第一章計量學基礎

1、第一章第一章 計量學基礎知識計量學基礎知識知識要點知識要點掌握：掌握：量量、計量、測量、計量學、計、計量、測量、計量學、計量學研究的主要內容、溯源性、法制計量學研究的主要內容、溯源性、法制計量量前前 言言不妨引用當代國際知名學者對計量事業(yè)的評價作為前言不妨引用當代國際知名學者對計量事業(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、英國皇家科學院院士國際計量局榮譽局長、英國皇家科學院院士T 奎恩奎恩 “ “計量是一種計量是一種油油，它能保證市場貿易平滑進行，它能保證市場貿易平滑進行”

2、。 西蘭經濟學家西蘭經濟學家B伊思通伊思通 “計量是世界上最先進、難度最大的科學計量是世界上最先進、難度最大的科學”。 諾貝爾獎獲得者、德國科學家馮諾貝爾獎獲得者、德國科學家馮克里青克里青 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 自然界的一切現象或物質，都是通過一定的自然界的一切現象或物質，都是通過一定的“量量”來描來描述和體現的。也就是說，述和體現的。也就是說，“量量”是現象、物體或物質可定性是現象、物體或物質可定性區(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，要認識大千世界和造福因此，要認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，既要區(qū)分量的進行分析和確認，既要區(qū)分量的性質，又要確定其量值。計量正是達到這種目的的重要手段性質，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的定性分析和定量確認的過程。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， 計量是實現單位統(tǒng)計量是實現單位統(tǒng)一、保障量值準確可靠的活動。一、保障量值準確可靠的活動。 目的：目的：是實現單位統(tǒng)一和量值可靠。是實現單位統(tǒng)一和量值可靠。 內容：內容：是為實現這一目的所進行的各項活動。是為實現這一目的所進

4、行的各項活動。 范圍：范圍：非常廣泛，涉及生產、科技、法律、非常廣泛，涉及生產、科技、法律、行政管理等各方面。最終目的是為國民經濟、社行政管理等各方面。最終目的是為國民經濟、社會發(fā)展和科技進步服務。會發(fā)展和科技進步服務。 單位統(tǒng)一：單位統(tǒng)一：包括建標、量傳、溯源、標定、校準、包括建標、量傳、溯源、標定、校準、 比對等。比對等。 準確：準確：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）準確性（計量的基礎）準

5、確性（計量的基礎） 準確性是計量的基本特點。它表征的是計量結果與被測量準確性是計量的基本特點。它表征的是計量結果與被測量 的真值的接近程度。嚴格地說，只有量值，而無準確程度的結的真值的接近程度。嚴格地說，只有量值，而無準確程度的結果，不是計量結果。也就是說，計量不僅應明確給出被測量的果，不是計量結果。也就是說，計量不僅應明確給出被測量的量值，而且還應給出該量值的不確定度量值，而且還應給出該量值的不確定度(或誤差范圍或誤差范圍)，即準確，即準確性。更嚴格地說，還應注明計量結果的影響量的值或范圍。否性。更嚴格地說，還應注明計量結果的影響量的值或范圍。否則，計量結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，也是指在一定準確程度內的統(tǒng)一。也是指在一定準確程度內的統(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，只要符合有關計任何器具以及任何人進行計量，只要符合有關計量的要求，計量結果就應在給定的不確定度（或量的要求，計量結果就應在給定的不確定度（或誤差范圍）內一致。否則，計量將失去其社會意誤差范圍）內一致。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，而且也適用義。計量的一致性，不僅限于國內，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，對計算結果在實際工作中，由于目的和條件的不同，對計算結果的要求也各不相同。為使計量結果準確一致，所有的同種的要求也各不相同。為使計量結果準確一致，所有的同種量值都必須由同一個計量基準量值都必須由同一個計量基準(或原始標準或原始標準)傳遞而來。換句傳遞而來。換句話說，任何一個計量結果，都能通過連續(xù)的比較鏈溯源到話說，任何一個計量結果，都能通過連續(xù)的比較鏈溯源到計量基準。這就是溯源性。計量基準。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識相對統(tǒng)一，從而使計量的們的認識相對統(tǒng)一，從而使計量的“準確準確”和和“一致一致”得得到技術保證。就一國而論，所有的量值都應溯源于國家計到技術保證。就一國而論，所有的量值都應溯源于國家計量基準；就國際而論，則應溯源于國際計量基準或約定的量基準；就國際而論，則應溯源于國際計量基準或約定的計量標準。否則，量值出于多源，不僅無準確一致可言，計量標準。否則，量值出于多源，不僅無準確一致可言，而且勢必造成技術上和應用上的混亂，以致釀成嚴重的后而且勢必造成技術上和應用上的混亂，以致釀成嚴重的后果果。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，量值的準確一致，不僅要有一定的技術手段，而且還要有量值的準確一致，不僅要有一定的技術手段，而且還要有相應的法律、法規(guī)的行政管理，特別是那些對國計民生有相應的法律、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)境保護以及貿易結算中的計量，更必須有法制保障。否則，量值的及貿易結算中的計量，更必須有法制保障。否則，量值的準確一致便不能實現，計量的作用也就無法發(fā)揮。準確一致便不能實現，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，而又嚴于一般測量；也可以說，計量點。計量屬于測量，而又嚴于一般測量；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。包括計量立法、統(tǒng)一計量單是政府行為及職責。包括計量立法、統(tǒng)一計量單位、測量方法器具及測量結果的控制、法定計量檢定機構及測位、測量方法器具及測量結果的控制、法定計量檢定機構及測量實驗室管理等。量實驗室管理等。 2）科學計量科學計量：是計量的基礎。

