《計(jì)量測(cè)試技術(shù)》第1章全解課件

1、計(jì)量與測(cè)試技術(shù) 電氣信息學(xué)院測(cè)控技術(shù)教研室 顧亞雄第1頁(yè)，共40頁(yè)。一、課程基本信息1英文名稱： Measuring and Testing Technology 2課程類別： 專業(yè)課程3課程學(xué)時(shí)： 484 學(xué) 分： 3.05先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、 物理實(shí)驗(yàn)、概率統(tǒng)計(jì)等第2頁(yè)，共40頁(yè)。二、課程目的與任務(wù)學(xué)習(xí)計(jì)量理論與計(jì)量技術(shù)；掌握計(jì)量測(cè)試技術(shù)基本原理；熟悉計(jì)量測(cè)試數(shù)據(jù)基本處理方法；理解計(jì)量法規(guī)和計(jì)量管理基本特點(diǎn)和范疇；了解現(xiàn)代計(jì)量與測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向，樹立規(guī)范化與法制化的計(jì)量測(cè)試觀。第3頁(yè)，共40頁(yè)。三、課程基本要求1掌握傳統(tǒng)及現(xiàn)代計(jì)量測(cè)試技術(shù)基本原理；2掌握計(jì)量測(cè)試數(shù)據(jù)基本處理方法

2、和和結(jié)果分 析方法；3理解計(jì)量法規(guī)和計(jì)量管理基本特點(diǎn)和范疇；4了解現(xiàn)代計(jì)量與測(cè)試技術(shù)發(fā)展方向與特點(diǎn)；5掌握常用量的一般計(jì)量原理，具體計(jì)量方法及 有關(guān)計(jì)量技術(shù)，并能開展相應(yīng)的實(shí)際計(jì)量工作。第4頁(yè)，共40頁(yè)。四考試考核辦法采用課程結(jié)束閉卷書面考試與平時(shí)考勤、平時(shí)作業(yè)相結(jié)合的方法進(jìn)行。具體實(shí)施方案： 總成績(jī) = 閉卷書面考試（80%） +平時(shí)考勤（10%） +平時(shí)作業(yè)（10%） 三次無故缺課者，取消考試資格。 第5頁(yè)，共40頁(yè)。五、教材及參考書（一）教 材：測(cè)試與計(jì)量技術(shù)基礎(chǔ)周渭 于建國(guó) 劉海霞，西安電子科技大學(xué)，2004 第6頁(yè)，共40頁(yè)。（二）參考書：1計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)（2版） 王立吉，中國(guó)計(jì)量出版社

3、，19972計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)計(jì)量測(cè)試技術(shù)手冊(cè)編輯委員會(huì)編， 中國(guó)計(jì)量出版社，19973計(jì)量學(xué)辭典魯紹曾，中國(guó)計(jì)量出版社，19924計(jì)量學(xué)原理蘇布爾東馬爾科夫，中國(guó)計(jì)量出版社， 19855計(jì)量學(xué)與測(cè)量裝置準(zhǔn)確度理論基礎(chǔ)，計(jì)量學(xué)與測(cè)量 裝置準(zhǔn)確度理論基礎(chǔ)翻譯組譯，中國(guó)計(jì)量出版社，19866測(cè)試技術(shù)與信號(hào)處理范云霄，劉樺編著，中國(guó)計(jì)量出版社， 20027測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)范云霄、劉樺編著，中國(guó)計(jì)量出版社，19898誤差理論與數(shù)據(jù)處理 梁晉文等 中國(guó)計(jì)量出版社，19899誤差理論與數(shù)據(jù)處理 費(fèi)業(yè)泰 機(jī)械工業(yè)出版社，1995第7頁(yè)，共40頁(yè)。第1章 緒論1.1 計(jì)量學(xué)及其分類 計(jì)量 實(shí)現(xiàn)計(jì)量單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確

