計量基礎(chǔ)中級

計量基礎(chǔ)中級第一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第一節(jié)基本概念一、計量的內(nèi)容、分類和特點1．計量與測量

計量——實現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準確可靠的活動。

測量——以確定量值為目的的一組操作。（一）計量的內(nèi)容第二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五2.計量的對象與內(nèi)容（1）計量對象

物理量

工程量

心理量

化學(xué)量

生理量第三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（2）計量內(nèi)容

計量單位與單位制

計量器具（測量儀器）

量值傳遞與溯源

物理常量、材料和物質(zhì)特性的測定

測量不確定度、數(shù)據(jù)處理、測量理論及其方法

計量管理（計量保證、監(jiān)督）第四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）計量的分類①科學(xué)計量——基礎(chǔ)性、探索性、先行性的計量科研②工程計量（工業(yè)計量）——工程、工業(yè)、企業(yè)中的實用計量③法制計量——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)第五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（三）計量的特點1.準確性——測量結(jié)果與被測量真值的一致程度。2.一致性——在統(tǒng)一計量單位的基礎(chǔ)上，無論在何時何地采用何種方法，使用何種測量儀器，及由何人測量，只要符合有關(guān)要求，其測量結(jié)果應(yīng)在給定區(qū)間內(nèi)有一致性。第六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五3.溯源性——任何測量結(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——計量必需的法制保障方面的特性。第七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五二、計量法律和法規(guī)1．計量法的基本內(nèi)容計量立法宗旨計量單位制計量監(jiān)督計量認證計量法律責(zé)任調(diào)整范圍計量器具管理計量授權(quán)計量糾紛處理第八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五2．計量法規(guī)體系計量法計量行政法規(guī)和規(guī)范性文件規(guī)章和規(guī)范性文件第九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五三、量值的溯源、校準和檢定（一）量值溯源體系1．量值溯源性——通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結(jié)果或測量標準的值能夠與規(guī)定的參考標準聯(lián)系起來的特性。實現(xiàn)量值溯源的主要技術(shù)手段是校準和檢定第十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五2．溯源等級圖（量值溯源體系表）國家計量基準副計量基準工作計量基準社會公用計量標準（國家專業(yè)計量站）社會公用計量標準（國家專業(yè)計量分站）社會公用計量標準（省級）社會公用計量標準（市級）社會公用計量標準（縣級）部門最高計量標準部門計量標準企業(yè)、事業(yè)單位最高計量標準企業(yè)、事業(yè)單位計量標準工作計量器具（企業(yè)、事業(yè)、市場等）第十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）校準1．校準——在規(guī)定條件下，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(yīng)的由其測量標準所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作。2．校準的主要含義第十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五3．校準目的——確定示值誤差——得出標稱值偏差，進行調(diào)整、修正——賦值——實現(xiàn)溯源性校準依據(jù)——校準規(guī)范或校準方法，通常統(tǒng)一規(guī)定，特殊情況下也可自行制定。校準結(jié)果——記在校準證書（報告）中，也可用校準因數(shù)（或曲線）表示。第十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（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，其包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。檢定分強制檢定和非強制檢定第十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五強制檢定（范圍）——用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測且列入《強檢目錄》的測量儀器；社會公用計量標準，部門、企（事）業(yè)單位的最高計量標準。強檢特點——計量行政部門統(tǒng)管，法定/授權(quán)機構(gòu)進行，定點送檢，檢定周期由執(zhí)行機構(gòu)按檢定規(guī)程并結(jié)合實際確定。第十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五非強制檢定——強制檢定以外的，使用單位依法自主管理，自由送檢，自求溯源，自定檢定周期檢定依據(jù)——計量檢定規(guī)程隨著經(jīng)濟發(fā)展，對大量非強檢測量儀器，為達到統(tǒng)一量值的目的，應(yīng)以校準為主。第十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)計量單位一、概述計量單位（定義）：定量表示同種量的大小而約定地定義和采用的特定量。計量單位制：為給定量值按給定規(guī)則確定的一組基本單位和導(dǎo)出單位。一貫單位：由比例因數(shù)為1的基本單位冪的乘積表示的導(dǎo)出單位。如：牛頓（N）kg·m/s2

