計(jì)量器具管理及內(nèi)校實(shí)用技術(shù)

計(jì)量器具管理及內(nèi)校實(shí)用技術(shù)日期：2011-5-28制作：師艷國1.計(jì)量基礎(chǔ)知識（P2—P10)2.校準(zhǔn)-檢定-計(jì)量確認(rèn)（P11—P15)3.測量不確定度（P16—P40)1*計(jì)量的定義什么是計(jì)量。

計(jì)量：實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、量值準(zhǔn)確可靠的活動。

主要包括三個方面：

科學(xué)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究、發(fā)展計(jì)量技術(shù)、建立基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)，以保證計(jì)量結(jié)果具有溯源性。

法律法規(guī)制定和頒布法律、法規(guī)和條例。

行政管理開展計(jì)量行政管理，包括計(jì)量保證和計(jì)量監(jiān)督。

計(jì)量有時也當(dāng)動詞用。這時，它與測量同義。2*計(jì)量專業(yè)十大計(jì)量專業(yè)是指：長度；熱工；力學(xué)；電學(xué)；光學(xué)；聲學(xué)；時間頻率；無線電；放射性；化學(xué)。*3計(jì)量專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用長度:涉及波長、刻線量具、光柵、感應(yīng)器同步器、量塊、多面體、角度等具體的測量熱工:對象是在工業(yè)生產(chǎn)中熱工過程中常用到的溫度、壓力、真空、流量和物量和物位等

參數(shù)力學(xué):涉及質(zhì)量、力值、密度、容量、力矩、機(jī)械功率、壓力、真空、流量以及位移、速度、加速度、硬度等量的測量電學(xué):涉及的專業(yè)范圍包括直流和交流的阻抗和電量、精密交直流測量儀器儀表、模數(shù)／數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)、磁通量、磁性材料和磁記錄材料、磁測量儀器儀表以及量子計(jì)量等光學(xué):對象有光源、光探測器、光學(xué)介質(zhì)、光學(xué)元件以及光學(xué)儀器聲學(xué):研究聲壓、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)、聲功率和響度、聽力損失等量的測量時間頻率:用于測量頻率值和時間間隔。主要服務(wù)領(lǐng)域?yàn)椋和ㄓ崱⒑教?、國防、電子、家電、醫(yī)療、科研、電視、服務(wù)等領(lǐng)域無線電:包括有關(guān)電磁能參數(shù)(如電壓、電流、功率、電場強(qiáng)度、功率通量密度和噪聲功率譜密度)的計(jì)量放射性:指o、8、y、x和中子輻射的有關(guān)參數(shù)的測量化學(xué):針對熱量、粘度、密度、電導(dǎo)率、濁度等物質(zhì)化學(xué)特性的測量4*計(jì)量的特性統(tǒng)一性：統(tǒng)一單位，統(tǒng)一量值。(一致性)準(zhǔn)確性：可以在允許誤差范圍內(nèi)重復(fù)，在科學(xué)、合理的條件

下復(fù)現(xiàn)。(計(jì)量工作的核心,其基礎(chǔ)是溯源性和不確定度控制）法制性：為實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，必須有法制配合。社會性：涉及社會各部門、各領(lǐng)域。服務(wù)性：是一項(xiàng)服務(wù)工作，因此只有隱含的效益。5*計(jì)量的分類

一.科學(xué)計(jì)量是指基礎(chǔ)性、探索性、先行性的計(jì)量科學(xué)研究，通常用最新的科技成果來精確地定義與實(shí)現(xiàn)計(jì)量單位，并為最新的科技發(fā)展提供可靠的測量基礎(chǔ)。涉及計(jì)量科研活動，包括測量方法、測量儀器研究、基標(biāo)準(zhǔn)建立、基礎(chǔ)研究等。

6*計(jì)量的分類二.工程計(jì)量

也稱工業(yè)計(jì)量。是指各種工程、工業(yè)、企業(yè)中做的實(shí)用計(jì)量，例如有關(guān)能源或材料的消耗、工藝流程的監(jiān)控以及產(chǎn)品質(zhì)量與性能的測試等。工程計(jì)量涉及面甚廣，它是生產(chǎn)過程控制不可缺少的環(huán)節(jié)(保證產(chǎn)品互換性和質(zhì)量)，它保證經(jīng)濟(jì)貿(mào)易全球化所必需的測量結(jié)果一致性。

