計量基礎(chǔ)知識(中級).ppt

1、,全國質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人員職業(yè)資格考試,計量基礎(chǔ),南京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督技術(shù)咨詢服務中心,授課：魯凱,考題分布,計量基礎(chǔ),真題類型,計量基礎(chǔ),第一節(jié) 基本概念,第二節(jié) 計量單位,第三節(jié) 測量儀器,第四節(jié) 測量結(jié)果,第五節(jié) 測量誤差和測量不確定度,第六節(jié) 測量控制體系,一、計量的內(nèi)容、分類和特點,（一）計量的內(nèi)容 計量：是實現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準確可靠的活動。 計量學：是關(guān)于測量的科學，它涵蓋測量理論和實踐的各個方面。 計量管理：是為經(jīng)濟而有效地滿足社會對測量的需要而進行的一項法制、技術(shù)和管理方面的有組織的活動。 計量的內(nèi)容：包括六個方面。 （1）計量單位與單位制； （2）計量器具（或測量儀器），包括實

2、現(xiàn)或復現(xiàn)計量單位的計量基準、計量標準與工作計量器具； （3）量值傳遞與溯源，包括檢定、校準、測試、檢驗與檢測； （4）物理常量、材料與物質(zhì)特性的測定； （5）測量不確定度、數(shù)據(jù)處理與測量理論及其方法； （6）計量管理，包括計量保證與計量監(jiān)督等。,一、計量的內(nèi)容、分類和特點,（二）計量的分類 （1）科學計量：是指基礎(chǔ)性、探索性、先行性的計量科學研究，它通常采用最新的科技成果來準確定義和實現(xiàn)計量單位，并為最新的科技發(fā)展提供可靠的測量基礎(chǔ)。 （2）工程計量：又稱工業(yè)計量，是指各種工程、工業(yè)、企業(yè)中的實用計量。隨著產(chǎn)品技術(shù)含量提高和復雜性的增大，為保證經(jīng)濟貿(mào)易全球化所必需的一致性和互換性，它已成為生產(chǎn)

3、過程控制不可缺少的環(huán)節(jié)。 （3）法制計量：法制計量是指由政府或授權(quán)機構(gòu)根據(jù)法制、技術(shù)和行政的需要進行強制管理的一種社會公用事業(yè)，其目的主要是保證與貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測、資源控制、社會管理等有關(guān)的測量工作的公正性和可靠性。,一、計量的內(nèi)容、分類和特點,（三）計量的特點 （1）準確性：是指測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。 （2）一致性：測量結(jié)果應是可重復、可再現(xiàn)（復現(xiàn)）、可比較的。 （3）溯源性：是指任何一個測量結(jié)果或測量標準的值，都能通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，與測量基準聯(lián)系起來的特性。 （4）法制性：是指計量必需的法制保障方面的特性。,二、計量的法律法規(guī),（一）

4、中華人民共和國計量法 1985年9月6日公布，1986年7月1日起施行，共6章35條 立法的宗旨：加強計量監(jiān)督管理，保障國家計量單位制的統(tǒng)一和量值的準確可靠，有利于生產(chǎn)、貿(mào)易和科學技術(shù)的發(fā)展，適應社會主義現(xiàn)代化建設的需要，維護國家、人民的利益。 適用范圍：中華人民共和國境內(nèi)，所有國家機關(guān)、社會團體、中國人民解放軍、企事業(yè)單位和個人，凡是使用計量單位，建立計量基準、計量標準、進行計量檢定，制造、修理、銷售、使用計量器具和進口計量器具，開展計量認證，實施仲裁檢定和調(diào)解計量糾紛，進行計量監(jiān)督管理方面所發(fā)生的各種法律關(guān)系，均為計量法適用的范圍。,二、計量的法律法規(guī),（二）計量法律和法規(guī) 計量法律：即1

