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1、第五章 计量基础（中级）,第一节 基本概念,一、计量的内容、分类和特点,1计量与测量,计量 实现单位统一、保障量值准确 可靠的活动。,测量 以确定量值为目的的一组操作。,（一）计量的内容,2.计量的对象与内容,（1）计量对象,物理量,工程量,心理量,化学量,生理量,（2）计量内容,计量单位与单位制 计量器具（测量仪器）量值传递与溯源 物理常量、材料和物质特性的测定 测量不确定度、数据处理、测量理论及其方法 计量管理（计量保证、监督）,（二）计量的分类,科学计量 基础性、探索性、先行性的 计量科研,工程计量（工业计量）工程、工业、企业中的实用 计量,法制计量 由政府或授权机构根据法制、技术和行政
2、的需要进行强制 管理的一种社会公用事业,（三）计量的特点,1.准确性 测量结果与被测量真值的一致 程度。,2.一致性 在统一计量单位的基础上，无 论在何时何地采用何种方法，使用何种测量仪器，及由何人 测量，只要符合有关要求，其 测量结果应在给定区间内有一 致性。,3.溯源性 任何测量结果或测量标准的值，都能通过一条具有规定不确定度 的不间断的比较链，与测量基准 联系起来的特性。,4.法制性 计量必需的法制保障方面的特性。,二、计量法律和法规,1计量法的基本内容,计量立法宗旨,计量单位制,计量监督,计量认证,计量法律责任,调整范围,计量器具管理,计量授权,计量纠纷处理,2计量法规体系,计量法,计
3、量行政法规和规范性文件,规章和规范性文件,三、量值的溯源、校准和检定,（一）量值溯源体系,1量值溯源性 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 标准联系起来的特性。,实现量值溯源的主要技术手段是校准和检定,2溯源等级图（量值溯源体系表）,（二）校准,1校准 在规定条件下，为确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值，或实物量具（或参考物质）所代表的量值，与对应的由 其测量标准所复现的量值之间关系的一组 操作。,2校准的主要含义,3校准目的,确定示值误差,得出标称值偏差，进行调整、修正,赋值,实现溯源性,校准依据 校准规范或校准方法，通常统一 规定，特
4、殊情况下也可自行制定。,校准结果 记在校准证书（报告）中，也可 用校准因数（或曲线）表示。,（三）检定,检定 查明和确认测量仪器是否符合法 定要求的程序，其包括检查、加 标记和（或）出具检定证书。,检定分强制检定和非强制检定,强制检定（范围）用于贸易结算、安全 防护、医疗卫生、环境监测且列入强检目 录的测量仪器；社会公用计量标准，部门、企（事）业单位的最高计量标准。,强检特点 计量行政部门统管，法定/授权 机构进行，定点送检，检定周 期由执行机构按检定规程并结 合实际确定。,非强制检定 强制检定以外的，使用单位 依法自主管理，自由送检，自求溯源，自定 检定周期,检定依据 计量检定规程,随着经济
5、发展，对大量非强检测量仪器，为达 到统一量值的目的，应以校准为主。,第二节 计量单位,一、概述,计量单位（定义）：定量表示同种量的大小 而约定地定义和采用的 特定量。,计量单位制：为给定量值按给定规则确定的 一组基本单位和导出单位。,一贯单位：由比例因数为1的基本单位幂的乘 积表示的导出单位。,如：牛顿（N）kgm/s2 焦尔（J）Nm,二、法定计量单位的构成,1.法定计量单位 由国家法律承认、具有 法定地位的计量单位。,2.我国法定计量单位的构成 以国际单位制（SI）为主体，包括国际单位制单位和国家选 定的其他计量单位。,中华人民共和国法定计量单位构成的示意图,3SI单位组成 SI基本单位、