也稱應(yīng)用計(jì)量。因?yàn)椴粌H工業(yè)，其它生產(chǎn)部門也需計(jì)量。

7*計(jì)量的分類三.法制計(jì)量

與法定計(jì)量機(jī)構(gòu)工作有關(guān)的計(jì)量，涉及到對計(jì)量單位、計(jì)量

器具、測量方法及測量實(shí)驗(yàn)室的法定要求。

存在利益沖突的領(lǐng)域中的計(jì)量。

對測量結(jié)果的可信性有專門要求的領(lǐng)域中的計(jì)量。通常包括與貿(mào)易結(jié)算、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、安全防護(hù)等方面有關(guān)的計(jì)量；8*法制計(jì)量對我們生活的影響????9*科學(xué)技術(shù)發(fā)展到今天，可以說，沒有計(jì)量，寸步難行。

聶榮臻

1983.11.210*校準(zhǔn)在規(guī)定條件下，為確定計(jì)量器具所指示的量值與對應(yīng)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間的關(guān)系的一組操作

注1：校準(zhǔn)結(jié)果既可給示值賦值，又可確定示值的修正值。

注2：校準(zhǔn)也可確定其他計(jì)量特性。

注3：校準(zhǔn)結(jié)果通常用校準(zhǔn)證書或校準(zhǔn)報告來記錄。11*檢定國際法制計(jì)量組織(OIML)定義為:查明和確認(rèn)計(jì)量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標(biāo)記和（或）出具檢定證書。

注：檢定結(jié)果出具檢定證書12*13*計(jì)量確認(rèn)為確保測量設(shè)備符合預(yù)期使用要求所需的一組操作。

注1：計(jì)量確認(rèn)通常包括：校準(zhǔn)和驗(yàn)證、各種必要的調(diào)整或維修及隨后的再校準(zhǔn)、與設(shè)備預(yù)期使用的計(jì)量要求相比較以及所要求的封印和標(biāo)簽。

注2：只有測量設(shè)備已被證實(shí)適合于預(yù)期使用并形成文件，計(jì)量確認(rèn)才算完成。

注3：預(yù)期使用要求包括：測量范圍、分辨力、最大允許誤差等。14*三者關(guān)系的要義校準(zhǔn)是一項(xiàng)技術(shù)工作，不帶管理性質(zhì)。檢定是法制計(jì)量中一項(xiàng)工作，法定計(jì)量器具是否保持法定特性必須通過檢定來確定，它要求通過校準(zhǔn)和法定要求的檢驗(yàn)提供證據(jù)。計(jì)量確認(rèn)是工業(yè)計(jì)量中一項(xiàng)工作，它要求通過校準(zhǔn)提供證據(jù)證明是否滿足預(yù)期用途的要求。

法定計(jì)量器具通過檢定來管理；工業(yè)計(jì)量器具通過計(jì)量確認(rèn)來管理。15*測量誤差測量誤差定義為：測量結(jié)果減去被測量的真值。由于真值不能確定，實(shí)際測量中是用“約定真值”代替。測量誤差是指示值與約定真值之差。測量誤差通常是能夠定量評定的量，并可用于對測量值進(jìn)行修正。但是，對誤差的識別及其后的修正不可能完全精確，這種不精確性的本身將會產(chǎn)生測量不確定度。

還必須區(qū)分誤差與錯誤/疏忽。錯誤和疏忽既不能量化，也不是測量不確定度的輸入量。16*測量誤差分類

誤差可以分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩類。誤差等于隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差之和。

測量誤差示意圖如圖1.1所示。被測值為Y，真值為t，第i次測量結(jié)果為yi。由于測量誤差的存在，測得值（單次測得值yi或測量平均值y）與真值t不能重合。設(shè)測量值呈正態(tài)分布[N(，)]，則分布曲線總體均值的位置（即值）決定了系統(tǒng)誤差的大小；曲線的形狀（隨標(biāo)準(zhǔn)偏差而定）決定了隨機(jī)誤差的分布范圍[k

，k]，以及其在該范圍內(nèi)取值的概率。17*隨機(jī)誤差殘差系統(tǒng)誤差測得值y真值k測得值總體均值樣本均值測得值概率分布曲線ktyi圖1.1測量誤差示意圖誤差總體概率分布的期望有限次數(shù)測量平均值(總體均值的一個無偏估計(jì))單次測量值18*19**20*21*22允差允差有兩層含義，對測量而言，允差是對指定量量值的限定范圍或允許范圍。典型的例子是零部件特定尺寸的制造允差(最大/最小)，通常規(guī)定其能夠保證與配件的合適配合。要能夠測量這種零部件并保證符合允差，擴(kuò)展不確定度U就必須小于允差，通常推薦的最小比率為3~5比1。允差也常用于測量儀器設(shè)備，這時是指由儀器設(shè)備制造廠調(diào)試和檢定儀器設(shè)備時，儀器設(shè)備示值的合格范圍。儀器設(shè)備的允差是貢獻(xiàn)給測量不確定度的一個重要分量。在評定測量不確定度時，了解和解釋允差的確切含義和用途是重要的。23*準(zhǔn)確度定義：測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。