11、包括以最新的科技成果定義計量是計量的基礎。包括以最新的科技成果定義計量單位、為科技發(fā)展提供基礎支撐等。單位、為科技發(fā)展提供基礎支撐等。3）工程計量工程計量：是計量的應用。包括建立企業(yè)計量檢測體系、建是計量的應用。包括建立企業(yè)計量檢測體系、建立校準測試服務市場、發(fā)展儀器儀表產業(yè)等。是國家工業(yè)競爭立校準測試服務市場、發(fā)展儀器儀表產業(yè)等。是國家工業(yè)競爭力的重要標志之一。力的重要標志之一。4. 計量的內容計量的內容 包括計量理論、計量技術和計量管理等。具包括計量理論、計量技術和計量管理等。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）測量理論與數據處理、不確定度及其方法。）測量理論與數據處理、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、也可復雜；可自動、）測量是操作：可簡單、也可復雜；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果。被測量到測量結

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。適用于各領域的測量。各領域的測量。 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、計量學四、計量學 1.定義定義 計量學是計量學是關于測量的科學。關于測量的科學。 它涵蓋有關測量的理論與實踐的各方面：它涵蓋有關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、標可測的量、計量單位和單位制、計量基準、標準的建立復現保存及使用、測量理論及方法、準的建立復現保存及使用、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、測量結果及不確定度評定、計量法

14、制與管理等。測量結果及不確定度評定、計量法制與管理等。 作為一門科學，與其它學科最大的不同是同作為一門科學，與其它學科最大的不同是同國家法律法規(guī)及行政管理的結合密切國家法律法規(guī)及行政管理的結合密切 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.計量學研究的主要對象 （l l）計量單位及其基準、標準的建立、復制、）計量單位及其基準、標準的建立、復制、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）有關計量的一切理論和實際問題）有關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。 當前普遍開展的有當前普遍開展的有幾何量、熱學（溫幾何量、熱學（溫度）、力學、電磁學、（無線電）電子學、度）、力學、電磁學、（無線電）電子學、時間頻率、光學、電離輻射、聲學和化學時間頻率、光學、電離輻射、聲學和化學量計量，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，在一些高新技術領域（如：量對象。同時，在一些高新技術領域（如：生物、醫(yī)學、環(huán)保、信息、航天和軟件等生物、醫(yī)學、環(huán)保、信息、航天和軟件等的專業(yè)領

16、域）的計量測試也已逐步開展起的專業(yè)領域）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（溫度）計量熱學（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。 力學計量力學計量：研究的對象是物體力學量的計量和測試。：研究的對象是物體力學量的計量和測試。包括質量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、轉速、包括質量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、轉速、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。電磁學計量電磁學計量：研究的對象是電學量領域的電流、電壓、電阻、電容、電研究的對象是電學量領域的電流、電壓、電阻、電容、電桿、功率等參量及磁學量領域的磁場、磁材料的測量桿、功率等參量及磁學量領域的磁場、磁材料的測量 光學計量光學計量：主要內容包括光度、色度、輻射、激光、：主要內容包括光度、色度、輻射、激光、材料光學等等。材料光學等等。 時間頻率計量時間頻率計量：研究時間頻率基準建立、測量及相關：研究時間頻率基準建立、測量及相關參量（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。 聲學計量：聲學計量：研究聲學基本參量（

18、如聲壓、聲強）和主觀研究聲學基本參量（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）電子學計量：無線電）電子學計量：主要研究與電磁波有關的各種電主要研究與電磁波有關的各種電磁參量（電壓、功率、衰減、噪聲、失真系數、調幅系數等磁參量（電壓、功率、衰減、噪聲、失真系數、調幅系數等等）的計量。等）的計量。 化學計量：化學計量：關于物質成分、物理化學性質和物質結構的關于物質成分、物理化學性質和物質結構的測量。測量。 電離輻射計量：電離輻射計量：研究電離輻射相關量的測量方法。所謂研究電離輻射相關量的測量方法。所謂電離輻射是一切能引起物質電離的

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、質子，不帶電粒子有中子粒子、質子，不帶電粒子有中子以及以及X X射線、射線、Y Y射線。射線。 標準物質：標準物質：所謂標準物質是具有一種或多種均勻并已確所謂標準物質是具有一種或多種均勻并已確定了特性值的，用于校準測量設備、評價測量方法或者給材定了特性值的，用于校準測量設備、評價測量方法或者給材料賦值的物質或材料。也稱參考物質?？梢允羌兊幕蚧旌系牧腺x值的物質或材料。也稱參考物質。可以是純的或混合的氣體、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準實現量值準確統(tǒng)一計量是通過建立基標準實現量值準確統(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。 計量實現單位統(tǒng)一、量值準確可靠的 活動。 計量學關于測量的科學。 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）使用標準器）使用標準器 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)現了數百個弩機的部件，在秦始皇陵中發(fā)現了數百個弩機的部件，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，這是現代工業(yè)化的標準工藝，這是現代工業(yè)化的標準工藝，在秦時代就使用了，非常了不起。在秦時代