第一章测量的基本知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第一章测量的基础知识,1.1,量,和测量,1.2 测量,方法和测量误差,1,.3 测量,误差,1.1 量和测量,一、量和量纲,量,：,指现象、物体或物质可定性区别和定量区别的一种属性,。,不同量：定性,相同量：定量,量值表示,：,数值和计量单位的乘积。表征被测对象属性的大小。,如 3.4,m,分类：,基本量和导出量,七个基本量,-,国际单位制（,SI）,中,：,长度、质量、时间、温度、电流、发光强度和物质的量,量纲：在量制中，任何一个量可用基本量的幂的乘积的表示，此表达式就称为该量的量纲。,量纲法则,基本量的量纲,：,L、M、T、,、I、N、J,其它量纲,：,基本量的幂的乘积表达式来表示。,如 力的量纲,LMT,-2,任何一个量可用基本量的幂的乘积的表达式来表示,1.1 量和测量,二、法定计量单位,法定计量单位是强制性的。我国的法定计量单位,1.基本单位：,米（长度）、千克（质量）、秒（时间）、开尔文（温度）、安培（电流）、坎德拉（光强度）、摩尔（物质的量）,2.辅助单位：,弧度、球面度,3.导出单位：,基本单位和辅助单位以相乘或相除的形式所构成的单位。,1.1 量和测量,三、区别：测量、测试、计量,测量：,是以确定被测对象的量值为目的的全部操作。,测试：,是指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。,计量：,为实现测量单位的统一和量值准确可靠的测量。,1.1 量和测量,四、基准,基准,是复现和保存计量单位并具有规定计量单位特性的计量器具。,米的定义：即“一米是光在真空中在1299 792 458秒时间间隔内的行程长度”。,分类：,国家基准,副基准,工作基准,1.2 测量方法,一、测量方法分类,1.,直接测量和间接测量,：不必,测量与被测量有一定函数关系的量，直接得到被测量的数值或对标准值的偏差称,直接测量,。,通过测量与被测量有一定函数关系的量，根据已知的函数关系式求得被测量的测量称为,间接测量,。,2.直接比较测量法和替代测量法,3.接触测量和非接触测量,1.2 测量方法,注意,被测量是否随时间而变化,静态测量：,被测量值可认为是恒定的。,动态测量：,被测量值是随时间而变化的。,二测量装置及有关术语,二、测量装置及有关术语,传感器,测量变换器,检测器,准确度定级,标称范围：,器具对应的被测量示值的范围。例如：温度计起点示值：-30,C,，,终点示值20,C,。标称范围-30,C,20,C,。,量程：,标称范围的上下限之差的模。,（,上例中？,）,测量范围：,在测量器具的误差处于允许极限内的情况下，测量器具所能测量的被测量值的范围。（与准确度定级有关）,漂移：,测量器具的计量特性随时间的慢变化。,1.3 测量误差,一、测量误差,测量误差定义：,被测量的测得值,x,与其真值,x,0,之差，即：=,x x,0,由于真值是不可能确切获得的，因而上述善于测量误差的定义也是理想概念。在实际工作中往往将比被测量值的可信度（精度）更高的值，作为其当前测量值的“真值”。即,约定真值,1.3 测量误差,二、误差分类,1.误差来源：,测量器具：测量器具设计中存在的原理误差，如杠杆机构、阿贝误差等。制造和装配过程中的误差也会引起其示值误差的产生。,测量方法：间接测量法中因采用近似的函数关系原理而产生的误差或多个数据经过计算后的误差累积。,测量环境：测量环境主要包括温度、气压、湿度、振动、空气质量等因素。在一般测量过程中，温度是最重要的因素。测量温度对标准温度（20）的偏离、测量过程中温度的变化以及测量器具与被测件的温差等都将产生测量误差。,测量人员：测量人员引起的误差主要有视差、估读误差、调整误差等引起，它的大小取决于测量人员的操作技术和其它主观因素。,1.3 测量误差,误差分类：,测量误差按其产生的原因、出现的规律、及其对测量结果的影响，可以分为,系统误差,随机误差,粗大误差,系统误差：,在规定条件下，绝对值和符号保持不变或按某一确定规律变化的误差，称为系统误差。