注册计量师第二章计量综合知识(h)

注册计量师培训,2012,第二章 计量综合知识,欢迎大家！,* 请自觉关闭通讯工具，或将手机置于静音； * 专心听课，把您的问题用字条递到讲台； * 讲课期间请不要在教室随意走动出入； * 保持教室清洁，教室内禁止吸烟、随地吐 痰，远离不文明陋习。,授课教师：苗 瑜 工作单位：河南省质量技术监督局 联系方式：0371-65928618 miaoyu6666,第二章 计量综合知识,本章内容 第一节 量和单位 第二节 测量、计量 第三节 测量结果 第四节 测量仪器及其特性,第一节 量和单位,一、量和量值 (一)量 1、量的概念 量是指“现象、物体和物质可定性区别和定量确定的一种属性。” 现象：是指自然现象，包括人工控制条件下发生的自然现象。（附件1、自然现象） 物体或物质：是天然的,也可以是经过加工的。 （附件2天然、加工） 定性区别：是指量在性质上的异同是可以识别的。 定量确定：指量的可比较性 。,计量学中的量指的是可以测量的量. 可以测量的量可以是广义量，也可以是特定量. 广义量:没有特定载体和定义的量。如长度、质量(重量)、温度、电流、时间等。 特定量:特定载体和定义的量.如一个人的身高、一辆汽车的自重等。 同种量:在计量学中把可直接相互进行比较的量称为同种量。如宽度、厚度、周长、波长为同种量,量的种类属于长度量。 同类量:某些同种量组合在一起称其为同类量.如功、热量、能量等。,2、量的表示 （1）量的符号 量的符号通常是单个拉丁字母或希腊字母，如面积的符号A，力的符号F，波长的符号 等。 量的符号都必须用斜体，如质量m，电流I等。 (量的符号与量的单位的符号不同，如质量：量的符号为m；单位的符号为kg。）,（2）量符号的下标 在某些情况下，不同量有相同的符号或对同一个量有不同的应用或要表示不同的值时，可采用下标予以区分。如电流与发光强度是两个不同的量，电流用符号I表示，发光强度用Ix表示。又如:对于3个不同大小的长度，我们可以分别表示成 f1，f2，f3。,量的符号的下标：单个或多个字母、阿拉伯数字、数学符号、元素符合、化学分子式。 下标字体的表示原则为： 物理量的符号、表示变量、坐标和序号的字母作为下标时，下标字体用斜体(意大利体)字母，其他下标采用正体（罗马体）。（附件3、一级P53，二级P41 例如） 也就是说：下标符号可采用正体，也可采用斜体，但具体采用哪种字体，必须符合上述原则。,3、基本量和导出量 计量学中的量，可分为基本量和导出量。 基本量：“在给定量制中，约定地认为在函数关系上彼此独立的量” 。例如在国际单位制中，基本量有7个，即长度、质量(重量)、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度。 导出量：“在给定量制中，由基本量的函数所定义的量”。导出量是通过基本量的相乘或相除得到的量。如国际单位制中的速度是导出量，它是由基本量长度除时间来定义的。导出量很多，如力、压力、能量、电位、电阻、摄氏温度、频率等。,(二)量值 1、量值的概念 一个量的大小可以用量值来表示，量值“一般由一个数乘以计量单位(测量单位)所表示的特定量的大小。” 如3米、15千克、30秒、20摄氏度、220伏等。其中3、15、30、20和220为数值，米、千克、秒、摄氏度和伏为计量单位。 但要注意：一般要使量的数值保持在0.1-1000范围以内。,2.量值的表达 量值的正确表达，一个数乘以计量单位。 如18 20 、180 V240 V，或(1820) 、(180240) V； 不能表示为1820 ；180240 V，因为18和180是数字，不能与量值等同使用。 一张桌子的长度是1米。长度物质的量，国际单位中基本量；1米量值；1数；米计量单位。 速度=长度（距离）/时间，速度导出量。,在量值表示时，有时会用ppm和ppb等表示数字量，它们不是单位符号，仅仅是英文缩写词，ppm表示百万分之一， ppb表示亿万分之一。现在国际上不提倡使用这种英文缩写词，ppm用 代替。ppb用 来代替。,二、量制 量纲和无量纲量（二级P42） （一）量制 量制是指“彼此间存着确定关系的一组量”。 