4、可 靠的“活動(dòng)”。 “活動(dòng)” 科學(xué)技術(shù)層面上的 法律法規(guī)層面上的 行政管理層面上的第8頁(yè)，共40頁(yè)。量 - 自然界一切現(xiàn)象、物體和物質(zhì)的一 種屬性?！傲俊?的分析 - 量的性質(zhì)區(qū)分 量值的確定計(jì)量 - 對(duì)“量”的定性分析和定量確認(rèn)的 過程。第9頁(yè)，共40頁(yè)。 計(jì)量學(xué)有關(guān)計(jì)量的知識(shí)領(lǐng)域。它包括有關(guān)計(jì)量的所有理論與實(shí)踐的各個(gè)方面，而不論準(zhǔn)確度如何以及它在什么科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行。第10頁(yè)，共40頁(yè)。計(jì)量學(xué)的具體內(nèi)容：計(jì)量單位及其計(jì)量基準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)的建立，復(fù)制和保存；計(jì)量方法和計(jì)量器具的計(jì)量特性；計(jì)量的不準(zhǔn)確度；計(jì)量人員進(jìn)行計(jì)量的計(jì)量能力；計(jì)量法制和管理；6. 有關(guān)計(jì)量的一切理論和實(shí)際問題。第11頁(yè)，共4

5、0頁(yè)。 測(cè)量-以確定量值為目的的一組操作。 測(cè)量的含義-測(cè)量是直到給出測(cè)量結(jié)果的 一組操作。 計(jì)量-屬于測(cè)量的范疇，但又嚴(yán)于 一般的測(cè)量, 是與測(cè)量結(jié)果置信度有關(guān)的、與不確定度聯(lián)系在一起的規(guī)范化的測(cè)量。第12頁(yè)，共40頁(yè)。1.2 計(jì)量工作簡(jiǎn)史 計(jì)量歷史稱謂：度量衡 含義：長(zhǎng)度、容積、質(zhì)量的計(jì)量 主要器具：尺、斗、秤 ruler=尺子=統(tǒng)治者； 砝碼的古代稱謂：“權(quán)”； 天平的象征：法制與法律的公平； 計(jì)量的象征：權(quán)力和公平的活動(dòng)第13頁(yè)，共40頁(yè)。 古代人類社會(huì)最早的計(jì)量器具度量衡 基本特征：人體的某一部分為標(biāo)準(zhǔn)的客觀自然物長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)。第14頁(yè)，共40頁(yè)。中國(guó)古代： 大禹的身長(zhǎng)作為長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)；兩支

6、商代象牙尺，長(zhǎng)約15.78cm與15.80cm，均刻有十寸，每寸刻十分，是“布手知尺”和應(yīng)用十進(jìn)制的證據(jù)。英國(guó)：英王查理曼大帝足長(zhǎng)為“一英尺” 英王埃德加姆姆指關(guān)節(jié)之間長(zhǎng)度為“一英寸” 英王亨利一世手臂向前平伸時(shí)鼻尖到指尖距離為“一碼”。法國(guó)：法國(guó)國(guó)王腳長(zhǎng)的6倍定義為“脫瓦斯尺”。古埃及：最早的尺“腕尺”是用人的臂膊肘至指尖的距離來確定的，長(zhǎng)約46cm。爾后人們根據(jù)“布手知尺”的原則，即以人手的大拇指和食指分開的距離作為一尺的長(zhǎng)度(大約16cm左右)，精心制作出了最早的尺。第15頁(yè)，共40頁(yè)。中國(guó)古代春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期：采用黃鐘律管作為度量衡的單位量值標(biāo)準(zhǔn)，得到長(zhǎng)度、容量和質(zhì)量三個(gè)量的單位量值，度量