其中绝对值和符号不变的系统误差为定值系统误差，按一定规律变化的系统误差为变值系统误差。,如度盘偏心的误差。系统误差大部分能通过修正值或找出其变化规律后加以消除,。,1.3 测量误差,随机误差：,在规定条件下，绝对值和符号以不可预知的方式变化的误差，称为随机误差。就某一次测量而言，随机误差的出现无规律可循，因而无法消除。但若进行多次等精度重复测量，则与其它随机事件一样具有统计规律的基本特性，可以通过分析，估算出随机误差值的范围。,随机误差主要由温度波动、测量力变化、测量器具传动机构不稳、视差等各种随机因素造成，虽然无法消除，但只要认真、仔细地分析产生的原因，还是能减少其对测量结果的影响。,粗大误差：,明显超出规定条件下预期的误差，称为粗大误差。粗大误差是由某种非正常的原因造成的。,如读数错误、温度的突然大幅度变动、记录错误等。该误差可根据误差理论，按一定规则予以剔除。,1.3 测量误差,三、误差的表示方法,1.,绝对误差：,绝对误差=测得值,-,真值,2.,相对误差：,相对误差=误差/真值,3.,分贝误差,=10,lg,(,测量结果/真值),4.,引用误差,（,表征计量器具的特性,）,计量器具的绝对误差与引用值之比。引用值一般指标称范围的最高值或量程。,例：用标称范围0150,V,的电压表测量时，当示值为100.0,V,时，电压实际值为99.4,V。,引用误差=（100.0-99.4）/150,最大引用误差：,仪表量程内出现的最大绝对误差与量程的比值.,1.3 测量误差,国标规定电测仪表的等级按准确度分为：0.1，0.2，0.5，1.0，1.5，2.5等7级。（最大引用误差,0.1%，,0.2%，,0.5%等）,例：检定一个满刻度为5,A,的1.5级电流表，若在2.0,A,刻度处的绝对误差最大0.1,A，,问此电流表是否合格。,解：最大引用误差=0.1/5=2.0%1.5%,1.3 测量误差,例：测量约80,V,的电压，有两块电压表：一块量程为300,V，0.5,级；另一块为量程为100,V，1.0,级，选用那一块好？,解 最大绝对误差,X,1,=300*0.5%,最大 绝对误差,X,2,=100*1.0%,相对误差,1,=,X,1,/80=1.88%,相对误差,2,=,X,2,/80=1.25%,选用仪表不仅要看仪表的准确度，还要根据量程。,1.,4,测量精度和不确定度,1.,测量精密度：,表示测量结果中随机误差的大小。指一定条件下进行多次测量时所得结果的符合程度。,2.,测量正确度,：表示系统误差大小。指规定条件下测量结果中所有系统误差的综合。,3.,测量准确度：,表示测量结果与真值之间的一致程度。系统误差和随机误差的综合。,4.测量不确定度(,Uncertainty,),实验结果,表示被测量的真值在 的范围之外的可能性,(,或概率,),很小。显然，测量不确定度的范围越窄，测量结果就越可靠。,测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征，,以确定测量结果的可信程度,测量结果必须附有不确定度说明才是完整并有意义的。,1.4 测量精度和不确定度,不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。,对被测量的真值所处的量值范围的评定。,误差和不确定度的区别,误差定义为：被测量的单位结果和真值之差。,由于真值往往不知道，故误差是一个理想的概念，不可能被确切地知道。,不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度。,但不确定度是可以一个区间的形式表示，如果是为一个分析过程和所规定样品类型做评估时，可适用于其所描述的所有测量值。,1.4 测量精度和不确定度,误差和不确定度的对比表,误差,不确定度,量的定义,测量结果减真值,测量结果的分散性、分布区间的半宽。,与测量结果的关系,针对给定测量结果不同结果误差不同,合理赋予被测量之值均有相同不确定度。