【注】1.不要用術(shù)語精密度代替準(zhǔn)確度。2.準(zhǔn)確度是一個定性的概念。

鑒于不可能準(zhǔn)確地確定真值的大小，因而定義“準(zhǔn)確度”這個術(shù)語說明測量結(jié)果與被測量的真值的接近程度，所以準(zhǔn)確度是一個定性的概念。因而準(zhǔn)確度不能量化，也不能作為一個量進(jìn)行運(yùn)算。

準(zhǔn)確度的高低常用誤差表示，誤差越小，分析結(jié)果的準(zhǔn)確度越高。24*最佳估值┈多次測量的平均值由于各種原因，例如由于環(huán)境條件的變化、測量器具沒有工作在完全穩(wěn)定的狀態(tài)、測量人員的讀數(shù)誤差等，使測量的讀數(shù)有變化，通常人們通過多次測量并取其讀數(shù)的算術(shù)平均值給出測量結(jié)果。平均值給出的是被測量“真值”的最佳估值。一般而言，測量數(shù)值越多，得到的“真值”的估計(jì)值就越好。理想的估計(jì)值應(yīng)當(dāng)用無窮多數(shù)值集來求平均值。但是增加讀數(shù)要做額外的工作，并增大測量成本，且會產(chǎn)生“縮小回報”的效果。什么是合理的次數(shù)呢？10次是普遍選擇的，因?yàn)檫@能使計(jì)算容易。20次讀數(shù)只比10次給出稍好的估計(jì)值，50次只比20次稍好。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)通常取6～10次讀數(shù)就足夠了。25*分散范圍(區(qū)間)－標(biāo)準(zhǔn)偏差在重復(fù)測量給出不同結(jié)果時，需要了解這些讀數(shù)分散范圍有多寬。測量結(jié)果的分散范圍告訴了我們關(guān)于測量不確定度的情況。通過了解讀數(shù)分散范圍有多大，就能著手判斷這次測量或這組測量的質(zhì)量如何。

定量給出分散范圍的常見形式是標(biāo)準(zhǔn)偏差。一個數(shù)集的標(biāo)準(zhǔn)偏差給出了各個讀數(shù)與該組讀數(shù)平均值之差的典型值。

根據(jù)“經(jīng)驗(yàn)”，全部讀數(shù)大概有三分之二（68.27％）會落在平均值的正負(fù)（±）1倍標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)，大概有全部讀數(shù)的95％會落在正負(fù)2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。雖然這種“尺度”并非普遍適用，但應(yīng)用廣泛。標(biāo)準(zhǔn)偏差的“真值”只能從一組非常大（無窮多）的讀數(shù)求出。由有限個數(shù)的讀數(shù)所求得的只是標(biāo)準(zhǔn)偏差的估計(jì)值，稱為實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差或估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，用符號s表示。26*概率密度概率p=95.45%概率p=68.27%等于概率曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積xf(x)整個分布曲線與橫坐標(biāo)圍成的面積(概率)等于1概率p=99.73%2323正態(tài)分布概率密度函數(shù)曲線隨機(jī)變量x的取值[s，2s]內(nèi)的概率為

