計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)

計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)量基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)量和計(jì)量一、量的定義量的定義：現(xiàn)象、物體和物質(zhì)的可以定性區(qū)別和定量確定的一種屬性。由定義可知：被研究的對(duì)象可以是自然現(xiàn)象，也可以是物質(zhì)本身。同時(shí)，應(yīng)該注意到這個(gè)概念的兩種含義：一方面是量的定量確定，如人們通常所理解的那樣，指量的大小、輕重和長(zhǎng)短等概念即量的具體意義；另一方面是指現(xiàn)象、物體和物質(zhì)的定性區(qū)別，把量區(qū)別為長(zhǎng)度、質(zhì)量、時(shí)間、溫度電流和電阻等即量的廣義含義。量總是由數(shù)值和計(jì)量單位組合表示。在使用相同計(jì)量單位的條件下，較大的數(shù)值表示較大的量；較小的數(shù)值表示較小的量。用沒(méi)有計(jì)量單位表示的純數(shù)值表示量的大小是沒(méi)有意義的。即量的表示都必須在其數(shù)值后面注時(shí)計(jì)量單位。量的大小并不隨所用計(jì)量單位而變，可變的只是單位和數(shù)值。二、量的分類(lèi)量的分類(lèi)：在我們的實(shí)際工作中，將量按學(xué)科劃分為十大類(lèi)：幾何量、力學(xué)、溫度、電磁、電子、時(shí)間頻率、電離輻射、聲學(xué)、光學(xué)和化學(xué)。1．幾何量計(jì)量：對(duì)物體幾何形狀所涉及的物理量進(jìn)行的測(cè)量。主要包括：端度、線紋、角度、表面粗糙度、平面度、直線度、表面幾何尺寸的精密測(cè)量。2．力學(xué)計(jì)量：包括質(zhì)量、容量、密度、壓力、真空、流量、力矩、速度、加速度、硬度、沖擊、轉(zhuǎn)速、振動(dòng)等。3．溫度計(jì)量：利用各種物質(zhì)的熱效應(yīng)，研究測(cè)量溫度的技術(shù)。按測(cè)量范圍劃分有：超低溫、低溫、中溫、高溫、超高溫計(jì)量。4．電磁計(jì)量：根據(jù)電磁學(xué)原理，應(yīng)用各種電磁基、標(biāo)準(zhǔn)器和儀器、儀表，對(duì)各種電磁物理現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)量，按電、磁特性分為電學(xué)計(jì)量和磁學(xué)計(jì)量；直流計(jì)量和交流計(jì)量；5．電子計(jì)量：無(wú)線電技術(shù)所用全部頻率范圍內(nèi)的一切電氣特性的測(cè)量；6．時(shí)間頻率計(jì)量：時(shí)間和頻率的計(jì)量，時(shí)間和頻率在數(shù)學(xué)上互為倒數(shù)關(guān)系；7．電離輻射計(jì)量：計(jì)量放射性物質(zhì)本身有多少的量和計(jì)量輻射、被照介質(zhì)相互作用的量；8．聲學(xué)計(jì)量：專門(mén)研究物質(zhì)中聲波的產(chǎn)生、傳播、接收和影響特性中有關(guān)計(jì)量的知識(shí)領(lǐng)域；9．光學(xué)計(jì)量：光輻射在傳播過(guò)程中功率、能量的轉(zhuǎn)換和變化；在傳播過(guò)程中光線的行蹤；10．化學(xué)計(jì)量：對(duì)種物質(zhì)的成分和物理特性，基本物理常數(shù)的分析、測(cè)定。計(jì)量部門(mén)通過(guò)發(fā)放標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行量值傳遞是化學(xué)計(jì)量的特點(diǎn)。三、量值的概念：1、量值：由一個(gè)數(shù)和合適的計(jì)量單位表示的量。2、量值統(tǒng)一：在單位量值的傳遞中，所用的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具以及由它們檢定或校準(zhǔn)的計(jì)量器具的量值，都可以溯源到國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)，它們的量值在規(guī)定誤差范圍內(nèi)保持一致。3、量的真值：表征某量在所處的條件下完善地確定的量值。4、約定真值：為了給定目的可替代真值的量值。它們（量的真值與約定真值）之間的差值可以忽略不計(jì)。5、量值傳遞：將國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的計(jì)一單位量值，通過(guò)檢定（或其它傳遞方式）傳遞給下一等級(jí)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，并依次逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具，以保證被計(jì)量的對(duì)象的量值準(zhǔn)確一致。