也是所有领域或某一个领域约定选取的基本量和导出量的特定组合。这些特定组合在一起的量，彼此存在确定关系，任何两个量之间都可以直接或者间接地用一定的物理方程式相联系。 在科学技术领域中，使用着许多种量，所以出现了不同的量制。,这里说的量是指一般的量，不是指“特定量”。“彼此间存在确定关系”，是说这些量不是孤立的，而是通过一系列的物理方程式联系在一起的，其中任何两个量之间都直接或间接地存在着函数关系。 量制亦称量系，即量的体系或系统。不同学科有各自的量的体系，即量制。如力学量、热学量、电磁学量、声学量、光学量、化学量等量的分类，指的就是一些不完全相同的量制或量系。,量制实质上是各个科学领域中基本量和相应导出量的特定组合。简言之，量制即基本量和导出量的总体。 事实上，可以选取不同的量作为基本量。根据所选定的基本量的不同，就有不同的量制。 例如力学领域在历史上曾经有过的量制是： 长度、质量、时间； 长度、力、时间； 长度、功、时间； 长度、引力常数、时间。,量制通常以基本量符号的组合作为特定量制的缩写名称，如基本量为长度(l)、质量(m)和时间(t)的力学量制的缩写名称为l、m、t量制。,(二)量纲 1、 基本量的量纲 “以给定量制中基本量的幂的乘积表示某量的表达式”称为量纲。 量纲都以大写的正体拉丁字母和希拉字母表示。 国际单位制中七个基本量的量纲： 长度：L 质量：M 时间：T 电流： I 热力学温度： 物质的量：N 发光强度：J,2.量纲的表示 量纲的符号为dim，对于任何一个量，它的量纲可以表示为： 式中，、和 称为量纲指数。 基本量的量纲的表示： 如：长度的量纲 ； 质量的量纲 dimm =M ； 时间的量纲 ； 导出量如：速度 的量纲 （附件4、P64表2-4）,3、量和量纲之间的关系 量纲仅表明量的构成，而不能充分说明量的内在联系。 在给定量制中： 同种量的量纲一定相同。例如：如宽度、厚度、周长、波长为同种量，量纲都是 L 。 具有相同量纲的量却不一定是同种量。功和力矩的量纲相同，都是 ,但它们是完全不同性质的量。,4、量纲的意义 (1) 定性地表示量与量之间的关系，尤其是基本量和导出量之间的关系。通过量纲可得出任何一个量与基本量之间的关系。 (2) 检验量的表达式是否正确。如果一个量的表达式正确，则其等号两边的量纲必然相同，通常称它为“量纲法则”,利用这个法则可用来检查物理公式的正确性。,案例P55 D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识案例P55.doc,D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识21个导出单位的量纲.doc,(三)无量纲量 无量纲量：“在量纲表达式中，其基本量量纲的全部指数均为零的量” 。 如平面角、线应变、摩擦因数、折射率等。这些量并不是没有量纲，而它的量纲指数皆为零。由于任何指数为零的量皆等于1,所以量纲为1的量，也就是无量纲量，无量纲量也称为量纲为1的量。,三、计量单位和单位制 (一)计量单位 1.计量单位的概念 为了定量表示同种量的大小，就必须选取一个其数值为1的特定量，以便作为比较的基础。计量单位就是“为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量。” 计量单位的定义，特别是基本单位的定义，不是一成不变的，它随着科学技术的进步和发展而重新定义，体现当代计量学的水平。参看P61计量单位的演变 。二级P49,2、计量单位的符号 （1）国际符号：每个计量单位都有规定的代表符号，为了方便世界各国统一使用，国际计量大会有统一的规定，并把它叫做国际符号。 如在国际单位制中，长度计量单位米的符号是m,力的计量单位牛顿的符号为N；我国选定的非国际单位制单位吨的符号为t、平面角单位度的符号为()等。,（2）中文符号：计量单位的中文符号，通常由单位的中文名称的简称构成。 如电压单位的中文名称是伏特，简称为伏，则电压单位的中文符号就是伏。 若单位的中文名称没有简称，则单位的中文符号用全称，如摄氏温度单位的中文符号为摄氏度。 