p=81.86%27*分布┈┈數(shù)據(jù)散布的“形狀”一組數(shù)值的散布繪取不同的形式，或稱為服從不同的概率分布。（1）正態(tài)分布在一組讀數(shù)中，較多的讀數(shù)值靠近平均值，少數(shù)讀數(shù)值離平均值較遠(yuǎn)。這就是正態(tài)分布或高斯分布的特征。（2）均勻分布（矩形分布）當(dāng)測量值非常平均地散布在最大值和最小值之間的范圍內(nèi)時，就產(chǎn)生了矩形分布或稱為均勻分布。（3）其他分布還有其他分布形狀，但較少見，例如三角分布、反余弦分布（U型分布）等。28*29*測量不確定度概念測量結(jié)果的質(zhì)量測量給出關(guān)于某物的屬性，它可以告訴我們某物體有多重，或多長，或多熱。測量總是通過某種儀器或器具來實(shí)現(xiàn)的，尺子、秒表、稱重秤、溫度計(jì)等都是測量器具。被測量的測量結(jié)果通常由兩部分組成：一個數(shù)和一個測量單位。例如人體溫度37.2℃，人體溫度是被測量，37.2是數(shù)，℃是單位。對于復(fù)雜的測量，通過實(shí)際測量獲得被測量的測量數(shù)據(jù)后，通常需要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析、整理，有時還要將數(shù)據(jù)歸納成相應(yīng)的表示式或繪制成表格、曲線等等，亦即要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后給出測量結(jié)果。測量不確定度用于衡量測量結(jié)果的質(zhì)量。30*測量不確定度測量不確定度定義測量不確定度：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。（對測量結(jié)果正確性的懷疑程度）注：1.此參數(shù)可以是諸如標(biāo)準(zhǔn)偏差或其倍數(shù)，或說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度。2.測量不確定度由多個分量組成。其中的一些分量可用測量列結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布估算，并用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。另一些分量可用基于經(jīng)驗(yàn)或其他信息的假定概率分布估算，也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。3.測量結(jié)果應(yīng)理解為被測量之值的最佳估計(jì)，而所有的不確定度分量均貢獻(xiàn)給了分散性，包括那些由系統(tǒng)效應(yīng)引起的（如與修正值和參考測量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的）分量。

對測量結(jié)果正確性的懷疑程度31*測量不確定度4.不確定度恒為正值。5.不確定度一詞指可疑程度，廣義而言，測量不確定度定義為對測量結(jié)果正確性的可疑程度。不帶形容詞的不確定度用于一般概念，當(dāng)需要明確某一測量結(jié)果的不確定度時，要適當(dāng)采用一個形容詞，比如合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度或擴(kuò)展不確定度；但不要用隨機(jī)不確定度和系統(tǒng)不確定度這兩個術(shù)語，必要時可用隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度和系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度。32*如何理解不確定度？定義的注1指出，分散性這一“參數(shù)”可以是“標(biāo)準(zhǔn)偏差或其倍數(shù)”。

分散性是表示測量結(jié)果之間相互不一致程度的一個量，例如重復(fù)性、復(fù)現(xiàn)性，以及測量不確定度。

定義的注1還指出，測量不確定度是“說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度”。也就是說，測量不確定度需要用兩個數(shù)來表示：一個是測量不確定度的大小，即置信區(qū)間；另一個是置信水準(zhǔn)（或稱置信概率），表明測量結(jié)果落在該區(qū)間有多大把握。例如上述測量人體溫度為37.2℃或加或減0.05℃，置信概率為99％。該結(jié)果可以表示為：37.2℃±0.05℃，置信概率為99％

33*允許誤差下限值允許誤差上限值

示值誤差示值x

xTU

擴(kuò)展不確定度校準(zhǔn)值xr

xT圖3.1示值誤差、允許誤差T、測量不確定度U的關(guān)系區(qū)間半寬度34*如何理解不確定度？定義的注2指出，“測量不確定度由多個分量組成。其中的一些分量可用測量列結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分布估算，并用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。另一些分量可用基于經(jīng)驗(yàn)或其他信息的假定概率分布估算，也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征”?！敖?jīng)驗(yàn)的”或“假定概率的分布”說明，不確定度評定帶有主觀鑒別的成分。也就是說，測量不確定度評定與評定人員的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)密切相關(guān)。所以，定義中使用了“合理地”一詞。定義的注3指出，“所有的不確定度分量均貢獻(xiàn)給了分散性，包括那些由系統(tǒng)效應(yīng)引起的（如與修正值和參考測量標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的）分量”。也就是說，不確定度評定應(yīng)當(dāng)考慮已識別的系統(tǒng)效應(yīng)的影響。換句話說，測量結(jié)果是指對已識別的系統(tǒng)效應(yīng)修正后的最佳估值。

35*如何理解不確定度？定義的注4指出，不確定度恒為正值。當(dāng)由方差得出時，取其正平方根。所以人們說，測量不確定度只有正號。定義的注5指出，不確定度一詞指可疑程度?？梢愿爬ǖ卣f，測量不確定度是定量表示對測量結(jié)果的懷疑程度，以一個具有置信水準(zhǔn)的區(qū)間的形式表示，而且不能用不確定度數(shù)值來修正測量結(jié)果。36*不確定度的來源對被測量的定義不完整或不完善；實(shí)現(xiàn)被測量定義的方法不理想；取樣的代表性不夠，即被測量的樣本不能完全代表所定義的被測量；對測量過程受環(huán)境影響的認(rèn)識不周全，或?qū)Νh(huán)境條