5、985年9月6日全國人大常委會審議通過的中華人民共和國計量法。 計量法規(guī)：計量行政法規(guī)和規(guī)范性文件，例如：中華人民共和國計量法實施細則、關(guān)于在我國統(tǒng)一實行法定計量單位的命令等。 計量規(guī)章、規(guī)范性文件 （1）國務院計量行政部門制定的各種全國性的單項計量管理辦法和技術(shù)規(guī)范。例如中華人民共和國強制檢定的工作計量器具明細目錄、國家計量檢定規(guī)程等。 （2）國務院有關(guān)主管部門制定的部門計量管理辦法。例如國防計量監(jiān)督管理條例等。 （3）縣級以上地方人民政府及計量行政部門制定的地方計量管理辦法。如南京市計量管理辦法等。,三、計量溯源、校準和檢定,（一）量值溯源 量值溯源性：通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比

6、較鏈，使測量結(jié)果或測量標準的值能夠與規(guī)定的參考標準（通常是國家計基準或國際計量基準）聯(lián)系起來的特性，稱為量值溯源性。 主要技術(shù)手段：校準和檢定。,三、計量溯源、校準和檢定,（二）校準 校準：在規(guī)定的條件下，為確定測量儀器（或測量系統(tǒng)）所指示的量值，或?qū)嵨锪烤撸ɑ騾⒖嘉镔|(zhì)）所代表的量值，與對應的由其測量標準所復現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作。 校準的主要目的： （1）確定示值誤差，有時（根據(jù)需要）也可確定其是否處于預期的允差范圍之內(nèi)； （2）得出標稱值偏差的報告值，并調(diào)整測量儀器或?qū)ζ涫局导右孕拚?（3）給標尺標記賦值或確定其他特性值，或給參考物質(zhì)的特性賦值。 （4）實現(xiàn)溯源性。,三、計量溯源、校

7、準和檢定,（三）檢定 檢定：查明和確認測量儀器是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。 強制檢定：指由政府計量行政主管部門所屬的法定計量檢定機構(gòu)或授權(quán)的計量檢定機構(gòu)，對某些測量儀器實行的一種定點定期的檢定。我國規(guī)定，用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測四個方面且列入中華人民共和國強制檢定的工作計量器具明細目錄的工作計量器具，屬于國家強制檢定管理范圍。此外，我國對社會公用計量標準，以及部門和企業(yè)、事業(yè)單位的各項最高計量標準，也實行強制檢定。 非強制檢定：指由使用單位自己或委托具有社會公用計量標準或授權(quán)的計量檢定機構(gòu)，對強檢以外的其他測量儀器依法進行的一種定期檢定。

8、檢定依據(jù)：計量檢定必須按照國家計量檢定系統(tǒng)表進行。計量檢定必須執(zhí)行計量檢定規(guī)程。（國家、部門、地方）,三、計量溯源、校準和檢定,（四）計量確認 計量確認：計量確認是指為確保測量設備滿足預期使用要求而進行的一組操作。 計量確認過程的輸入：計量確認過程有兩個輸入，即顧客計量要求和測量設備特性。 計量確認過程的輸出：確認過程的唯一輸出，則是測量設備的確認狀態(tài)，即測量設備是否滿足顧客的計量要求。,四、檢定、校準和確認的比較,本節(jié)要點,計量的分類（三個） 計量特點（四個） 法律法規(guī)構(gòu)成 校準、溯源、檢定的概念,一、概述,量值：用數(shù)值和測量單位(又稱計量單位)的乘積表示特定量的大小。例5.3m。 國家法定

9、計量單位：國際單位制計量單位和國家選定的其他計量單位。,二、法定計量單位的構(gòu)成,我國法定計量單位的構(gòu)成,（1）SI基本單位共7個,（2）包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的導出單位共21個,（3）由SI基本單位和具有專門名稱的SI導出單位構(gòu)成的組合形式的SI導出單位,（4）SI單位的倍數(shù)單位，包括SI單位的十進倍數(shù)單位和十進分數(shù)單，構(gòu)成倍數(shù)單位的SI詞頭共20個,（5）國家選定的作為法定計量單位的非SI單位共16個,（6）由以上單位構(gòu)成的組合形式的單位,SI基本單位,由SI基本單位和具有專門名稱的SI導出單位構(gòu)成的組合形式的SI導出單位,力矩的單位,單位符號 中文符號 中文名稱,Nm,加速度