6、溯源性：被計(jì)量的量值，必須具有能與國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)相聯(lián)系的特性。要求用以計(jì)量的計(jì)量器具必須經(jīng)過(guò)具有適當(dāng)準(zhǔn)確度的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，而該計(jì)量器具又受到上一等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定，逐級(jí)往上追溯，直至國(guó)家計(jì)量基準(zhǔn)或國(guó)際計(jì)量基準(zhǔn)。四、計(jì)量的概念：1、計(jì)量：以確定量值為目的的一組操作。2、計(jì)量器具：⑴計(jì)量器具：可單獨(dú)地與輔助設(shè)備一起，用以直接或間接確定被測(cè)對(duì)象量值的器具或裝臵。包括計(jì)量基準(zhǔn)器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、工作計(jì)量器具和用于統(tǒng)一量值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。⑵計(jì)量基準(zhǔn)器具：用以復(fù)現(xiàn)和保存計(jì)量單位量值，經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)，作為統(tǒng)一全國(guó)量值最高依據(jù)的計(jì)量器具。⑶計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具：準(zhǔn)確度低于計(jì)量基準(zhǔn)的、用于檢定較低等級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)或工作計(jì)量器具的計(jì)量器具。⑷工作計(jì)量器具：用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量而不是用于檢定工作的計(jì)量器具。⑸強(qiáng)檢計(jì)量器具：社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、部門(mén)和企業(yè)、事業(yè)單位使用的最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，以及用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境檢測(cè)方面的列入強(qiáng)制檢定目錄的工作計(jì)量器具。五、計(jì)量方法和分類(lèi)1、直接計(jì)量法和間接計(jì)量法⑴直接計(jì)量法：不必對(duì)與被計(jì)量的量有函數(shù)關(guān)系的其它量進(jìn)行計(jì)量，而能直接得到被計(jì)量量值的一種計(jì)量方法。⑵間接計(jì)量法：通過(guò)對(duì)被計(jì)量的量有函數(shù)關(guān)系的其它量的計(jì)量，以得到被計(jì)量量值的一種計(jì)量方法。2、基本計(jì)量法和定義計(jì)量法⑴基本計(jì)量法：通過(guò)對(duì)一些有關(guān)基本量的計(jì)量，以確定被計(jì)量量值的計(jì)量方法。⑵定義計(jì)量法：根據(jù)量的單位定義計(jì)量該量的方法。3、直接比較計(jì)量法和替代計(jì)量法⑴直接比較計(jì)量法：將被計(jì)量的量直接與已知其值的同一種量相比較的計(jì)量方法。⑵替代計(jì)量法：將選定的且已知其值的同一種量替代被計(jì)量的量，并使作用于指示裝臵的效應(yīng)相同的計(jì)量方法。4、表態(tài)計(jì)量和動(dòng)態(tài)計(jì)量⑴表態(tài)計(jì)量：在計(jì)量期間其值可認(rèn)為是恒定的量的計(jì)量。⑵動(dòng)態(tài)計(jì)量：量的瞬時(shí)值以及如有需要時(shí)，它隨時(shí)間的變化量的確定。第二節(jié)計(jì)量誤差一、誤差的定義1、計(jì)量誤差：計(jì)量結(jié)果與被計(jì)量量的真值之間的差異。2、絕對(duì)誤差：對(duì)某一量進(jìn)行計(jì)量后，用被計(jì)量的量的計(jì)量結(jié)果×減去其真值a而得的差值。δ=X-a3、相對(duì)誤差：它是絕對(duì)誤差與被計(jì)量的量的真值之比。δK=δ/a二、誤差的來(lái)源1、設(shè)備誤差：計(jì)量裝臵本身的結(jié)構(gòu)、工藝、調(diào)整以及磨損、老化或故障等所引起的示值不準(zhǔn)。2、環(huán)境誤差：環(huán)境因素與要求的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)不一致而產(chǎn)生的。