間、任何地點，采用任何方法、使用任何器具以及任何人進行計量，只要符合有關(guān)計任何器具以及任何人進行計量，只要符合有關(guān)計量的要求，計量結(jié)果就應(yīng)在給定的不確定度（或量的要求，計量結(jié)果就應(yīng)在給定的不確定度（或誤差范圍）內(nèi)一致。否則，計量將失去其社會意誤差范圍）內(nèi)一致。否則，計量將失去其社會意義。計量的一

7、致性，不僅限于國內(nèi)，而且也適用義。計量的一致性，不僅限于國內(nèi)，而且也適用于國際。于國際。3 3）溯源性（方法和途徑）溯源性（方法和途徑） 在實際工作中，由于目的和條件的不同，對計算結(jié)果在實際工作中，由于目的和條件的不同，對計算結(jié)果的要求也各不相同。為使計量結(jié)果準(zhǔn)確一致，所有的同種的要求也各不相同。為使計量結(jié)果準(zhǔn)確一致，所有的同種量值都必須由同一個計量基準(zhǔn)量值都必須由同一個計量基準(zhǔn)(或原始標(biāo)準(zhǔn)或原始標(biāo)準(zhǔn))傳遞而來。換句傳遞而來。換句話說，任何一個計量結(jié)果，都能通過連續(xù)的比較鏈溯源到話說，任何一個計量結(jié)果，都能通過連續(xù)的比較鏈溯源到計量基準(zhǔn)。這就是溯源性。計量基準(zhǔn)。這就是溯源性。 “溯源溯源”可以

8、使計量科技與人可以使計量科技與人們的認(rèn)識相對統(tǒng)一，從而使計量的們的認(rèn)識相對統(tǒng)一，從而使計量的“準(zhǔn)確準(zhǔn)確”和和“一致一致”得得到技術(shù)保證。就一國而論，所有的量值都應(yīng)溯源于國家計到技術(shù)保證。就一國而論，所有的量值都應(yīng)溯源于國家計量基準(zhǔn)；就國際而論，則應(yīng)溯源于國際計量基準(zhǔn)或約定的量基準(zhǔn)；就國際而論，則應(yīng)溯源于國際計量基準(zhǔn)或約定的計量標(biāo)準(zhǔn)。否則，量值出于多源，不僅無準(zhǔn)確一致可言，計量標(biāo)準(zhǔn)。否則，量值出于多源，不僅無準(zhǔn)確一致可言，而且勢必造成技術(shù)上和應(yīng)用上的混亂，以致釀成嚴(yán)重的后而且勢必造成技術(shù)上和應(yīng)用上的混亂，以致釀成嚴(yán)重的后果果。4 4）法制性（計量的手段）法制性（計量的手段） 計量本身的社會性就要

9、求有一定的法制保障。也就是說，計量本身的社會性就要求有一定的法制保障。也就是說，量值的準(zhǔn)確一致，不僅要有一定的技術(shù)手段，而且還要有量值的準(zhǔn)確一致，不僅要有一定的技術(shù)手段，而且還要有相應(yīng)的法律、法規(guī)的行政管理，特別是那些對國計民生有相應(yīng)的法律、法規(guī)的行政管理，特別是那些對國計民生有明顯影響的計量，諸如社會安全、醫(yī)療保健、環(huán)境保護以明顯影響的計量，諸如社會安全、醫(yī)療保健、環(huán)境保護以及貿(mào)易結(jié)算中的計量，更必須有法制保障。否則，量值的及貿(mào)易結(jié)算中的計量，更必須有法制保障。否則，量值的準(zhǔn)確一致便不能實現(xiàn)，計量的作用也就無法發(fā)揮。準(zhǔn)確一致便不能實現(xiàn)，計量的作用也就無法發(fā)揮。 可見，可見，計量與一般的測量不