10、的單位,m/s2,米/秒2,米每二次方秒,牛米,牛米,單位符號 中文符號 中文名稱,組合形式的單位,轉(zhuǎn)每分 r/min 米每秒 m/s 每米 m1 每攝氏度 1 千克每立方米 kg/m3 3.75103,三、法定計量單位的基本使用方法,（1）計量單位的名稱，一般是指它的中文名稱，不要與計量單位的符號和中文符號混淆。中文符號中帶“ /”，“.”符號，符號中的乘號沒有對應的名稱，除號的對應名稱為“每”字。中文符號只采用簡稱，中文名稱既可全稱，也可簡稱。,三、法定計量單位的基本使用方法,（2）在一個單位（組合形式單位）中，一般不允許國際符號與中文符號混用。如：速度單位不得寫成km/時，應寫成km/h

11、。 特殊如攝氏度（）（ 既是國際符號，又可作為中文符號使用）和習慣用的數(shù)詞如億、萬等可與其他單位的國際符號組合使用。如“焦耳每攝氏度”可寫成“焦”；統(tǒng)計運輸量常用萬噸公里，可記為“萬tkm”。 （3）組合單位的倍數(shù)單位一般只用一個詞頭，并盡量用于組合單位中第一個單位。對相除或乘和除組成的組合單位，其詞頭一般都應加在分子的第一個單位之前，分母一般不用詞頭，當分母為長度、面積、體積及質(zhì)量kg單位時，分母可選用某詞頭構(gòu)成組合單位。如：力矩單位kN，不宜寫成 k。,三、法定計量單位的基本使用方法,（4）如果單位中帶有冪，則冪的名稱應在單位之前。二次冪為二次方，三次冪為三次方，依此類推。 特例表示長度的

12、面積和體積時，則相應的指數(shù)名稱為平方和立方。,例1、 法定計量單位的體積單位名稱是（ ）。,例2、 斷面慣性矩的單位符號是m4，它的單位名稱是（ ）。,例3、 體積流量的單位符號是m3/s，它的單位名稱是（ ）。,立方米,四次方米,立方米每秒,三、法定計量單位的基本使用方法,例1、按我國法定計量單位使用方法規(guī)定，3應讀成（ ）。 A、3平方厘米 B、3厘米平方 C、平方3厘米,A,例2、 法定計量單位加速度的單位名稱是（ ）。 A、每秒每秒米 B、米每平方秒 C、米每二次方秒,C,例3、 法定計量單位牛頓每平方米的單位中文符號是（ ）。 A、牛頓/米 B、牛/米 C、牛頓/平方米,B,三、法定

13、計量單位的基本使用方法,（5）有些非物理量的單位（如件、臺、圓、人等）可用漢字與符號構(gòu)成組織形式單位。如表示機床年產(chǎn)量可用“臺年”或“臺a”。 （6）量值中的數(shù)值一般應采用阿拉伯數(shù)字。盡量避免用分數(shù)，而要用小數(shù)。如kg，應寫成.kg。帶有計量單位時，用阿拉伯數(shù)字書寫，如（讀作安培）。 （7）當數(shù)值的位數(shù)多時，如為整數(shù)后有個以上的“”或為純小數(shù)，小數(shù)點后面有個以上的“”，均可采用以n（n為正、負整數(shù)）的形式寫法，但有效位數(shù)中的“”必須全部寫出。如已明確這個數(shù)的有效位數(shù)是三位，則應寫成。,三、法定計量單位的基本使用方法,（8）單位的使用一般應使數(shù)值處于0.11000范圍內(nèi) 例：0.00351m可寫