如：溫度、濕度、電磁屏蔽、隔震、電壓等不完善。3、人員誤差：計(jì)量者的技術(shù)水平、生理差異或習(xí)慣引起的誤差。4、方法誤差：又稱理論誤差，計(jì)量方法不完善引起的誤差或是由于測(cè)量所依據(jù)的理論本身不完善等原因而導(dǎo)致的誤差。三、按性質(zhì)對(duì)誤差分類(lèi)1、隨機(jī)誤差：在相同條件下，多次重復(fù)計(jì)量同一個(gè)量時(shí)，以不可預(yù)定的方式變化的計(jì)量誤差的分量。2、系統(tǒng)誤差：在相同條件下，多次重復(fù)計(jì)量同一個(gè)量時(shí)，保持固定不變的誤差，或在條件改變時(shí)，按某一確定規(guī)律變化的計(jì)量誤差的分量。3、粗大誤差：超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差，即明顯歪曲計(jì)量結(jié)果的誤差。四、對(duì)計(jì)量結(jié)果的評(píng)價(jià)對(duì)計(jì)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，常用復(fù)現(xiàn)性、重復(fù)性和穩(wěn)定性來(lái)衡量。1、重復(fù)性：在相同條件下，即同一操作者，使用相同的計(jì)量器具，采用同一種計(jì)量方法，在同一地點(diǎn)，很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)同一個(gè)量多次計(jì)量得到計(jì)量結(jié)果的一致程度。2、復(fù)現(xiàn)性：在不同條件下，不同的計(jì)量方法、操作者、計(jì)量器具、不同的地點(diǎn)、時(shí)間，對(duì)同一個(gè)量多次計(jì)量所得的計(jì)量結(jié)果的一致程度。3、穩(wěn)定性：計(jì)量器具的量值隨時(shí)間變遷保持其不變的程度。五、不確定度不確定度：表征被計(jì)量的真值所處的量值范圍的評(píng)定。即估計(jì)出來(lái)的一個(gè)總的誤差限。它表示計(jì)量結(jié)果附近的一個(gè)范圍，而被計(jì)量的真值以一定概率落于其中。不確定度以標(biāo)準(zhǔn)偏差σ（或方差σ2）表示。六、數(shù)據(jù)處理1、有效數(shù)字：如果計(jì)量結(jié)果L的極限誤差不大于某一位上的半個(gè)單位，我們就認(rèn)為該位是有效數(shù)字的末位，并且如果該位從L的左起第一個(gè)非零數(shù)字一共有幾位，就說(shuō)L有幾位有效數(shù)字。2、數(shù)字修約：由于計(jì)算或其它原因需要減少數(shù)字位數(shù)時(shí)，須采用如下的數(shù)字修約規(guī)則進(jìn)行湊整。⑴若舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字大于5，或者是5而其后跟有并非全部為0的數(shù)字時(shí)，則進(jìn)一，即保留的末位數(shù)字加1；26.48保留一位小數(shù)→26.5⑵若舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字小5，則舍去，即保留的各位數(shù)不變；14.24保留一位小數(shù)→14.2⑶若舍棄數(shù)字的最左一位數(shù)字為5，而右面無(wú)數(shù)字或皆為0時(shí)，若所保留的末位數(shù)字奇數(shù)（1，3，5，7，9）則進(jìn)一，為偶數(shù)（2，4，6，8，0）則舍棄。0.45保留一位小數(shù)→0.40.35保留一位小數(shù)→0.4⑷負(fù)數(shù)修約時(shí)，先將它的絕對(duì)值進(jìn)行修約，然后在修約值的前面加上負(fù)號(hào)。-0.0365保留兩位有效數(shù)字→-0.036⑸不許連續(xù)修約，在確定修約位數(shù)后一次修約獲得結(jié)果而不得多次連續(xù)修約。正確：15.4546保留兩位有效數(shù)字→15錯(cuò)誤：15.4546→15.455→15.46→15.5→163、數(shù)字運(yùn)算在數(shù)字運(yùn)算中，為提高計(jì)算速度，并注意到湊整誤差的特點(diǎn)，可考慮如下幾點(diǎn)：⑴當(dāng)幾個(gè)數(shù)作加減運(yùn)算時(shí)，在各數(shù)中，以小數(shù)位數(shù)最少的為準(zhǔn)，其余各數(shù)均湊成比該數(shù)多一位小數(shù)，所保留的多一個(gè)數(shù)字常稱安全數(shù)字。⑵當(dāng)幾個(gè)數(shù)作乘除法運(yùn)算時(shí)，在各數(shù)中，以有效數(shù)字個(gè)數(shù)最少的為準(zhǔn)，其余各數(shù)均湊成比該數(shù)多一個(gè)數(shù)字，而與小數(shù)點(diǎn)位臵無(wú)關(guān)。