10、同。測量是為確定量值而計量與一般的測量不同。測量是為確定量值而進行的全部操作，通常不具備、也無需具備上述的計量特進行的全部操作，通常不具備、也無需具備上述的計量特點。計量屬于測量，而又嚴(yán)于一般測量；也可以說，計量點。計量屬于測量，而又嚴(yán)于一般測量；也可以說，計量是量值確切統(tǒng)一的測量。是量值確切統(tǒng)一的測量。 3.分類1）法制計量法制計量：是政府行為及職責(zé)。包括計量立法、統(tǒng)一計量單是政府行為及職責(zé)。包括計量立法、統(tǒng)一計量單位、測量方法器具及測量結(jié)果的控制、法定計量檢定機構(gòu)及測位、測量方法器具及測量結(jié)果的控制、法定計量檢定機構(gòu)及測量實驗室管理等。量實驗室管理等。 2）科學(xué)計量科學(xué)計量：是計量的基礎(chǔ)。

11、包括以最新的科技成果定義計量是計量的基礎(chǔ)。包括以最新的科技成果定義計量單位、為科技發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐等。單位、為科技發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐等。3）工程計量工程計量：是計量的應(yīng)用。包括建立企業(yè)計量檢測體系、建是計量的應(yīng)用。包括建立企業(yè)計量檢測體系、建立校準(zhǔn)測試服務(wù)市場、發(fā)展儀器儀表產(chǎn)業(yè)等。是國家工業(yè)競爭立校準(zhǔn)測試服務(wù)市場、發(fā)展儀器儀表產(chǎn)業(yè)等。是國家工業(yè)競爭力的重要標(biāo)志之一。力的重要標(biāo)志之一。4. 計量的內(nèi)容計量的內(nèi)容 包括計量理論、計量技術(shù)和計量管理等。具包括計量理論、計量技術(shù)和計量管理等。具體有：體有： 1）計量（測量）單位與單位制。）計量（測量）單位與單位制。 2）計量器具（測量儀器）。）計量器具（

12、測量儀器）。 3）量值傳遞和量值溯源。）量值傳遞和量值溯源。 4）物理常量、材料與物理特性的測定。）物理常量、材料與物理特性的測定。 5）測量理論與數(shù)據(jù)處理、不確定度及其方法。）測量理論與數(shù)據(jù)處理、不確定度及其方法。 6）計量管理、計量保證與計量監(jiān)督。）計量管理、計量保證與計量監(jiān)督。三、測量三、測量 以確定量值為目的的一組操作。以確定量值為目的的一組操作。 含義有：含義有： （1）測量是操作：可簡單、也可復(fù)雜；可自動、）測量是操作：可簡單、也可復(fù)雜；可自動、也可手動。也可手動。 （2）測量是一組操作：指操作的全過程，從確定）測量是一組操作：指操作的全過程，從確定被測量到測量結(jié)果。被測量到測量結(jié)

13、果。 （3）操作的目的：確定被測對象的量值。適用于）操作的目的：確定被測對象的量值。適用于各領(lǐng)域的測量。各領(lǐng)域的測量。 人們有時也把測量稱為計量。人們有時也把測量稱為計量。四、計量學(xué)四、計量學(xué) 1.定義定義 計量學(xué)是計量學(xué)是關(guān)于測量的科學(xué)。關(guān)于測量的科學(xué)。 它涵蓋有關(guān)測量的理論與實踐的各方面：它涵蓋有關(guān)測量的理論與實踐的各方面：可測的量、計量單位和單位制、計量基準(zhǔn)、標(biāo)可測的量、計量單位和單位制、計量基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的建立復(fù)現(xiàn)保存及使用、測量理論及方法、準(zhǔn)的建立復(fù)現(xiàn)保存及使用、測量理論及方法、測量儀器及特性、量傳與溯源、人員及能力、測量儀器及特性、量傳與溯源、人員及能力、測量結(jié)果及不確定度評定、計量法