焦爾（J）N·m第十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五二、法定計量單位的構(gòu)成1.法定計量單位——由國家法律承認、具有法定地位的計量單位。2.我國法定計量單位的構(gòu)成——以國際單位制（SI）為主體，包括國際單位制單位和國家選定的其他計量單位。第十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五中華人民共和國法定計量單位構(gòu)成的示意圖第十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五3．SI單位組成——SI基本單位、SI導(dǎo)出單位、SI單位的倍數(shù)單位（一）SI基本單位第二十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）SI導(dǎo)出單位包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位第二十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第二十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（三）SI單位的倍數(shù)單位

SI詞頭（倍數(shù)單位的詞頭）（常見）第二十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（四）可與SI單位并用的我國法定計量單位第二十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五三、法定計量單位的基本使用方法1.法定單位名稱全稱與簡稱：牛（頓）、焦（爾）、瓦（特）、伏（特）符號乘/除讀法：

N·m牛（頓）米

r/min轉(zhuǎn)每分

J/kg·K焦（耳）每千克開（爾文）5kg/m25千克每平方米第二十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五2.詞頭與符號第二十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五3.詞頭使用規(guī)則詞頭不得重疊使用（正：nm；誤：mμm）選用詞頭，一般應(yīng)使量的數(shù)值處于0.1~1000

范圍內(nèi)（正：0.1μF，誤：100000pF）第二十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五詞頭通常加在組合單位的第一個單位之前（正：kN·m誤：N·km）由相除構(gòu)成的組合單位中，分母不用詞頭（正：kJ/mol誤：J/mmol）詞頭與單位應(yīng)視為一體第二十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)測量儀器一、概述（一）測量儀器的分類1．測量儀器（計量器具）——單獨地或連同輔助設(shè)備用以進行測量的器具2．測量儀器按結(jié)構(gòu)、功能特點分為：

顯示式測量儀器比較式測量儀器積分式測量儀器累積式測量儀器3．測量儀器按計量學(xué)用途分為：

測量基準測量標準

工作用測量儀器第二十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）測量設(shè)備測量設(shè)備——測量儀器、軟件、測量標準、參考物質(zhì)、輔助設(shè)備及它們的組合輔助設(shè)備——本身不能給出量值而沒有它又不能進行測量的設(shè)備及作為檢驗手段用的工具、工裝、定位器等第三十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五二、測量儀器的計量特性測量儀器的控制（型式批準、檢定、檢驗）第三十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（一）標稱范圍、量程和測量范圍標稱范圍——操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍量程——標稱范圍的上、下限之差的絕對值測量范圍（或工作范圍）——誤差處于規(guī)定極限范圍內(nèi)的被測量的示值范圍示值范圍——測量儀器的標尺或顯示裝置所能指示的范圍第三十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）額定操作條件、極限條件和參考條件額定操作條件——

測量儀器的正常工作條件極限條件——計量特性不受損、不降低，其后仍可在額定操作條件下運行所能承受的極端條件參考（標準）條件——在性能試驗或進行檢定、校準、對比時的使用條件第三十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（三）示值誤差和最大允許誤差示值——由測量儀器所指示的被測量值示值誤差——測量儀器示值與對應(yīng)的輸入量的真值之差（簡稱測量儀器的誤差）第三十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五真值——

與被測量定義一致的值由于真值不能確定，實際用約定真值（常稱實際值、校準值或標準值）對指示式儀器——示值誤差=示值-實際值對實物量值——示值誤差=標稱值-實際值第三十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五最大允許誤差——對給定的測量儀器，由規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值（四）靈敏度——測量儀器響應(yīng)的變化除以對應(yīng)的激勵變化第三十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（五）分辨力——顯示裝置能有效辨別的最小示值差

模擬式顯示裝置的分辨力：標尺分度值的1/2

數(shù)字式顯示裝置的分辨力：末位數(shù)字的一個數(shù)碼第三十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（六）穩(wěn)定性和漂移穩(wěn)定性——測量儀器保持其計量特性隨時間恒定的能力漂移——