6、SI导出单位、SI单位的倍数单位,（一）SI基本单位,（二）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,（三）SI单位的倍数单位,SI词头（倍数单位的词头）（常见）,（四）可与SI单位并用的我国法定计量单位,三、法定计量单位的基本使用方法,1.法定单位名称,全称与简称：牛（顿）、焦（尔）、瓦（特）、伏（特）,符号乘/除读法：Nm 牛（顿）米 r/min 转每分 J/kgK 焦（耳）每千克开（尔文）,5kg/m2 5千克每平方米,2.词头与符号,3.词头使用规则,词头不得重叠使用,（正：nm；误：mm）,选用词头，一般应使量的数值处于0.11000 范围内,（正：0.1F，误
7、：100000pF）,词头通常加在组合单位的第一个单位之前,（正：kNm 误：Nkm）,由相除构成的组合单位中，分母不用词头,（正：kJ/mol 误：J/mmol）,词头与单位应视为一体,第三节 测量仪器,一、概述,（一）测量仪器的分类,1测量仪器（计量器具）单独地或连 同辅助设备用以进行测量的器具,2测量仪器按结构、功能特点分为：,显示式测量仪器 比较式测量仪器 积分式测量仪器 累积式测量仪器,3测量仪器按计量学用途分为：,测量基准 测量标准 工作用测量仪器,（二）测量设备,测量设备 测量仪器、软件、测量标准、参考物质、辅助设备及它们 的组合,辅助设备 本身不能给出量值而没有它 又不能进行测
8、量的设备及作 为检验手段用的工具、工装、定位器等,二、测量仪器的计量特性,测量仪器的控制,（型式批准、检定、检验）,（一）标称范围、量程和测量范围,标称范围 操纵器件调到特定位置时 可得到的示值范围,量程 标称范围的上、下限之差的绝 对值,测量范围（或工作范围）误差处于规 定极限范围内的被测量的示值范围,示值范围 测量仪器的标尺或显示装置 所能指示的范围,（二）额定操作条件、极限条件和参考条件,额定操作条件 测量仪器的正常工作条件,极限条件 计量特性不受损、不降低，其 后仍可在额定操作条件下运行 所能承受的极端条件,参考（标准）条件 在性能试验或进行检 定、校准、对比时的 使用条件,（三）示值
9、误差和最大允许误差,示值 由测量仪器所指示的被测量值,示值误差 测量仪器示值与对应的输入 量的真值之差（简称测量仪 器的误差）,真值 与被测量定义一致的值,由于真值不能确定，实际用约定真值（常称实际值、校准值或标准值）,对指示式仪器,示值误差=示值-实际值,对实物量值,示值误差=标称值-实际值,最大允许误差 对给定的测量仪器，由 规范、规程等所允许的误差极限值,（四）灵敏度 测量仪器响应的变化除以对 应的激励变化,（五）分辨力 显示装置能有效辨别的最小 示值差,模拟式显示装置的分辨力：,标尺分度值的1/2,数字式显示装置的分辨力：,末位数字的一个数码,（六）稳定性和漂移,稳定性 测量仪器保持其
10、计量特性随 时间恒定的能力,漂移 测量仪器计量特性的慢变化,三、测量仪器的选用原则,（一）技术性,（二）经济性,第四节 测量结果,一、测量准确度和精密度,（一）测量准确度 测量结果与被测量真值 之间的一致性,（二）精密度 在规定条件下获得的各个独 立观测值之间的一致程度,二、测量重复性和复现性,（一）测量重复性 在相同测量条件下，对 同一被测量进行连续多次测量所得结果 之间的一致性,（常用实验标准差表示）,（二）测量复现性 在改变了的测量条件下，对同一被测量的测量结果之间的一致性,（常用组间标准差表示）,实际中，测量条件改变只限于操作者,第五节 测量误差和测量不确定度,一、测量误差和测量结果修
11、正,（一）测量误差,1测量误差（误差）测量结果减去被测 量的真值,真值本质上不能确定，实际用约定真值,约定真值可以是：校准或检定的值，由更 高准确度等级的测量仪器测得的值、多次 测量结果所确定的值,误差=测量结果-真值,=（测量结果-总体均值）+（总体均值-真值）,=随机误差+系统误差,2随机误差 测量结果与在重复条件下，对 同一被测量进行无限多次测量所得结果的平 均值之差,3系统误差 在重复条件下，对同一被测量 进行无限多次测量所得结果的平均值与被测 量的真值之差,（二）测量结果修正,未修正结果,已修正结果,修正值 用代数方法与未修正结果相 加，以补偿其系统误差的值,修正值=负的系统误差,真