14、制與管理等。測量結(jié)果及不確定度評定、計量法制與管理等。 作為一門科學(xué)，與其它學(xué)科最大的不同是同作為一門科學(xué)，與其它學(xué)科最大的不同是同國家法律法規(guī)及行政管理的結(jié)合密切國家法律法規(guī)及行政管理的結(jié)合密切 按專業(yè)可劃分為按專業(yè)可劃分為“十大計量十大計量”。2.計量學(xué)研究的主要對象 （l l）計量單位及其基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的建立、復(fù)制、）計量單位及其基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)的建立、復(fù)制、保存和使用；保存和使用； （2 2）量值傳遞、計量原理、計量方法、計量）量值傳遞、計量原理、計量方法、計量不確定度以及計量器具的計量特性；不確定度以及計量器具的計量特性； （3 3）計量人員進行計量的能力；）計量人員進行計量的能力； （4 4

15、）計量法制和管理；）計量法制和管理； （5 5）有關(guān)計量的一切理論和實際問題）有關(guān)計量的一切理論和實際問題。 計量的對象計量的對象主要是主要是物理量。物理量。 當(dāng)前普遍開展的有當(dāng)前普遍開展的有幾何量、熱學(xué)（溫幾何量、熱學(xué)（溫度）、力學(xué)、電磁學(xué)、（無線電）電子學(xué)、度）、力學(xué)、電磁學(xué)、（無線電）電子學(xué)、時間頻率、光學(xué)、電離輻射、聲學(xué)和化學(xué)時間頻率、光學(xué)、電離輻射、聲學(xué)和化學(xué)量計量，量計量，即所謂的即所謂的十大計量，十大計量，是傳統(tǒng)的計是傳統(tǒng)的計量對象。同時，在一些高新技術(shù)領(lǐng)域（如：量對象。同時，在一些高新技術(shù)領(lǐng)域（如：生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、信息、航天和軟件等生物、醫(yī)學(xué)、環(huán)保、信息、航天和軟件等的專業(yè)領(lǐng)

16、域）的計量測試也已逐步開展起的專業(yè)領(lǐng)域）的計量測試也已逐步開展起來。來。3.專業(yè)計量簡介專業(yè)計量簡介 幾何量計量幾何量計量：描述物體大小、長短、形狀和位置。它：描述物體大小、長短、形狀和位置。它的基本參量是長度（米）和角度。的基本參量是長度（米）和角度。 熱學(xué)（溫度）計量熱學(xué)（溫度）計量：描述物體的冷熱程度。它的單位：描述物體的冷熱程度。它的單位名稱為開爾文。名稱為開爾文。 力學(xué)計量力學(xué)計量：研究的對象是物體力學(xué)量的計量和測試。：研究的對象是物體力學(xué)量的計量和測試。包括質(zhì)量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、轉(zhuǎn)速、包括質(zhì)量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、轉(zhuǎn)速、振動、沖擊、壓力、流量、真

17、空等計量項目。振動、沖擊、壓力、流量、真空等計量項目。電磁學(xué)計量電磁學(xué)計量：研究的對象是電學(xué)量領(lǐng)域的電流、電壓、電阻、電容、電研究的對象是電學(xué)量領(lǐng)域的電流、電壓、電阻、電容、電桿、功率等參量及磁學(xué)量領(lǐng)域的磁場、磁材料的測量桿、功率等參量及磁學(xué)量領(lǐng)域的磁場、磁材料的測量 光學(xué)計量光學(xué)計量：主要內(nèi)容包括光度、色度、輻射、激光、：主要內(nèi)容包括光度、色度、輻射、激光、材料光學(xué)等等。材料光學(xué)等等。 時間頻率計量時間頻率計量：研究時間頻率基準(zhǔn)建立、測量及相關(guān)：研究時間頻率基準(zhǔn)建立、測量及相關(guān)參量（如微波頻率、頻率穩(wěn)定度）的測量。參量（如微波頻率、頻率穩(wěn)定度）的測量。 聲學(xué)計量：聲學(xué)計量：研究聲學(xué)基本參量（