測量儀器計量特性的慢變化第三十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五三、測量儀器的選用原則（一）技術(shù)性（二）經(jīng)濟性第三十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第四節(jié)測量結(jié)果一、測量準確度和精密度（一）測量準確度——測量結(jié)果與被測量真值之間的一致性（二）精密度——在規(guī)定條件下獲得的各個獨立觀測值之間的一致程度第四十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五二、測量重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性（一）測量重復(fù)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（常用實驗標準差表示）（二）測量復(fù)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（常用組間標準差表示）實際中，測量條件改變只限于操作者第四十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五第五節(jié)測量誤差和測量不確定度一、測量誤差和測量結(jié)果修正（一）測量誤差1．測量誤差（誤差）——測量結(jié)果減去被測量的真值真值本質(zhì)上不能確定，實際用約定真值約定真值可以是：校準或檢定的值，由更高準確度等級的測量儀器測得的值、多次測量結(jié)果所確定的值第四十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五誤差=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2．隨機誤差——測量結(jié)果與在重復(fù)條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差3．系統(tǒng)誤差——在重復(fù)條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差第四十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（二）測量結(jié)果修正未修正結(jié)果已修正結(jié)果修正值——用代數(shù)方法與未修正結(jié)果相加，以補償其系統(tǒng)誤差的值修正值=負的系統(tǒng)誤差真值=測量結(jié)果+修正值=測量結(jié)果-誤差第四十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五二、測量不確定度（一）基本概念測量不確定度——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)1．標準不確定度——以標準差表示的測量不確定度第四十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五不確定度的A類評定——用對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法來評定標準不確定度符號：不確定度的B類評定——用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法評定標準不確定度符號：第四十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五合成標準不確定度——當(dāng)測量結(jié)果是由若干個其他量的值求得時，測量結(jié)果的標準不確定度，等于這些其他量的方差與協(xié)方差適當(dāng)和的正平方根符號：2．?dāng)U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表示：第四十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（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，即被測量樣本不能代表所定義的被測量4．對不測量過程受環(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)存在人為偏差（偏移）6．測量儀器的分辨力或鑒別力不夠7．賦予測量標準和標準物質(zhì)的值不準8．用于數(shù)據(jù)計算的常量和其他參量不準9．測量方法和測量程序的近似性和假定性10．在表面看來完全相同的條件下，被測量重復(fù)觀測值的變化第四十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（三）測量不確定度的評定1．測量模型的建立被測量由N個其他量確定Y的估計值y由的估計值確定第四十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五2．輸入估計值測量不確定度的評定（1）采用A類或B類評定（2）A類評定第五十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五[例5.5-1]最佳估計值：實驗標準差：L的標準不確定度：[例5.5-2]對在統(tǒng)計穩(wěn)定狀態(tài)下的測量過程第五十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（3）B類評定①已知擴展不確定度和包含因子（5.5-10）[例5.5-3]相對不確定度第五十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五②已知擴展不確定度和置信水平的正態(tài)分布（5.5-11）置信水平p與包含因子的關(guān)系第五十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五[例5.5-4]校準證書給出：10Ω標準電組RS在23℃時R（23℃）=（10.00074±0.00013）Ω置信水平P=99%標準不確定度：u(RS)=0.13mΩ/2.58=50μΩ第五十四頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（3）其它幾種常見的分布

t分布、均勻分布、反正弦分布、三角分布、梯形分布對均勻分布第五十五頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五[例5.5-5]手冊給出：純銅20℃時的線膨脹系數(shù)的變化范圍±0.40×10-6℃-1,設(shè)在此范圍為均勻分布,標準不確定度：（4）由重復(fù)性限r(nóng)和再現(xiàn)性限R求不確定度標準不確定度：（置信水平為95%）（置信水平為95%）第五十六頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五3．輸出估計值標準不確定度的計算（1）輸入量不相關(guān)：（2）輸入量相關(guān)：其中：為靈敏系數(shù)第五十七頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五若則：第五十八頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五若則：輸入量相互獨立/有一個可作常量/無相關(guān)性跡象，可視為Ci=0第五十九頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五4．?dāng)U展不確定度的評定第六十頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五5．測量不確定度的報告（1）用合成標準不確定度表達（2）用擴展不確定度表達第六十一頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五6．測量不確定度的分類和評定流程（1）分類測量不確定度擴展不確定度U（k=2，3）Up（p為置信概率或置信水平）標準不確定度A類標準不確定度B類標準不確定度合成標準不確定度第六十二頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（2）測量不確定度評定流程第六十三頁，共七十五頁，編輯于2023年，星期五（四）測量不確定度實例（例5.5-6）高值電阻測量（1）任務(wù)：測量1MΩ電阻，設(shè)計要求允差

±0.1％（2）方法：用數(shù)字多用表直接測量（如圖）數(shù)字多用表第六十四頁，共七十五