计量基础知识.ppt

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1、计量基础知识,2018/10/6,科技要发展，计量需先行。 聂荣臻,日常生活中，计量无处不在。可以毫不夸张地说，任何学科、任何部门、任何行业乃至任何活动，都离不开计量。事实充分表明，计量已成为科技、经济和社会发展的重要技术基础。计量水平的高低也已成为衡量一个国家经济发达程度的重要标志之一。所以我们更多的人需要更清楚的了解计量学。 近年，国外经济发达国家，更把现代化的计量检测手段与优质的原材料、先进的工艺装备一起并称为现代化生产的三大支柱。因此，计量科学技术得到各国政府、自然科学学界、经济管理界及企业领导人的普遍重视和支持. 计量在工业企业生产中起着基础性作用。计量工作是工业企业提高经济效益的重

2、要手段,是提高产品质量的保证。生产过程中，从原材料进厂的检测分析，到生产工艺流程中各工序的质量监测控制，直至成品、半成品检验，都必须有计量测试层层把关，严格控制。因为任何质量特性都是以一定的计量特性为表征的。一切要用数据说话，而数据必须准确可靠，这就要依靠完善的计量检测来实现。,2018/10/6,计量的定义,定义：实现单位统一、量值准确可靠的活动。 解释：以实现单位统一、量值准确可靠为目的测量，对整个测量领域起指导、监督、保证和仲裁作用。因此，计量是利用科学技术和监督管理手段实现测量统一和准确的一项事业。,2018/10/6,计量的分类,科学计量：基础性、探索性、先行性的计量科学研究。 工程

3、计量：也称工业计量，是指各种工程、工业企业中的应用计量。工业计量涉及面广，使各行各业普遍开展的一种计量，是生产过程控制不可缺少的环节。 法制计量：由政府或其授权机构进行强制管理的计量，包括对计量单位、计量器具（特别是计量基准标准）、测量方法及测量实验室的法定要求。主要涉及与安全防护、医疗卫生、环境监测和贸易结算等有利害关系或需要特殊新人领域的强制计量。,2018/10/6,计量的特点,准确性：以误差、不确定度为考核指标，来反映计量结果与测量真值接近程度。 统一性：计量学最本质的特征。 溯源性：为了使计量结果准确可靠，任何量值都必须溯源于该量值的基准。即任何量值均能追溯到“源”头。量值的基准，是

4、确保计量活动结果能满足量值的准确可靠和统一的基础。 法制性：所有计量活动均应符合计量法规定。,2018/10/6,计量器具,计量器具（测量仪器）：单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。 实物量具：以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具。本身不带指示器，例：砝码，量块。 计量仪器：单独地或连同其他设备一起用以进行测量的仪器，它将被测量转换成可直接观察的实质或等效信息。例：天平。 标准物质：具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。计量部门使用的通常为“有证标准物质”。 测量系统：组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其

5、他设备。,2018/10/6,计量器具的特性,有关工作范围的特性：标称值，标称范围，测量范围，量程 有关响应方面的特性：分辨力 有关准确度方面的特性： 准确度等级：级别根据示值误差来确定，表明示值误差的档次；等别根据测量不确定度来确定，表明实际值的扩展不确定度的档次。 最大允许误差：误差极限值。 有关性能方面的特性： 稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。 重复性：在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，测量仪器提供相近示值的能力。,2018/10/6,计量检定,检定：查明和确认计量器具是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。 检定是由检定人员利用测量标准，按

6、照计量检定规程要求，对首次检定、后续检定和使用中检验的计量器具进行一系列的具体活动，以确定计量器具的准确度、重复性、稳定度、灵敏度等是否符合规定。计量检定必须出具证书或加盖印记，及封印等，以判断其是否合格。,2018/10/6,计量检定的特点,检定对象：计量器具。 检定目的：判定计量器具是否符合法定要求。 检定依据：计量检定规程。 检定结果：检定必须作出是否合格的结论，并出 具证书或加盖印记。 检定性质：计量检定具有法制性。 检定主体：计量检定人员。,2018/10/6,计量检定的分类,按管理性质：强制检定、非强制检定。 按检定次序：首次检定、后续检定。 按管理环节：出厂检定、进口检定、验收检