14、成3.51mm; 1013Pa可寫成1.013kPa; 1.2104m可寫成12km。 （9）單位符號一般用正體小寫字母書寫,但是以人名命名的單位符號,第一個字母必須正體大寫，例如：“W” 、 “V” 、 “Hz” ?！吧钡姆枴發(fā)”，可以用大寫字母“L”。單位符號后，不得附加任何標記，也沒有復數(shù)形式。 （10）詞頭的名稱緊接單位的名稱，作為一個整體，其間不得插入其他詞。例如：面積單位km2的名稱和含義是“平方千米”，而不是千平方米。,三、法定計量單位的基本使用方法,（11）一般不在組合單位的分子分母中同時使用詞頭。例如：電場強度單位可用MV/m，不宜用kV/mm。詞頭加在分子的第一個單位符

15、號前，例如：熱容單位J/K的倍數(shù)單位kJ/K，不應寫成J/mK。同一單位中一般不使用兩個以上的詞頭，但分母中長度、面積和體積單位可以有詞頭，kg也作為例外。 （12）萬（104）和億（108）可放在單位符號之前作為數(shù)值使用，但不是詞頭。十、百、千、十萬、百萬、千萬、十億、百億、千億等中文詞，不得放在單位符號前作數(shù)值用。例如“3千秒-1”應讀作“三每千秒”，而不是“三千每秒”； 對“三千每秒”，只能表示為“3000秒-1”；讀音“一百瓦”，應寫作“100瓦”或“100W”。,本節(jié)要點,我國法定計量單位的組成 法定計量單位的使用方法,一、概述,測量儀器（計量儀器）：單獨地或連同輔助設備一起用以進行

16、測量的器具。 量具：使用時以固定形態(tài)復現(xiàn)或提供給定量的一個或多個已知值的器具。 檢定是查明和確認測量儀器是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。 檢驗是對使用中測量儀器進行監(jiān)督的重要手段，其內(nèi)容包括檢查測量儀器的檢定標記或檢定證書是否有效、保護標記是否損壞、檢定后測量方法儀器是否遭到明顯改動，以及其誤差是否超過使用中最大允許誤差等。,一、概述,測量儀器分類：按其結(jié)構(gòu)和功能特點可分為四種： （1）顯示式測量儀器，又稱為指示式測量儀器，它能直接或間接顯示出被測量的示值。例如：轉(zhuǎn)速計、溫度計、密度計、彈簧式壓力表、千分尺、電流表、功率表、頻率計等。這類測量儀器按其給出示值的形

17、式，又分為模擬式、數(shù)字式和記錄式三種。 （2）比較式測量儀器，它能使被測量具或使被測量與標準量具相互比較。例如：天平、長度比較儀、電位差計、光度計、測量電橋等。 （3）積分式測量儀器，它通過一個量對另一個量的積分來確定被測量值。例如：家庭用的電能表，測量的是在兩次付費時刻之間的一段時間內(nèi)，所耗用的電功率對時間的積分。又如：皮革面積測量儀，測量的是皮鞋攤平在平面上，其輪廓線所圍的平面面積。 （4）累積式測量儀器，它通過對來自一個或多個源中，同時或依次得到的被測量的部分值求和，來確定被測量值。例如：累積式皮帶秤，是通過累積器根據(jù)稱重和位移傳感器提供的信息，對皮帶測量段上每次稱得的各分量負荷進行累加

18、求和，并通過累積指示器顯示累積值。另處還有電子軌道衡、總加式電功率表等。,二、測量儀器的計量特性,1、測量系統(tǒng)：組裝起來以進行特定測量的全套測量儀器和其他設備。 例（a）測量半導體材料電導率的裝置； (b）校準體溫計的裝置。 注：1）測量系統(tǒng)可以包含實物量具和化學試劑。 2）固定安裝著的測量系統(tǒng)稱為測量裝備。 2、測量設備：測量儀器、測量標準、參考物質(zhì)、輔助設備以及進行測量所必需的資料的總稱。 3、標稱范圍：測量儀器的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍。 4、量程：標稱范圍兩極之差的模。 例：對從-10V10V的標稱范圍，其量程為20V。 5、標稱值：測量儀器上表明其特性或指導其使用的量值