第三節(jié)法定計(jì)量單位我國(guó)的法定計(jì)量單位，是以國(guó)際單位制的單位為基礎(chǔ)，根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，適當(dāng)增加了一些其它單位構(gòu)成的。國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定以米、千克、秒、安培、摩爾、開(kāi)爾文和坎德拉七個(gè)單位為基本單位的實(shí)用計(jì)量單位制命名為國(guó)際單位制。并規(guī)定其符號(hào)為“SI”。國(guó)際單位制包括：SI基本單位、SI輔助單位、SI導(dǎo)出單位、SI詞頭和SI單位的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位構(gòu)成。注意：不要將SI單位和國(guó)際單位制單位相混淆，SI單位是指國(guó)際單位制中構(gòu)成一貫單位制的那些單位，均不帶SI詞頭，所以SI單位是際單位制中有特定含義的名詞；而國(guó)際單位制單位不僅包括SI單位，還包括它們的十進(jìn)倍數(shù)單位和分?jǐn)?shù)單位（即由SI詞頭+SI單位構(gòu)成的新單位）。如：質(zhì)量基本單位千克（kg）中的千(k)不作詞頭用，（kg）是一整體也屬SI單位。長(zhǎng)度單位中的km、m、cm、mm；力學(xué)單位中的MN、kN、N、mN都是國(guó)際單位制單位，其中只有m和N才是SI單位。一、我國(guó)的法定計(jì)量單位所包括的內(nèi)容⑴、國(guó)際單位制的基本單位；⑵、國(guó)際單位制的輔助單位；⑶、國(guó)際單位制中具有專門(mén)名稱的導(dǎo)出單位；⑷由詞頭和以上單位構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)、分?jǐn)?shù)單位以及組合單位；⑸國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位。1、國(guó)際單位制的基本單位量的名稱單位名稱單位符號(hào)長(zhǎng)度米m質(zhì)量千克，（公斤）kg時(shí)間秒s電流安[培]A熱力學(xué)溫度開(kāi)[爾文]K物質(zhì)的量摩[爾]mol發(fā)光強(qiáng)度坎[德拉]cd定義：⑴、米(m)是光在真空中于1/299792458秒時(shí)間間隔內(nèi)所經(jīng)路徑的長(zhǎng)度。⑵、千克（公斤）(kg)是質(zhì)量單位，等于國(guó)際千克原器的質(zhì)量。⑶、秒（s）是與銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間躍遷相應(yīng)的輻射為9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。⑷、安培（A）是電流單位。在真空中，截面積可忽略的兩根相據(jù)1米的無(wú)限長(zhǎng)平行圓直導(dǎo)線的內(nèi)通以等量恒定電流時(shí)，若導(dǎo)線間相互作用在每米長(zhǎng)度上為2×10-7牛頓，則每根導(dǎo)線中的電流為1安培。⑸開(kāi)爾文（K）是熱力學(xué)溫度單位，等于水的三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的1/273.16。⑹摩爾（mol）是一系統(tǒng)的物質(zhì)的量，該系統(tǒng)中所包含的基本單元數(shù)與0.012千克碳單位-12的原子數(shù)目相等。⑺坎德拉（cd）是一光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，該光源發(fā)出頻率為540×1012赫茲的單位輻射，且在此方向上的輻射強(qiáng)度為1/683瓦特每球面度。說(shuō)明：⑴量的名稱是標(biāo)準(zhǔn)化的?！半娏鳌辈环Q為“電流強(qiáng)度”?！盁崃W(xué)溫度”不稱為“絕對(duì)溫度”或“開(kāi)氏溫度”。⑵單位名稱是標(biāo)準(zhǔn)化的?！懊住辈环Q為“公尺”。⑶單位符號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)化的。正體、斜體不能搞錯(cuò)；大、小寫(xiě)也不能搞錯(cuò)。“米”的符號(hào)不得寫(xiě)成“M”；“千克”的符號(hào)不得寫(xiě)成“Kg”等。2、國(guó)際單位制的輔助單位量的名稱單位名稱單位符號(hào)平面角弧度rad立體角球面度sr說(shuō)明：平面角和立體角實(shí)質(zhì)上屬于導(dǎo)出量，在光學(xué)量的單位中經(jīng)常使用。3、國(guó)際單位制中具有專門(mén)名稱的導(dǎo)出單位量的名稱單位名稱單位符號(hào)其它表示式例頻率赫[茲]Hzs-1力；重力牛[頓]Nkg.m/s2壓力，壓強(qiáng)；應(yīng)力帕[斯卡]PaN/m2能量；功；熱量焦[耳]JN/m功率；輻射通量瓦[特]WJ/s電荷量庫(kù)[侖]CA.s電位;電壓;電動(dòng)勢(shì)伏[特]VW/A電容法[拉]FC/V電阻歐[姆]ΩV/A電導(dǎo)西[門(mén)子]SA/V磁通量韋[伯]WbV.s磁通量密度，磁感應(yīng)強(qiáng)度特[斯拉]TWb/m2電感亨[利]HWb/A攝氏溫度攝氏度?