7、定、周期检定、修后检定、仲裁检定。 按检定数量：全量检定、抽样检定。,2018/10/6,强制检定,由政府计量行政主管部门所属的法定计量检定机构或授权的计量检定机构，对社会公用计量标准器具、部门和企事业单位的最高计量标准器具，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面列入国家强制检定目录的工作计量器具，实行定点定期检定。 特点（1）由政府计量行政主管部门统管，指定法定的或授权的技术机构具体执行；（2）固定检定关系、定点送检；（3）检定周期由执行强制检定的技术机构按照计量检定规程来确定。,2018/10/6,校准的定义及其含义,校准定义：在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或

8、实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。 含义：通过校准，我们可以将仪器的当前测量值与标准值进行比对，按照校准链，将其溯源到标准所复现的量值，并获得校准报告，掌握测量不确定度。通过校准可以让仪器持续“精准”，保持最佳性能。,2018/10/6,校准与检定的区别,2018/10/6,量值传递与量值溯源性,量值传递：通过对计量器具的检定或校准，将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具，以保证对被测对象量值的准确一致。 溯源性：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准，通常是与国家测量标准或

9、国际测量标准联系起来的特性。,2018/10/6,量值传递与量值溯源区别,2018/10/6,量值溯源的原则,全部测量设备必须是可溯源的。在量值溯源时，必须依照国家计量检定规程或有关规定的技术方法进行。,2018/10/6,量值溯源的方式,用实物计量标准进行检定或校准； 发放标准物质； 实验室之间比对或验证测试； 计量保证方案（MAP）,2018/10/6,量值溯源的方式 用实物计量标准进行检定或校准,用实物计量标准进行检定或校准：最常用，是一种传统量值溯源或传递的基本方式，即送检单位将需要检定或校准的计量器具送到建有高一等级实物计量标准的计量检定机构去检定或校准，或者由负责检定或校准的单位，

10、派员将可搬运的实物计量标准带到被检单位进行现场或巡回的检定或校准。 特点：规定具体，易于操作，简单易行，是最主要，应用最广泛的量值溯源方式。,2018/10/6,量值溯源的方式发放标准物质,主要用于化学计量领域。不送被检器具，检定迅速方便，而且可用于现场使用 。,2018/10/6,量和单位的基本概念,量：现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。它是计量学的研究对象。定性区别是指量在特性上的差别，如：几何量、电学量；定量确定是指确定具体的量，又称特定量，如确定某一零件长度为3.29m。 量值：一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。 单位：为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特

11、定量。,2018/10/6,国际单位制,国际单位制是由国际计量大会（CGPM）采纳和推荐的一种一贯单位制。它的国际通用符号为“SI”。包括SI单位和SI单位的倍数单位。 SI单位是国际单位制中由基本单位和导出单位构成一贯单位制的那些单位。除质量外，均不带SI词头（质量的SI单位为千克）。图9-1 SI单位的倍数单位包括SI单位的十进倍数单位和分数单位。图9-1,国际单位制（SI）,SI 单位,SI 单位的倍数单位,SI 基本单位,SI 导出单位,包括SI 辅助单位在内的具有专门名称的SI 导出单位,组合形式的SI 导出单位,2018/10/6,SI基本单位,表9-1 7个SI基本单位。长度，

12、米， m ； 质量，千克（公斤），kg；时间，秒，；电流，安【培】，A；热力学温度，开【尔文】，K；发光强度，坎【德拉】，cd；物质的量，摩【尔】，mol 注意量的名称、单位名称、单位符号的区别 。,国际单位制（SI）,SI 单位,SI 单位的倍数单位,SI 基本单位,SI 导出单位,包括SI 辅助单位在内的具有专门名称的SI 导出单位,组合形式的SI 导出单位,2018/10/6,SI导出单位,SI导出单位是用SI 基本单位以代数形式表示的单位。表9-2 （1）包括SI 辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位；大都由基本量通过乘除形式导出。 （21个）（2）组合形式的SI 导出单位：用SI