19、，該值為圓整值或近似值。 例（a）標在標準電阻上的量值：100； (b）標在單刻度量杯上的量值：1L。,二、測量儀器的計量特性,6、測量范圍：測量儀器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值。 7、額定操作條件：測量儀器的規(guī)定計量特性處于給定極限內(nèi)的使用條件。 8、極限條件：測量儀器的規(guī)定計量特性不受損也不降低，其后仍可在額定操作條件下運行而能承受的極端條件。 9、參考條件：為測量儀器的性能試驗或為測量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件。 10、靈敏度：測量儀器響應的變化除以對應的激勵變化。 11、分辨力：顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。 12、穩(wěn)定性：測量儀器保持其計量特性隨時間恒定的能力。 13

20、、漂移：是測量儀器計量特性的慢變化。 14、示值誤差：測量儀器示值與對應輸入量的真值之差。 15、最大允許誤差：對給定的測量儀器，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。,三、測量儀器的選用原則,（一）技術(shù)性：通常應為測量對象所要求誤差的1/31/5,若條件不許可，也可為1/2，當然此時測量結(jié)果的置信水平就相應下降了。 （二）經(jīng)濟性：指該儀器的成本，應考慮和選擇易于安裝、容易維修、互換性好、校準簡單的測量儀器。應選用誤差分配合理的測量食品來組成測量裝置。,本節(jié)要點,計量器具的計量特性 計量器具的選用原則,一、測量準確度和精密度,（一）測量準確度 測量準確度是指測量結(jié)果與被測量真值之間的一致程度。測量準

21、確度是一個定性概念，不宜量化。 準確度等級是使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的測量儀器的等別、級別，通常按約定注以數(shù)字或符號。例如：準確度等級為0.4級。 （二）測量精密度 測量精密度是指在規(guī)定條件下獲得的各個獨立觀測值之間的一致程度。,二、測量重復性和再現(xiàn)性,（一）測量重復性 在相同測量條件下，對同一被測量進行連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性。 （二）測量再現(xiàn)性（復現(xiàn)性） 在改變了的測量條件下，對同一被測量的測量結(jié)果之間的一致性。 （三）區(qū)別 二者的測量條件不同，運用的目的不同。,本節(jié)要點,測量準確度和精密度的概念 測量重復性和再現(xiàn)性的概念,一、測量誤差和測量結(jié)果修正,（一）測量誤差 測量結(jié)果減去被

22、測量的真值所得的差，稱為測量誤差。根據(jù)其表示方式不同，可分為絕對誤差、相對誤差和引用誤差。 絕對誤差：測量結(jié)果減去被測量的真值。（有量綱） 相對誤差：絕對誤差與被測量的【約定】真值之比。（用百分數(shù)表示） 引用誤差：計量器具的絕對誤差與其特定值之比。,一、測量誤差和測量結(jié)果修正,誤差測量結(jié)果真值（測量結(jié)果總體均值）（總體均值真值） 隨機誤差系統(tǒng)誤差 隨機誤差對同一被測量進行無限多次測量所得的結(jié)果的平均值之差。 系統(tǒng)誤差對同一被測量進行無限多次測量所得的結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。 （二）測量結(jié)果修正 用代數(shù)方法與未修正測量結(jié)果相加，以補償其系統(tǒng)誤差的值，其大小等于絕對誤差，但符號相反。,一、

23、測量誤差和測量結(jié)果修正,（三）何謂偶然誤差、系統(tǒng)誤差、粗差？ 單次測量時誤差可大可小可正可負，但多次測量其平均值趨于零的誤差，叫偶然誤差。保持恒定或以可預知方式變化的誤差叫系統(tǒng)誤差。明顯歪曲測量結(jié)果的誤差叫粗差。,習題,1、某測量值為2000，真值為1997，則測量誤差為（ ），修正值為（ ）。 2、測量值為9998，修正值為3，則真值為（ ），測量誤差為（ ）。 3、某儀表量程010，于示值5處計量檢得值為4.995，則示值引用誤差為（ ），示值相對誤差為（ ）。 4、精度0.5級量程010的計量儀表，其允許最大示值誤差為（ ），量程050的計量儀表，其允許最大示值誤差為（ ）。,3,3,1