若单位由中文名称和词头构成，则单位的中文符号应包括词头，如压力单位的中文符号为千帕等。 附件7 参看P61起 表2-3、2-4、2-5、2-6；二级P48D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件7 量的名称.doc,3、计量单位与量值 同一个量可以用不同的计量单位表示： 1.2m=120cm=1200mm 量的大小与所选择的计量单位无关，即一个量的量值大小不随计量单位的改变而改变。 量值因计量单位不同而表现形式各异。 4、计量单位的选择 计量单位的单位量值选取多大，最初带有一定的任意性。 计量的任务首先是要统一计量单位，并以法律来加以保证，规定它的量值，并尽可能与国际上广泛采用的单位相一致。P86-87；二级P74-75,（二）基本单位和导出单位 1、基本单位 在“给定量制中基本量的计量单位”称为基本单位。 在给定的量制中，基本量P51约定地认为是彼此独立的，但相对应的基本单位并不都是彼此独立的 2、导出单位 在“给定量制中导出量的计量单位”称为导出单位。导出单位是由基本单位按一定的物理关系相乘或相除构成的新的计量单位。,（1）具有专门名称的导出单位 P64表2-4；二级P52 （2）导出单位的构成 导出单位的构成可以有多种形式: 由基本单位和基本单位组成 如速度单位米/秒 由基本单位和导出单位组成 如力的单位牛顿为千克米/秒，其中千克为基本单位，米/秒为家速度单位，是导出单位。 由基本单位和具有专门名称的导出单位组成如：功、热的单位焦耳为牛米，牛为具有专门名称的导出单位，米为基本单位。 由导出单位和导出单位组成如电容单位法拉为库/伏。库伦和伏特均为导出单位。,3、一贯导出计量单位和倍数单位 (1)一贯导出计量单位(二级无) “可由比例因数为1的基本单位幂的乘积表示的导出计量单位”称为一贯导出计量单位，简称为一贯单位。 在国际单位制中，全部导出单位都是一贯单位。如力的单位牛顿，1N=1kgms； 能的单位焦耳， 1J=1Nm；电压单位伏特，1V=1A等。,(2)倍数单位（分数单位） 主单位：从同一种量的许多单位中选用某一个单位作为基础，并赋予它独立的定义，把这个单位叫它为主单位 。如：米、千克、秒、安、牛、伏等。 倍数单位：“按约定的比率，由给定单位构成的更大的计量单位”称为倍数单位。如千米（km）、兆帕（MPa）等。 （分数单位：“按约定的比率，由给定单位构成的更小的计量单位,”称为分数单位如毫伏（mV）、微瓦（W）等）其中千（ ）、兆（ ）、毫（ ）微（ ）均为词头。k、M、m、为词头的国际符号，千、兆、毫、微为磁头的中文符号） 国际单位制的构成将SI单位的十进倍数和分数单位，改成了SI单位的倍数单位，不再分倍数单位和分数单位，统称为倍数单位。 在实际选用倍数单位时，一般应使量的数值在0.11000范围以内。如：0.00758m写为7.58m。 15263Pa可写成15.263kPa；8.91 s ,可写成89.1ns 问？1000g能否写成1kg？不能。应注意有效数字，应为1.000kg。,4、制外计量单位 “不属于给定单位制的计量单位”称为制外计量单位，简称制外单位。 例如:我国法定计量单位中，国家选定的非国际单位制单位，对国际单位制来讲就是制外单位。如时间单位：分(min)、时(h)、天(d)等。,(三) 计量单位制和国际单位制(SI) 1、计量单位制 “为给定量制按规定规则确定的一组基本单位和导出单位”称它为计量单位制，简称单位制。 同一个量制可以有不同的单位制，因基本单位选取的不同，单位制也就不一样。如米千克秒制（MKS）,厘米.克.秒制等 2、一贯计量单位制（二级无） “一贯计量单位制是指全部导出单位均为一贯单位的计量单位制，”简称一贯单位制，如国际单位制。,3、国际单位制(SI) (1)米制的建立 P58，二级P45 (2)国际单位制(SI)的形成P58，二级P46 （3）国际单位制的特点： P58，二级P45 统一性 简明性 实用性 合理性 科学性 精确性 继承性 通用性,(4)国际单位制的构成 SI基本单位（7个） 包括SI辅助单位在内的 国际单位制 SI导出单位 具有专门名称的SI导出单位（21个） (SI) 组合形式的SI导出单位 SI单位的倍数单位（20个词头）,SI基本单位 国际单位制选择了彼此独立的七个量作为基本量，对每一个量分别定义了一个单位，称为基本单位，表2-3 SI基本单位见下表。 