13、 基本单位和具有专门名称的SI 导出单位或（和）SI 辅助单位以代数形式表示的单位,国际单位制（SI）,SI 单位,SI 单位的倍数单位,SI 基本单位,SI 导出单位,包括SI 辅助单位在内的具有专门名称的SI 导出单位,组合形式的SI 导出单位,2018/10/6,SI单位的倍数单位,SI单位的倍数单位由SI词头与SI 单位（包括SI 基本单位、SI 导出单位）构成。 SI 词头。表9-3,国际单位制（SI）,SI 单位,SI 单位的倍数单位,SI 基本单位,SI 导出单位,包括SI 辅助单位在内的具有专门名称的SI 导出单位,组合形式的SI 导出单位,2018/10/6,法定计量单位,图

14、10-1 （1）国际单位制的基本单位； （2）国际单位制中包括辅助单位在内的具有专门名称的导出单位； （3）我国选定的可与国际单位制单位并用的非国际单位制单位；（表10-1） （4）由以上单位构成的组合形式的单位； （5）由SI 词头和以上单位构成的倍数单位（十进制倍数和分数单位）,2018/10/6,法定计量单位,可与国际单位制单位并用的非国际单位表10-1 组合形式的单位：凡是有两个或两个以上的单位以乘、除组合构成的单位及由一个单位与数学符号或数字指数构成的单位均为组合形式单位。如：米每秒 m/s （由两个单位以除组合构成的单位）每米 m-1 （一个单位与数学符号构成的单位）3.7510-

15、3m （一个单位与数字指数构成的单位）,2018/10/6,法定计量单位使用规则,组合单位的中文名称，与其单位符号表示顺序一致。 乘方形式的单位名称，其顺序应是指数名称在前，单位名称在后。 法定计量单位和词头符号。（采用正体）例：l = 8.2 cm,2018/10/6,量的表达,量的名称 量的符号：必须斜体。 量符号的下标,2018/10/6,量值的表达,避免使用，ppm，ppb,ppt 选择合适的倍数单位，使量的数值处于0.11000.例：0.00351 m可写成 3.51 mm。 在证书或报告中的量值，在数值后面不用单位的中文名称。 不能在单位符号上附加量的特性和测量过程信息的标志。 例

16、Umax= 500 V不能写成U = 500 Vmax 如果所表示的量值为几个量的和或差，则应当加圆括号。例P112 几何尺寸应表示成量值的乘积。 相对量值的表达 量值相乘的表达,2018/10/6,计量单位换算,近似值法定计量单位换算时有效位的截取 设换算前后的两个数分别是M 和 N ，两个数有效部分的前两个数值分别为m 与 n。 三个原则。 当 (mn) ，则换算后量值有效位数比换算前量值 有效位数多一位； 当 (nm) ，则换算后量值有效位数比换算前量值 有效位数少一位； 当 或 ，则换算前、后量值有效位数相同。,2018/10/6,计量单位换算,带有测量不确定度表示的近似值和换算当不确

17、定度的第一位有效数字是1和2时，应保留两位有效数字，而3以上则只用一位有效数字例P114 极限值的单位换算 对于极大值(max),只舍不入（不能更大）； 对于极小值(min),只入不舍（不能更小）。,2018/10/6,测量误差,测量：以确定量值为目的的一组操作。 测量误差的来源：测量器具、方法误差、环境误差、人员误差。 测量误差客观存在，可以被控制得越来越小，但不能使其等于零。,2018/10/6,绝对误差,绝对误差：所获得结果减去被测量的真值。 = x x0 真值（1）理论真值（2）约定真值 在实际测量中，通常利用被测量的实际值、已修正过的算术平均值、计量标准器所复现的量值以及计量学约定值

18、作为约定真值。 绝对误差的特点（1）有单位，与测量结果相同（2）有大小和符号（3）绝对误差不是对某一被测量而言，而是对该量的某一给出值。例：P122,2018/10/6,相对误差和引用误差,相对误差：绝对误差与被测量的（约定）真值之比。相对误差一般用百分数（%）表示，也可以表示为数量级A10-n的形式。 相对误差只有大小和正负号，而无计量单位。 引用误差：计量器具的绝对误差与特定值之比.引用误差一般用百分数（%）表示，也可以表示为数量级A10-n的形式。 特定值：，也称引用值，一般是计量器具的量程或标称范围的最高值。,2018/10/6,测量方法,直接测量法（比较法）：不必测量与被测量有函数关