12、值=测量结果+修正值=测量结果-误差,二、测量不确定度,（一）基本概念,测量不确定度 表征合理地赋予被测 量之值的分散性，与测量结果相联系的 参数,1标准不确定度 以标准差表示的测量 不确定度,不确定度的A类评定 用对观测列进行统 计分析的方法来评定标准不确定度,符号：,不确定度的B类评定 用不同于对观测列 进行统计分析的方法评定标准不确定度,符号：,合成标准不确定度 当测量结果是由若干 个其他量的值求得时，测量结果的标准不确 定度，等于这些其他量的方差与协方差适当 和的正平方根,符号：,2扩展不确定度,用标准差的倍数或说明了置信水平的区间的 半宽表示的测量不确定度,表示：,（二）测量不确定度
13、的来源,1对被测量的定义不完整或不完善,2实现被测量定义的方法不理想,3取样的代表性不够，即被测量样本不能 代表所定义的被测量,4对不测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善,5对模拟仪器的读数存在人为偏差（偏移）,6测量仪器的分辨力或鉴别力不够,7赋予测量标准和标准物质的值不准,8用于数据计算的常量和其他参量不准,9测量方法和测量程序的近似性和假定性,10在表面看来完全相同的条件下，被测量重复 观测值的变化,（三）测量不确定度的评定,1测量模型的建立,被测量由N个其他量 确定,Y的估计值y由 的估计值确定,2输入估计值测量不确定度的评定,（1）采用A类或B类评定,（2）
14、A类评定,例5.5-1,最佳估计值：,实验标准差：,L的标准不确定度：,例5.5-2,对在统计稳定状态下的测量过程,（3）B类评定,已知扩展不确定度和包含因子,（5.5-10）,例5.5-3,相对不确定度,已知扩展不确定度和置信水平的正态分布,（5.5-11）,置信水平p与包含因子的关系,例5.5-4,校准证书给出：10标准电组RS在23时,R（23）=（10.000740.00013）,置信水平P=99%,标准不确定度：u(RS)=0.13m/2.58=50,（3）其它几种常见的分布,t分布、均匀分布、反正弦分布、三角分布、梯形分布,对均匀分布,例5.5-5,手册给出：纯铜20时的线膨胀系数
15、 的变化范围0.4010-6-1,设 在此范围为均匀分布,标准不确定度：,（4）由重复性限r和再现性限R求不确定度标 准不确定度：,（置信水平为95%）,（置信水平为95%）,3输出估计值标准不确定度的计算,（1）输入量不相关：,（2）输入量相关：,其中：为灵敏系数,若,则：,若,则：,输入量相互独立/有一个可作常量/无相关性 迹象，可视为Ci=0,4扩展不确定度的评定,5测量不确定度的报告,（1）用合成标准不确定度表达,（2）用扩展不确定度表达,6测量不确定度的分类和评定流程,（1）分类,（2）测量不确定度评定流程,（四）测量不确定度实例,（例 5.5-6）高值电阻测量,（1）任务：测量1M
16、电阻，设计要求允差 0.1,（2）方法：用数字多用表直接测量（如图）,（3）测量仪器选用,5位半数字多用表，技术指标：,最大允许误差(0.005读数+3最低位数值)满量程1999.9k，最低位数值0.01k,（4）实验记录,测量次数n10,（5）测量不确定度分析,数字模型 直读，y=R,测量不确定度来源,数字多用表不准,由于各种随机因素使读数不重复,标准不确定度评定,读数重复性引入的标准不确定度u1,按A类评定,由多用表不准引入的标准不确定度u2,按B类评定,由最大允许误差区间的半宽度2为：,设测量值在该区间为均匀分布,则,计算合成标准不确定度,因u1和u2不相关,确定扩展不确定度,取包含因子k2，则,测量结果报告,第六节 测量控制体系,一、概述,测量控制体系 为实现测量过程的连续控 制和计量确认所需的一组相关的或相互作用 的要素,测量控制体系组成,（1）测量设备的计量确认,（2）测量过程控制,二、计量确认,计量确认 确保测量设备满足预期使用 要求而进行的一组操作,计量确认过程的流程图,过程输入 用户计量要求,测量设备特性,过程输出 测量设备的确认状态,图5.6-2 计量确认过程流程图,例5.6-1,三、测量过程实施的控制,测量过程的特性最大允许误差、测量不 确定度、稳定性、重复性、再（复）现性,按规定程序和时间间隔监控测量过程，一旦 失控，采取相应纠正措施,