圆括号（ ）中的名称，是它前面名称的同义词； 方括号 内的字，在不致混淆的情况下，可以省略。,(a)长度单位米(m) P61，二级P49 米在真空中于(1/299 792 458) s的时间间隔内所经路径的长度。 人们最早认识和使用的一个物理量，经历了四个阶段。 (b)质量单位千克(kg) 千克是质量单位，等于国际千克原器的质量。 国际单位制中，惟一的实物基准。,(c)时间单位秒(s) 秒是铯-133原子基态的两个超精细能级之间跃迁相对应的辐射的9 192 63l 770个周期的持续时间,(d)电流单位安培(A) “在真空中，截面积可忽略的两根相距l m的无限长平行圆直导线内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为210-7 N，则每根导线中的电流为l A”。 现在使用的安培定义是一个理论上的定义，难以复现（目前利用欧姆定律实现）。 (e)热力学温度单位开尔文(K) 等于水三相点热力学温度的1/273.16 。 摄氏温度（t）与热力学温度（T）的关系： t = T - T0（T0=273.15 K）,(f)物质的量单位摩尔(mol) “是一个系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元(原子、分子、离子、电子及其他粒子，或这些粒子的特定组合)数与0.012 kg碳-12的原子数目相等”。 摩尔是一个独立的基本单位。 (g)发光强度单位坎德拉(cd) 是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为5401012 Hz的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为(1/683) W/sr。,SI导出单位 SI导出单位是按一贯性原则，由SI基本单位通过相乘或相除形式表示的单位。 SI导出单位由两部分组成，一部分是包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位。另一部分是组合形式的SI导出单位。 a)具有专门名称的SI导出单位附件8 P64表2-4；二级P52 b)组合形式的SI导出单位P66；二级P54 D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件8、国际单位制中具有专门名称的SI导出单位的定义.doc,c) SI单位的倍数单位 SI单位的倍数单位是指由SI词头加在SI基本单位或SI导出单位的前面所构成的单位 SI词头 附件9 P66表2-5；二级P54D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件9 用于构成十进倍数的SI词头.doc,（四）我国的法定计量单位 1、什么叫法定计量单位 “由国家法律承认、具有法定地位的计量单位”。 我国计量法规定：国家实行法定计量单位制度，无论是哪个部门、哪个单位，只要在中国境内，人人都必须贯彻执行。 2、统一实行法定计量单位的意义 (1）统一实行法定计量单位是进一步统一我国计量制度的重要决策。 (2)统一实行法定计量单位是改革开放的需要。 3、我国法定计量单位的特点 结构简单明了、科学性强、比较完善具体，但留有余地。,4、我国法定计量单位的构成： 我国计量法规定，我国的法定计量单位由两部分单位组成：国际单位制计量单位和国家选定的其他计量单位。即： (1)国际单位制的基本单位； (2)国际单位制的辅助单位； (3)国际单位制中具有专门名称的导出单位； (4)国家选定的非国际单位制单位附件10 P68表2-6；二级P56 (5)由以上单位构成的组合形式的单位； (6)由国际单位制词头和以上单位所构成的十进倍数和分数单位。