7、衡三個(gè)量值單位都有了比較準(zhǔn)確的依據(jù)。國(guó)際評(píng)價(jià)：“中國(guó)古代早已采用律管作為長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)器，而過了幾千年，世界上才提出了采用光的波長(zhǎng)作為長(zhǎng)度基準(zhǔn)的方案”。第16頁(yè)，共40頁(yè)。呂氏春秋記載的黃鐘律管長(zhǎng)度為三寸九分，而漢代后，古人普遍采納九寸。為研究先秦黃鐘律管真實(shí)長(zhǎng)度，經(jīng)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)地考證，發(fā)現(xiàn)呂氏春秋記載的三寸九分黃鐘律管應(yīng)為清黃鐘律管，發(fā)音當(dāng)是九寸管的高八度。文獻(xiàn)研究亦表明了先秦古人聽聲定律的事實(shí)，即三寸九分律管和九寸律管都為聽聲定律產(chǎn)物。由此，根據(jù)聲學(xué)公式，結(jié)合文獻(xiàn)考證，計(jì)算了黃鐘律管的管徑，結(jié)論為：先秦律管應(yīng)是竹管，管徑范圍約是071寸。第17頁(yè)，共40頁(yè)。秦代：度量衡制度中，度、量制的大部

8、分皆采用十進(jìn)制；頒布有度量衡制度；實(shí)行定期檢定等法制管理；明文規(guī)定各種度量衡器具的允許誤差。歷史意義： 原始度量衡 古典度量衡第18頁(yè)，共40頁(yè)。歐洲：牛頓力學(xué)和熱力學(xué)理論的建立使 力學(xué)計(jì)量和溫度計(jì)量獲得很快的發(fā)展；機(jī)械工業(yè)的興起和發(fā)展，促使 幾何量計(jì)量技術(shù)迅速發(fā)展；歐姆定律、法拉第電磁感應(yīng)定律和麥克斯韋電磁波理論的創(chuàng)立，開始了電磁計(jì)量。法國(guó)天文學(xué)家穆頓和威日根提出了新的 十進(jìn)計(jì)量制度和建立以自然物為計(jì)量單位的設(shè)想。第19頁(yè)，共40頁(yè)。1792年，法國(guó)天文學(xué)家德拉布里和麥卡恩通過大地測(cè)量，確定了北極至赤道的子午線長(zhǎng)度，再取其四千萬分之一作為一米。拉瓦錫等測(cè)量了4時(shí)一立方分米純水質(zhì)量，并定義為1

9、千克。根據(jù)上述定義，用鉑銥合金制做了米原器“阿希夫尺”和千克原器，于1799年6月22日保存于法國(guó)巴黎檔案局，稱為“檔案局米”和“檔案局千克”。此后逐步形成以長(zhǎng)度單位“米”為基礎(chǔ)的計(jì)量單位制，此即“米”制起源。第20頁(yè)，共40頁(yè)。1875年3月，法國(guó)政府召集20個(gè)國(guó)家政府代表召開“米制外交會(huì)議”，5月20日由17個(gè)國(guó)家的代表正式簽署了“米制公約”，設(shè)立了國(guó)際計(jì)量局(BIPM)。1889年國(guó)際權(quán)度局第一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)接受了三十一支米尺，通過與阿希夫尺比較，N0.6尺的長(zhǎng)度最接近，特定為國(guó)際長(zhǎng)度基準(zhǔn)，存放于巴黎國(guó)際計(jì)量局。其余分發(fā)給當(dāng)各成員國(guó)，作為各國(guó)國(guó)家基準(zhǔn)器。第21頁(yè)，共40頁(yè)。鉑銥合金的米原

10、器巴黎街頭的米標(biāo)志國(guó)際計(jì)量局保存的米原器第22頁(yè)，共40頁(yè)。中國(guó)國(guó)民政府在1928年就決定采用米制，直到1949年，米制仍未能在全國(guó)推行。中國(guó)近代計(jì)量管理僅局限于度量衡范圍，一直落后于世界先進(jìn)國(guó)家。1949中央財(cái)經(jīng)委員會(huì)技術(shù)管理局設(shè)立度量衡處，負(fù)責(zé)全國(guó)度量衡的統(tǒng)一管理工作。1954年全國(guó)人大批準(zhǔn)設(shè)立國(guó)家計(jì)量局。 主要任務(wù)：“負(fù)責(zé)米制推行；計(jì)量器具國(guó)家檢定；建立國(guó)家基準(zhǔn)器；監(jiān)督指導(dǎo)計(jì)量器具的制造修理、銷售和進(jìn)出口；審定工業(yè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的設(shè)置；起草制定國(guó)家有關(guān)計(jì)量方面的法規(guī)、文件等”。第23頁(yè)，共40頁(yè)。1959年6月25日，國(guó)務(wù)院發(fā)布關(guān)于統(tǒng)一我國(guó)計(jì)量制度的命令，確定米制為我國(guó)基本計(jì)量制度。同時(shí)正式