光通量流[明]lmcd.sr光照度勒[克斯]lxlm/m2放射性活度貝可[勒爾]BqS-1吸收劑量戈[瑞]GyJ/kg劑量當(dāng)量希[沃特]SvJ/kg說(shuō)明：⑴這19個(gè)單位在科技領(lǐng)域內(nèi)使用頻度很高，若用基本單位的表示式顯得復(fù)雜。如：“功”的單位m2.kg/s2,SI單位命名為“J”。4、用于構(gòu)成十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭表示的因數(shù)詞頭名稱詞頭符號(hào)1018艾[可薩]E1015拍[它]P1012太[拉]T109吉[咖]G106兆M103千k102百h101十da10-1分d10-2厘c10-3毫m10-6微μ10-9納[諾]n10-12皮[可]P10-15飛[母托]f10-18阿[托]a說(shuō)明：⑴由詞頭構(gòu)成的單位，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算時(shí)，應(yīng)換算成SI單位。⑵“104”為“萬(wàn)”，“108”為“億”，這類(lèi)數(shù)詞的使用不受詞頭名稱的影響，但不應(yīng)與詞頭混淆。5、國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位量的名稱單位名稱單位符號(hào)分min時(shí)間[小]時(shí)h天,(日)d[角]秒（″）平面度[角]分(′)度(°)旋轉(zhuǎn)速度轉(zhuǎn)每分r/min長(zhǎng)度海里nmile速度節(jié)kn質(zhì)量噸t原子質(zhì)量單位u體積升L,(l)能電子伏eV級(jí)差分貝dB線密度特[克斯]tex說(shuō)明：⑴使用這15個(gè)單位計(jì)算時(shí)，先將它們換算成SI單位。⑵單位名稱是標(biāo)準(zhǔn)化的，“升”不能讀作“公升”或“立升”。⑶單位符號(hào)是標(biāo)準(zhǔn)化的，“噸”的單位是“t”，而不是“T”；“升”的單位符號(hào)首選“L”。二、法定計(jì)量單位的使用方法1、國(guó)際單位制表示倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的16個(gè)詞頭，稱為SI詞頭。它們用于構(gòu)成SI單位的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位，但不得單獨(dú)使用。SI詞頭只表示倍率，而不是單位。所以，不單獨(dú)使用詞頭是一個(gè)重要的規(guī)定。如：應(yīng)避免在電原理圖中將10kΩ電阻器表示為10k，將0.1μF電容器表示為0.1μ，或讀作10k電阻，0.1μ電容。2、以上介紹的法定計(jì)量單位符號(hào)，是指國(guó)務(wù)院1984年2月27日命令中規(guī)定的符號(hào)，適用于我國(guó)各民族的文字。3、把法定計(jì)量單位名稱中方括號(hào)里的字省略即成其簡(jiǎn)稱。沒(méi)有方托號(hào)的名稱，全稱與簡(jiǎn)稱相同。簡(jiǎn)稱可在不致引導(dǎo)起混淆有場(chǎng)合下使用。4、組合單位的中文名稱與其符號(hào)表示的順序一致。符號(hào)中的乘號(hào)沒(méi)有對(duì)應(yīng)的名稱，除號(hào)的對(duì)應(yīng)名稱為“每”字，無(wú)論分母中有幾個(gè)單位，每字只出現(xiàn)一次。例如：比熱容單位的符號(hào)是J/(kg〃K)，其單位名稱是“焦耳每千克開(kāi)爾文”而不是“每千克開(kāi)爾文焦耳”或“焦耳每千克每開(kāi)爾文”。5、乘方形式的單位名稱，其順序應(yīng)是指數(shù)名稱在前，單位名稱在后。相應(yīng)的指數(shù)名稱由數(shù)字加“次方”二字而成。例如：斷面慣性矩的單位m4的名稱為“四次方米”。6、如果長(zhǎng)度的2次和3次冪是表示面積和體積，則相應(yīng)的指數(shù)名稱為“平方”和“立方”，并臵于長(zhǎng)度單位之前，否則應(yīng)稱為“二次方”和“三次方”。例如：體積單位dm3的名稱就是“立方分米”，而斷面系數(shù)單位m3的名稱是“三次方米”。7、書(shū)寫(xiě)單位名稱時(shí)不加任何表示乘或除的符號(hào)或其它符號(hào)。例如：電阻率單位Ω〃m的名稱為“歐姆米”而不是“歐姆〃米”或“歐姆-米”，“[歐姆][米]”等。8、法定計(jì)量單位和詞頭的符號(hào)，不論拉丁字母或希臘字母，一律用正體，不附省略點(diǎn)，且無(wú)復(fù)數(shù)形式。9、單位符號(hào)的字母一般用小寫(xiě)體，若單位名稱來(lái)源于人名，則其