,国家选定的非国际单位制单位 D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件10、国家选定的非国际单位制单位.doc,5、我国法定计量单位的使用 贯彻执行我国法定计量单位必须注意法定计量单位的名称、单位和词头符号的正确读法和书写、正确使用单位和词头。 (1)法定计量单位的名称 法定计量单位的名称是指单位的中文名称，它分为全称和简称。 在使用时，把其中的方括号内的字省略掉即为该单位的简称。如力的单位全称叫牛顿，简称为牛； 对没有方括号的(即没有简称的)单位名称，就只能用全称。如摄氏温度的单位为摄氏度，不能叫度； 使用单位简称的作用有两个，一是在不致混淆的场合下，简称等效于它的全称，使用方便；二是简称被规定作为单位的中文符号使用。,法定计量单位名称的使用方法如下： D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件11、法定计量单位名称的使用方法如下.doc,(2) 法定计量单位和词头的符号(P66，二级P54） 法定计量单位和词头的符号的使用方法如下： 附件12 D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件12、法定单位和词头的符号的使用方法如下.doc (3)法定计量单位和词头的使用规则(P70，二级P58) 法定计量单位和词头的使用规则如下：附件13 D:360data重要数据我的文档新建文件夹第二章计量综合知识附件13、法定计量单位和词头的使用规则如下.doc (4)应废除的和错误的或不恰当的计量单位举例 应废除的常用计量单位与法定计量单位的换算举例见P76表2-7。 错误的或不恰当的计量单位举例见P77表2-8。,6、我国法定计量单位的实施要求（P77，二级P65 ）略 7、我国法定计量单位的适用范围（P77，二级P65）略 8、部分非法定计量单位与法定计量单位的换算举例略 过去较为常用的部分非法定计量单位与法定计量单位的换算举例见P78表2 -9。 练习题21,第二节 测量、计量（二级P69）,一、测量 二、计量 三、计量学 四、计量在国民经济和社会生活 中的地位,一、测量 （一）测量概述：“以确定量值为目的的一组操作。” （1）测量是一种操作，操作的方式在定义中没有做具体规定，它既可以是一项复杂的物理实验活动；也可以是一种简单的动作。 （2）这里强调是“一组操作”，说明测量是指操作的全过程，测量本身是一个过程，即包括从确定被测的量开始，选定测量原理和测量方法，选用测量仪器，规定测量程序、控制影响量的取值范围，进行实验和计算、直至获得和报告具有适当不确定度的测量结果。,（3）该组操作的目的（即测量的目的）在于确定被测对象量值的大小。 在计量学中测量既是核心的概念，又是研究的对象。所以，人们把测量有时也称为计量，例如把测量单位称为计量单位，把测量标准称为计量标准等。,1. 测量过程 测量活动是一个过程。所谓“过程”是指“一组将输入转化为输出的相互关联或相互作用的活动”。 测量过程的三个要素是： 输入:确定被测量及对测量的要求； 测量活动：对所需要的测量进行策划，从测量原理、测量方法到测量程序；配备资源，包括适宜的且具有溯源性的测量设备，选择和确定具有测量能力的人员，控制测量环境，识别测量过程中影响量的影响，实施测量操作； 输出：按输入的要求给出测量结果，出具证书和报告。,2. 测量原理 测量原理是指“测量的科学基础”。 指测量所依据的自然科学中的定律、定理和得到充分理论解释的自然效应等科学原理。 例如：力的测量中应用的牛顿第二定律 电学测量中应用的欧姆定律 温度测量中应用的热电效应 质量测量中应用的杠杆原理,3. 测量方法 测量方法是指“进行测量时所用的，按类别叙述的一组操作逻辑次序。” 测量方法是测量原理的实际应用。 常用的测量方法： （1）直接测量法和间接测量法。 直接测量法:不必去测量与被测量有函数关系的其它量，而能直接得到被测量值的一种测量方法。（长度、质量） 间接测量法:通过测量与被测量有函数关系的其它量，得到被测量值的一种测量方法。