11、采用十兩為一斤的市制，廢除其他舊雜制；1977年，正式參加國(guó)際米制公約組織，頒發(fā)中華人民共和國(guó)計(jì)量管理?xiàng)l例(試行)，規(guī)定我國(guó)逐步采用國(guó)際單位制；1984年2月27日，國(guó)務(wù)院發(fā)布關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令；1985年全國(guó)人大通過中華人民共和國(guó)計(jì)量法；1987年1月19日，國(guó)務(wù)院又發(fā)布中華人民共和國(guó)計(jì)量法實(shí)施細(xì)則。 第24頁(yè)，共40頁(yè)。半個(gè)世紀(jì)以來，我國(guó)計(jì)量管理工作的主要成就： 全國(guó)范圍內(nèi)統(tǒng)一計(jì)量制度； 形成全國(guó)計(jì)量管理網(wǎng)和量值傳遞網(wǎng)，為統(tǒng)一量值、保證量值準(zhǔn)確一致奠定了基礎(chǔ)； 加強(qiáng)計(jì)量器具產(chǎn)品的產(chǎn)前產(chǎn)中質(zhì)量監(jiān)督管理； 加強(qiáng)在用計(jì)量器具的管理； 頒發(fā)和發(fā)布了各種計(jì)量檢定系統(tǒng)表和計(jì)量器具檢定

12、規(guī)程； 廣泛開發(fā)了計(jì)量技術(shù)教育培訓(xùn)與計(jì)量人員的考證發(fā)證工作，形成了一支龐大的計(jì)量干部隊(duì)伍； 建立和發(fā)展了同國(guó)際計(jì)量組織的廣泛聯(lián)系與業(yè)務(wù)交流； 形成了完善的計(jì)量法規(guī)體系，計(jì)量管理納入了法制軌道，使管理更科學(xué)更有效。 第25頁(yè)，共40頁(yè)。1.3 計(jì)量的特點(diǎn)，作用和意義1.3.1 計(jì)量的特點(diǎn) 計(jì)量的特點(diǎn)-準(zhǔn)確性、一致性、溯源性及法制性 準(zhǔn)確性-測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致程度 在一定的不確定度、誤差極限或允許誤差范圍內(nèi)的準(zhǔn)確第26頁(yè)，共40頁(yè)。 一致性-在統(tǒng)一計(jì)量單位的基礎(chǔ)上，無論何時(shí)、何地，采用何種方法，使用何種計(jì)量器具，以及由何人測(cè)量，只要符合有關(guān)的要求，其測(cè)量結(jié)果就應(yīng)在給定的區(qū)間內(nèi)一致。 測(cè)量結(jié)

13、果應(yīng)是可重復(fù)、可再現(xiàn)(復(fù)現(xiàn))、可比較的第27頁(yè)，共40頁(yè)。 溯源性-任何一個(gè)測(cè)量結(jié)果或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值，都能通過一條具有規(guī)定不確定度的連續(xù)比較鏈，與計(jì)量基準(zhǔn)聯(lián)系起來 所謂“量值溯源”，是指自下而上通過不問斷的校準(zhǔn)而構(gòu)成溯源體系；而“量值傳遞”，則是自上而下通過逐級(jí)檢定而構(gòu)成檢定系統(tǒng) 法制性-來自于計(jì)量的社會(huì)性，因?yàn)榱恐档臏?zhǔn)確可靠不僅依賴于科學(xué)技術(shù)手段，還要有相應(yīng)的法律、法規(guī)和行政管理。第28頁(yè)，共40頁(yè)。 1.3.2 計(jì)量的作用與意義 計(jì)量-科學(xué)研究、經(jīng)濟(jì)管理、社會(huì)管理 的重要基礎(chǔ)和手段計(jì)量水平-衡量一個(gè)國(guó)家的科技、經(jīng)濟(jì)和社 會(huì)發(fā)展程度的重要標(biāo)志之一第29頁(yè)，共40頁(yè)。計(jì)量在學(xué)科上的雙重性： 從科