18、如聲壓、聲強）和主觀研究聲學(xué)基本參量（如聲壓、聲強）和主觀評價參量（如響度、聽力損失）的測量。評價參量（如響度、聽力損失）的測量。 ( (無線電）電子學(xué)計量：無線電）電子學(xué)計量：主要研究與電磁波有關(guān)的各種電主要研究與電磁波有關(guān)的各種電磁參量（電壓、功率、衰減、噪聲、失真系數(shù)、調(diào)幅系數(shù)等磁參量（電壓、功率、衰減、噪聲、失真系數(shù)、調(diào)幅系數(shù)等等）的計量。等）的計量。 化學(xué)計量：化學(xué)計量：關(guān)于物質(zhì)成分、物理化學(xué)性質(zhì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)于物質(zhì)成分、物理化學(xué)性質(zhì)和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測量。測量。 電離輻射計量：電離輻射計量：研究電離輻射相關(guān)量的測量方法。所謂研究電離輻射相關(guān)量的測量方法。所謂電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的

19、輻射總稱，其種類很多，電離輻射是一切能引起物質(zhì)電離的輻射總稱，其種類很多，高速帶電粒子有高速帶電粒子有粒子、粒子、粒子、質(zhì)子，不帶電粒子有中子粒子、質(zhì)子，不帶電粒子有中子以及以及X X射線、射線、Y Y射線。射線。 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：所謂標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是具有一種或多種均勻并已確所謂標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是具有一種或多種均勻并已確定了特性值的，用于校準(zhǔn)測量設(shè)備、評價測量方法或者給材定了特性值的，用于校準(zhǔn)測量設(shè)備、評價測量方法或者給材料賦值的物質(zhì)或材料。也稱參考物質(zhì)?？梢允羌兊幕蚧旌系牧腺x值的物質(zhì)或材料。也稱參考物質(zhì)?？梢允羌兊幕蚧旌系臍怏w、液體或固體。氣體、液體或固體。五、測量與計量概念的區(qū)別五、測量與計量概念的

20、區(qū)別 如果非要對測量和計量的概念加以區(qū)分如果非要對測量和計量的概念加以區(qū)分的話，可以從二者的定義上看出區(qū)別。的話，可以從二者的定義上看出區(qū)別。 1.1.目的不同目的不同 2.2.方法和途徑不同方法和途徑不同 測量是一個實驗過程，單位可以任意選定。測量是一個實驗過程，單位可以任意選定。計量是通過建立基標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)量值準(zhǔn)確統(tǒng)一計量是通過建立基標(biāo)準(zhǔn)實現(xiàn)量值準(zhǔn)確統(tǒng)一的測量活動，單位是法定的。從發(fā)展過程的測量活動，單位是法定的。從發(fā)展過程看，是先有測量，后形成計量方法?？?，是先有測量，后形成計量方法。測量以確定量值為目的的一組操作。 計量實現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的 活動。 計量學(xué)關(guān)于測量的科學(xué)。 六、我國

21、計量的起源和發(fā)展簡史六、我國計量的起源和發(fā)展簡史1.秦朝在計量發(fā)展過程中的貢獻秦朝在計量發(fā)展過程中的貢獻 1）以法令（詔書）建立全國統(tǒng)一的度量衡制度）以法令（詔書）建立全國統(tǒng)一的度量衡制度 2）使用標(biāo)準(zhǔn)器）使用標(biāo)準(zhǔn)器 3）采用先進的十進制）采用先進的十進制 4）規(guī)定度量衡器具的允許誤差）規(guī)定度量衡器具的允許誤差 5）度量衡器具的校正）度量衡器具的校正 6）減少溫度、濕度的影響）減少溫度、濕度的影響 在秦始皇陵中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個弩機的部件，在秦始皇陵中發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個弩機的部件，同樣的部件的輪廓誤差不超過一毫米，同樣的部件的輪廓誤差不超過一毫米，這就是說，弩機中同樣的部件可以通用，這就是說，弩機中同樣的部件可以通用，這是現(xiàn)代工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)工藝，這是現(xiàn)代工業(yè)化的標(biāo)準(zhǔn)工藝，在秦時代就使用了，非常了不起。在秦時代