（面积）,（2）基本测量法和定义测量法。 基本测量法:通过对一些有关基本量的测量，以确定被测量值的测量方法。 定义测量法根据量的单位定义来确定该量的一种测量法。,（3）直接比较测量法和替代测量法。 直接比较测量法:将被测量的量值直接与己知其值的同一种量相比较的测量方法。（量具） 替代测量法:将选定的且已知其值的同种量替代被测量，使在指示装置上得到相同效应以确定被测量值的一种测量方法 。（砝码）,（4）微差测量法和符合测量法。 微差测量法:将被测量与同它只有微小差别的已知同种量相比较，通过测量这两个量值间的差值以确定被测量值的一种测量方法 （量块） 符合测量法:用观察某些标记或信号相符合的方法，来测量出被测量值与作为比较标准用的同一种已知量值之间微小差值的一种测量方法 （卡尺）,（5）补偿测量法和零值测量法。 补偿测量法:测量过程作这样安排，使一次测量中包含有正向误差，而在另一次测量中包含有负向误差，因此，测量结果中大部分误差能互相补偿而消去，这种方法称为补偿测量法。（电学）,零值测量法:调整已知其值的一个或几个与被测量有己知平衡关系的量，通过平衡原理确定被测量值的一种测量方法。（电位差计） 按测量的特点、方式，测量又可分为接触测量和非接触测量，动态测量和静态测量，模拟测量和数字测量，手动测量和自动测量等。,4. 测量程序 测量程序是指“进行特定测量时所用的，根据给定的测量方法具体叙述的一组操作”。 测量原理、测量方法、测量程序是实施测量的三个重要因素。 测量原理是实施测量过程中的科学基础，测量方法是测量原理的实际应用，测量程序是测量方法的具体化。,5. 测量资源的配备和测量影响量的控制 测量资源包括测量人员、测量所需的测量仪器及其配套设备、测量所需的环境条件及设施、测量方法的规范、规程或标准以及有关文件。 影响量：“不是被测量但对测量结果有影响的量”，对测量中明显影响测量结果的环境条件及其它各种因素，要采取控制措施。,6. 测量结果 测量结果是测量过程的输出，是经过测量所得到的被测量的值，完整的测量结果应当包括关于测量不确定度信息，必要时还应说明有关影响量的取值范围。,（二）测量的作用 1、测量是科学技术的基础 2、测量是发展生产的重要手段 3、测量也是掌握物资财富和动力资源的数量，以及经济合理地使用这些财富，减少能源和材料消耗的重要手段 4、测量可以维护社会经济秩序，确保国内和国际上贸易活动的正常进行。 5、测量是人们生活中所不可缺少的重要环节,二、计量 （一）计量概述 计量是“实现单位统一、量值准确可靠的活动。”。测量是“以确定量值为目的的一组操作。” （二）计量的发展 1、古代计量 2、近代计量：1875年“米”制公约的签订。 3、现代计量：1960年通过并建立国际单位制。,（三）计量的特点 计量具有“准确性、一致性、溯源性、法制性”四个特点。 1、准确性。是计量的基本特点， 量值的“准确”，是指在一定的不确定度、误差极限或允许误差范围内的准确。只有测量结果量值的准确，计量才具有一致性，测量结果才具有使用价值，才可能为社会提供计量保证。,2、一致性。计量的基本任务是保证单位的统一与量值的一致，因此一致性是计量最基本的特性。 计量单位统一和单位量值一致是计量一致性的二个方面，单位统一是量值一致的前提，量值一致是指量值在一定不确定度内的一致，是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，以及由何人测量，只要符合有关的要求，其测量结果就应在给定的区间内一致。也就是说，测量结果应是可重复、可再现（复现）、可比较的。,3、溯源性。为了实现量值一致。 溯源性是开展计量活动，确保单位统一和量值准确可靠的重要途径。溯源性指任何一个测量结果或计量标准的量值，都应能通过一条具有规定不确定度的连续比较链，与计量基准联系起来。 4、法制性。确保计量单位的统一，免受不准确、不诚实的测量带来的危害，以维护国家和消费者的权益，通过法制来实现的。 计量不同于一般的测量。测量是为了确定量值而进行的全部操作，一般不具备也不必具备计量的法制性。所以，计量包括测量而又高于一般的测量。