14、學(xué)技術(shù)角度來說，它屬于自然科學(xué)， 從經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)、社會(huì)學(xué)的概念方面理解，它又屬于社會(huì)科學(xué)范疇。第30頁(yè)，共40頁(yè)。 1計(jì)量與人民生活 家用電表、水表和煤氣表是否合格，公共交通的時(shí)刻是否準(zhǔn)確，都直接關(guān)系到人們的切身利益； 所以糧食及糧食制品的生。產(chǎn)、貯存和加工過程都離不開計(jì)量測(cè)試； 在醫(yī)療衛(wèi)生方面，計(jì)量和化驗(yàn)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。第31頁(yè)，共40頁(yè)。 2計(jì)量與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 從原材料的篩選到定額投料，從工藝流程見空到產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn)，都離不開計(jì)量。優(yōu)質(zhì)的原材料、先進(jìn)的工藝設(shè)備和現(xiàn)代化的計(jì)量檢測(cè)手段，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的三大支柱。第32頁(yè)，共40頁(yè)。3計(jì)量與國(guó)防科學(xué) 計(jì)量在國(guó)防建設(shè)中具有非常重要作用

15、，國(guó)防尖端系統(tǒng)龐大復(fù)雜，涉及到許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)難度高，要求計(jì)量的參數(shù)多、精度高、量程大、頻帶寬，所以計(jì)量在國(guó)防尖端技術(shù)領(lǐng)域更顯得尤為重要。第33頁(yè)，共40頁(yè)。 4計(jì)量與貿(mào)易 國(guó)際貿(mào)易要有公正的、統(tǒng)一的計(jì)量器具來保障雙方交易的公平合理性。將計(jì)量精度提高到接近國(guó)際計(jì)量水平，可避免不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。第34頁(yè)，共40頁(yè)。 5計(jì)量與科學(xué)技術(shù) 計(jì)量本身是科學(xué)技術(shù)的一個(gè)組成部分 近幾年的科技成果的涌現(xiàn)，如原子對(duì)撞機(jī)、深水探測(cè)機(jī)器人、地球資源衛(wèi)星及衛(wèi)星測(cè)控技術(shù)、航天工程“神州號(hào)”試驗(yàn)飛船、儲(chǔ)氫納米碳管的研制成功、三峽工程建設(shè)的飛速發(fā)展，都與計(jì)量科學(xué)的發(fā)展密不可分。第35頁(yè)，共40頁(yè)。1.4 近年來儀器與

16、測(cè)量技術(shù)的發(fā)展 儀器是實(shí)施計(jì)量的最重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。儀器與測(cè)量技術(shù)的內(nèi)容及其發(fā)展和計(jì)量學(xué)之間有著密切的聯(lián)系。第36頁(yè)，共40頁(yè)。 1.4.1 測(cè)量技術(shù)與儀器的技術(shù)內(nèi)涵及發(fā)展重點(diǎn)測(cè)量技術(shù)與儀器，科學(xué)技術(shù)和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展互相支持和制約；新技術(shù)的發(fā)展為測(cè)量技術(shù)與儀器提供了新的原理和軟硬件技術(shù)的支持；測(cè)量技術(shù)與儀器的進(jìn)步促使了科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。第37頁(yè)，共40頁(yè)。 在計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究領(lǐng)域內(nèi)，與儀器構(gòu)成及發(fā)展關(guān)系最密切的有以下幾方面：1. 傳感器和變換器；2. 信號(hào)和圖象處理；3. 系統(tǒng)ID（識(shí)別）；4. 計(jì)算機(jī)虛擬系統(tǒng)；5. ADC與數(shù)據(jù)采集；6. 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊處理；7. 光學(xué)檢測(cè)技術(shù)；8. 電源；9. 微波與EMI通訊 (Electric-Magnetic Inte