24、0001,3,0.05,0.1,0.05,0.25,二、測量不確定度,（一）基本概念 不確定度：合理地賦予測量之值的分散性、與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。 不確定度與誤差的區(qū)別：不確定度是說明被測量之值分散性的參數(shù)，它不說明測量結(jié)果是否接近真值。,二、測量不確定度,1、標準不確定度 標準不確定度：以標準差表示的測量不確定度，用符號u表示，指不確定度以標準差來表征測量之值的分散性。 合成標準不確定度：當測量結(jié)果是由若干個其它量的值求得時，測量結(jié)果的標準不確定度，等于這些其它量的方差和協(xié)方差平方和的正平方根，用符號uc表示。 2、擴展不確定度 用標準差的倍數(shù)或說明了置信水平的區(qū)間的半寬表示的測量不確定度

25、，通常用符號U表示。（它是將合成標準不確定度擴展了k倍得到的，k稱為包含因子。,二、測量不確定度,3、關(guān)系公式,二、測量不確定度,（二）測量不確定度的來源 （1）對被測量的定義不完整或不完善 （2）實現(xiàn)被測量定義的方法不理想 （3）取樣的代表性不夠，即被測量的樣本不能代表所定義的被測量 （4）對測量過程受環(huán)境影響的認識不周全，或?qū)Νh(huán)境條件的測量與控制不完善 （5）對模擬儀器的讀數(shù)存在人為偏移 （6）測量儀器的分辨力或鑒別力不夠 （7）賦予計量標準的值或標準物質(zhì)的值不準 （8）引用于數(shù)據(jù)計算的常量和其它參量不準 （9）測量方法和測量程序的近似性和假定性 （10）在表面上看完全相同的條件下，被測量

26、重復觀測值的變化,二、測量不確定度,（三）測量不確定度的評定,二、測量不確定度,1、測量模型的建立 設被測量Y由其它的n個測量值X1,X2, ,Xn 即Y=f（ X1,X2, ,Xn） 例：測量某長方體體積V，需測量長（x1）、寬（x2）、高（ x3 ）， 則V Y=f（ x1,x2,x3）= x1x2x3 測量結(jié)果y的不確定度取決于xi的不確定度u（xi）,二、測量不確定度,2、輸入估計值測量不確定度的評定 A類評定：通過對觀測列的統(tǒng)計分析來評定不確定度的方法。,注（1）n不小于6次 （2）標準不確定度一般取12位有效數(shù)字,二、測量不確定度,B類評定：用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法來評定

27、標準不確定度。 B類評定的信息來源 （1）以前的觀測數(shù)據(jù)； （2）對有關(guān)技術(shù)資料和測量儀器特性的了解和經(jīng)驗； （3）生產(chǎn)部門提供的技術(shù)說明文件； （4）校準證書、檢定證書或其他文件提供的數(shù)據(jù)、準確度的等別或級別，包括目前仍在使用的極限誤差、最大允許誤差等； （5）手冊或某些資料給出的參數(shù)數(shù)據(jù)及其不確定度； （6）規(guī)定實驗方法的國家標準或類似技術(shù)文件中給出的重復性限r(nóng)或復現(xiàn)性限R。,二、測量不確定度,未知擴展不確定度和包含因子求B類標準不確定度u(xi),估計xi變化范圍（半寬）a及其對應的分布,二、測量不確定度,已知擴展不確定度U和包含因子k,求B類標準不確定度u(xi),正態(tài)分布情況下置信概率p與包含因子kp間的關(guān)系,二、測量不確定度,68.27%,95.45%,99.73%,二、測量不確定度,3、輸出估計值標準不確定度的計算（合成標準不確定度）,以下情況相關(guān)項可以認為是零或影響非常?。?（1）輸入量相互獨立，或它們代表獨立進行的不同評定所得出的量； （2）輸入量中的一個可以作為常量看待； （3）研究表明輸入量之間沒有相關(guān)性的跡象。,二、測量不確定度,4、擴展不確定度的評定 擴展不確定度是確定測量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量之值的量，合理賦予被測量之值分布的大部