,（四）计量的分类 计量话动涉及到社会的各个方面，按计量的社会功能，国际上把计量大致分为三个组成部分，即法制计量、科学计量、工业计量（又称工程计量），分别代表以政府为主导作用的计量社会事业、计量的基础和计量应用三个方面。,1、法制计量 法制计量是指“计量的一部分，即与计量法定计量机构所执行工作有关的部分，涉及到计量单位、测量方法、测量设备和测量实验室的法定要求。” 法制计量内容主要包括：计量立法、统一计量单位、有关测量方法、计量器具和测量结果的控制、有关法定计量技术机构及测量实验室管理等。 法制计量是政府行为，是政府的职责。,2、科学计量 它是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，通常用最新的科技成果来精确的定义与实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。 主要任务：计量单位与单位制的研究、计量基准与标准的研制、物理常数与精密测量技术的研究、量值传递和量值溯源系统的研究、量值比对方法与测量不确定度的研究。,3、工业计量 工业计量也称为工程计量。一般是指工业、工程、生产企业中的实用计量 也可以称为工程计量、应用计量。,三、计量学 （一）计量学概述 计量学：研究测量理论和实践的综合性科学 计量学是“关于测量的科学” （二）计量学的范围 按专业按不同被测对象量分为十大类计量：几何量计量、热学计量、力学计量、电磁学计量、电子学计量、时间频率计量、电离辐射计量、声学计量、光学计量、化学计量。,（二）计量学的范围 1、几何量计量（习惯上又称长度计量）：基本参量是长度和角度。 按项目包括：线纹计量、端度计量、线胀系数、大长度计量、角度计量、表面粗糙度、齿轮、螺纹、面积、体积等计量；也包括形位参数：圆度、平面度、垂直度、同轴度、平行度、对称度等计量；以及空间坐标计量、纳米计量等。,2、热学计量 主要包括温度计量和材料的热物性计量。 3、力学计量 包括：质量计量、容量计量、力值计量、压力、真空计量、流量计量、密度计量、转速计量、扭矩计量、振动和冲击计量、重力加速度等计量,4、电磁学计量 包括：直流和1MHz以下交流的阻抗和电量、精密交直流测量仪器仪表、摸数/数摸转换技术和交流、直流比例技术、磁学量、磁性材料和磁记录材料、磁测量仪器仪表以及量子计量等、交直流电压、交直流电流、电能、电阻、电容、电感、电功率等计量。磁学计量包括：磁通、磁矩、磁感应强度等磁学量的计量。,5、电子学计量 （又称无线电计量） 包括电压、电流、场强、功率、电场强度、磁场强度、功率通量密度、频率、波长、波形参数、脉冲参量、失真、调制度（调幅、调频、调相）、频谱参量、噪声等、电路参量（电阻、电导、电抗、电纳、电感、电容）、反射参量（阻抗、电压驻波比、反射系数、回波损失）、传输参量（衰减、相位移、增益、时延）以及电磁兼容性等,6、时间频率计量 包括时刻计量和时间间隔计量、各种频率标准（简称频标）、晶体振荡器和频率源的频率 7、电离辐射计量 开展对标准辐射源、医用辐射源、活度计、谱仪、比释动能测量仪、剂量计、照射量计、注量测量仪、电离辐射防护仪等测量仪器的检定和校准。,8、声学计量 声学计量包括超声、水声、空气声的各项参量的计量，声压、声强、声功率是其主要参量，还包括声阻、声能、传声损失、听力等计量。 9、光学计量 光学计量包括自红外、可见光到紫外的整个光谱波段的各种参量的计量 10、化学计量 包括燃烧热、酸碱度、电导率、黏度、湿度、基准试剂纯度等计量,四、计量在国民经济和社会活动中的地位和作用 （一）计量与科学技术 （二）计量与生产 （三）计量与维护社会经济秩序 （四）计量与贸易 （五）计量与环境保护 （六）计量与节能 （七）计量与国防 （八）计量与人民生活 （九）计量与文化体育,第三节 测量结果（二级P86）,一、被测量及影响量 二、量的真值和约定真值 三、测量结果 四、描述测量结果的术语,一、被测量及影响量 (一)被测量 ： 被测量是指“作为被测对象的特定量”。 受測量的量称为被测量。也就是我们想要测量的量。 （1）要测量的是什么量，这是测量时必须搞清楚的。測量时，要知道被测对象的特定量是什么也就是我们通常要对被测量进行定义。 