19、系的其他量，直接得到被测量的测量方法。（多数） 间接测量法（分部法） 组合测量法（组合法）,2018/10/6,随机误差,随机误差：有很多暂时未能掌握或不便掌握的微小因素构成，以不可预知方式综合地影响测量结果。就某一次测量而言，大小和符号都不确定，但作为多次测量总体而言，它服从一定规律，因此可以用统计方法分析其对测量结果的影响。 特点：单峰性、对称性、有界性、抵偿性 随机误差的评定：按统计方法来评定，如用算术平均值来评定测量结果的数值，用实验标准偏差、算数平均值实验标准偏差来评定测量结果的分散性。,2018/10/6,系统误差,定义：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值

20、与被测量的真值之差。 产生原因：标准仪器或设备、环境条件、测量方法、测量人员。 系统误差等于误差减去随机误差。,2018/10/6,测量不确定度与测量误差,测量不确定度：表征合理地赋予被测量的分散性，是与测量结果相关联的参数。 定量，恒为正。 测量误差：测量结果与被测量真值之差。以真值为中心，表示测量结果对真值的偏离量，因此它是一个确定的差值。说明测量结果与真值的差异程度。 测量不确定度以测量结果为中心，他评估测量结果与被测量真值相符合的程度。表示被测量之间的分散性。是一个区间。,2018/10/6,计量器具的示值误差,计量器具示值误差的表达形式 绝对误差：P134 相对误差： 引用误差 计量

21、器具准确度等级 “级”根据示值误差大小确定，表明示值的档次，按计量器具的标称值使用。 “等”根据扩展不确定度大小确定，表明测量结果扩展不确定度的档次。,2018/10/6,测量结果的重复性与复现性,重复性：在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量多的结果之间的一致性。 重复性条件：相同的测量程序；相同的观测者；在相同的条件下使用相同的仪器；相同地点；在短时间内重复测量。 复现性：在测量条件变化下，同一被测量的测量结果之间的一致性。 变化条件：测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考计量标准；地点、使用条件、时间等。 主要用于评定两不同实验室所给出的测量结果之差。,2018/10/6,测

22、量误差的计算基础,算术平均值：P139残余误差：实验标准偏差：算术平均值实验标准偏差,2018/10/6,数据判断与剔除,粗大误差：明显超出规定条件下预期的误差。（1）剔除（2）统计法判断,2018/10/6,数据修约有效位数,从左边第一个非零数字算起所有有效数字的个数，即为有效数字的位数。 修约间隔： 末位单位： “1”间隔修约规则：4舍6入，遇5偶数法则。 “2”间隔修约规则 “5”间隔修约规则 修约误差,2018/10/6,近似运算,加减运算 乘除运算 修约注意事项,2018/10/6,极限数值的判定方法与修约,修约值比较法 全数值比较法,2018/10/6,测量结果的有效位的保留,测量

23、结果不确定度一般采用12位有效数字表达。 最后保留结果与保留的测量不确定度位数对齐。 相关系数保留3位有效数字即可。 一般测量结果不确定度采取只进不舍 ；有效自由度采取直舍不进。,2018/10/6,不确定度的评定与表示,对测量设备进行校准后，要出具校准证书，按照ISO/IEC17025检测和校准试验室能力通用要求和JJF1069法定计量机构考核规范的规定，应给出测量结果和测量不确定度。,2018/10/6,不确定度来源,测量不确定度的来源：10项 测量不确定度的分类：A类，B类 （1）A类：用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。通常情况下，用算术平均值实验标准偏差计算。 （2）B类

24、：而用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。,2018/10/6,不确定度来源,B 类不确定度分量的评定依据： 以前的观测数据（如计量标准的数据)； 对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验； 技术说明文件（如说明书） 校准证书、检定证书所提供的数据（或准确度等级） 手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度。 规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限或复现性限。,2018/10/6,测量不确定度的评定步骤,建立数学模型：寻找不确定度来源； A类标准不确定度评定：用统计方法，测量次数大于等于6次； B类标准不确定度评定： 合成标准不确定度的评定； 扩展标准不确定度的评定； 测量不确定度报告与表示。,谢谢 2010.12,