不同测量结果，不确定度可以相同。,与测量条件的关系,与测量条件、方法、程序无关，只要测量结果不变，误差也不变。,条件、方法、程序改变时，测量不确定度必定改变而不论测量结果如何。,表达形式,差值，有一个符号：正或负,标准偏差、标准偏差的几倍、置信区间的半宽，恒为正值,分量的划分,按出现于测量结果中的规律分为随机误差与系统误差。,按评定的方法划分为,A,类和,B,类。两类不确定度分量无本质区别。,分量的合成,代数和,方和根，必要时引入协方差,置信概率,不存在,一般，如需要，可以给出。,极限值,一般存在,从分布理论上说，一般不存在,与分布的关系,无,一般有关,测量不确定度是测量技术重要概念，也是保证计量、检测质量的重要要素，被我国纳入法制计量管理范畴。,随着我国加入,WTO,后，在实验室认证、计量、检测等领域全面贯彻国家计量技术规范，与国际上通用的做法接轨，是向从事计量、检测工作的专业人员提出的一项十分迫切的任务。,采用测量不确定度的意义,1.4 测量精度和不确定度,推广应用国家计量标准规定的术语和测量不确定度评定方法,停止使用并逐步淘汰传统上习惯采用的但不确切的术语和做法,提高我国计量、检测领域的整体水平。,测量不确定度的历史,1963,年，美国国家标准局（,NBS）,的,Eisenhart,首先提出了定量表示不确定度的建议,1977年5,月，国际计量委员会（,CIPM）,下设的国际电离辐射咨询委员会（,CCEMRI）,正式讨论了如何表达不确定度的建议,1.4 测量精度和不确定度,1977年7,月，在,CCEMRI,会议上，美国,NBS,局长,Ambler,先生正式提出了解决测量不确定度表示的国际统一性问题。,1978,年，国际计量委员会,(,CIPM),要求国际计量局,(,BIPM),协同各国解决这个问题。,BIPM,就此制定了一份详细的调查表，并分发到,32,个国际计量院及,5,个国际组织征求意见。,1.4 测量精度和不确定度,1986,年，国际计量委员会（,CIPM）,再次发布建议书即,CI1986，,要求参加由,CIPM,及其咨询委员会主办的国际比对或其他工作的成员国在给出测量结果时给出用标准偏差表示的,A,类和,B,类不确定度的合成不确定度。,1993,年，由,ISO,第四技术顾问组（,TAG4）,的第三工作组（,WG3）,负责起草,测量不确定度表示指南,（缩写为,GUM）。,以7,个国际组织的名义正式由,ISO,出版。,1.4 测量精度和不确定度,七个国际组织是：,国际计量局（,BIPM）,国际电工委员会（,IEC）,国际临床化学会（,IFCC）,国际标准化组织（,ISO）,国际理论化学与应用化学联合会（,IUPAC）,国际理论物理与应用物理联合会（,IUPAP）,国际法制计量组织（,OIML）,1.4 测量精度和不确定度,1995,年，,ISO,对,GUM,作了修订和重印，,GUM,是在,INC1（1980）、CI1981,和,CI1986,的基础上编制而成的应用指南，在术语定义、概念、评定方法和报告的表达方式上都作出了更明确的统一规定。,它代表了当前国际上表示测量结果及其不确定度的约定做法。,1.4 测量精度和不确定度,我国：,1991年制订了,JJG（,中华人民共和国计量检定规程）,102791,测量误差及数据处理（试行）,。,1999,年制订了,JJF（,中华人民共和国计量技术规范）,105999,测量不确定度评定与表示,。,A,类不确定度:,对一系列多次重复测量值,用统计方法计算出的标准偏差,B,类不确定度:,用其他方法估算出的近似的标准偏差,合成不确定度:,用合成标准偏差的方法合成,A,类和,B,类分量,1.4 测量精度和不确定度,测量不确定度(,Uncertainty,),来源,3,被测量的样本不能完全代表定义的被测量,例取某材料的一部分作样本进行测量,由于材料的均匀性使得样本不能完全代表定义的被测量,由样本引入不确定度.,4,对环境条件的影响认识不足或环境条件的不完善测量,:,仍以钢棒的长度为例,不但公