被测量的定义或技术说明还包括对测量有影响的有关影响量进行说明，其详细程度是随所,要求的测量准确度而定的。参看P99 （例：导体20、1Hz时的电阻） （2）注意，测量有时会改变研究中的现象、物体或物质，此时实际受到测量的量可能不同于想要测量的被测量。 （3）被测量可以是物理量，还可以是化学量、生物量等 （二）影响量：“不是被测量但对测量结果有影响的量”。如测量量块长度时，环境温度不同，测出的数据会不同，温度是影响量。,二、量的真值和约定真值二级P87 （一）真值 真值指是：“与给定的特定量的定义一致的值”。 或说与被测量的定义一致的量值称为真值。 1、量的真值只有通过完善的测量才能获得。 2、真值按其本性是不确定的。 3、与给定特定量定义一致值不一定只有一个。 4、在基本常量特殊情况下，可被认为具有一个单一的真值,（二）约定真值 约定真值是指：“对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值”。 1、由于真值不知道，实际计量中用约定真值代替真值。 2、约定真值仅是真值的估计值，是具有不确定度的。如阿伏伽德罗常数值、标准自由落体加速度（以前称重力加速度）、约瑟夫逊常量等。P100，二级 P188,三、测量结果 measurement result： 测量结果是指：“由测量所得到的赋予被测量的量值”。 1、在新版国际计量学名词术语中测量结果是：“由测量所得到的赋予被测量的量值及其有关的信息”。测量结果仅是被测量的估计值，其可信程度由测量不确定度来定量表示。,通常情况下，测量结果表示为一个被测量的估计值及其测量不确定度，必要时还要给出不确定度的置信水平、自由度等的说明，这样才是完整的表述。 2、单次测量的结果称观测值或测得值或称测量值。 通常情况下，测量结果是多次测量的算术平均值及该算术平均值的测量不确定度。,测量结果有以下两种情况： （1）未修正结果：系统误差修正前的测量结果。 （2）已修正结果：系统误差修正后的测量结果。 必要时，对给出的测量结果应说明是未修正结果还是已修正结果。,四、描述测量结果的术语 （一）测量误差（measurement error） 1、测量误差的应用 测量误差定义为“测量结果减去被测量的真值”。 实际工作中测量误差又简称误差。 一般情况下，由于真值未知，测量误差是未知的，测量误差是一个概念性术语。,无论测量标准的标准值还是其它约定值，实际上都是存在不确定度的，获得的只是测量误差的估计值。 给出测量误差时必须注明误差值的符号，当测量值大于参考值时为正号，反之为负号。 获得测量误差估计值的目的通常是为得到测量结果的修正值。,测量误差不应与测量中产生的错误和过失相混淆。测量中的过错常称为“粗大误差”或“过失误差”，它不属于测量误差定义的范畴。 测量仪器的特性是用“示值误差”、“最大允许误差”、“准确度等级”等术语表示，不要与测量结果的测量误差相混淆。,由误差的定义可知，误差表示的是一个量而不是一个区间或范围； 只有知道测量结果以及真值（或约定真值）后才能得到误差； 误差只能通过测量才能得到，仅仅通过分析和评定得到的不可能是误差。 绝对误差：测量误差的估计值是测量值偏离参考量值的程度，通常情况是指绝对误差 。 x = x-x0,相对误差：需要时用相对形式表示，即用绝对误差与被测量值之比表示，x =x/x0。 相对误差常用百分比或指数幂表示。如0.1%、110-6。有时也用带相对单位的比值表示。 以测量范围为(0-100) V 的电压表为例，若某测量点的示值为10V，标准值为10.01V ，则 绝对误差： =10V - 10.01V =-0.01V 相对误差：=- 0.01V /10.01V=-0.1%,2、测量误差的分类 测量误差包括系统误差和随机误差两类不同性质的误差。 （1）系统误差 系统误差是指：“在重复性条件下，对同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值与被测量真值之差”。 系统误差是在重复测量中保持恒定不变或按可预见的方式变化的测量误差的分量。,系统误差的参考量值是真值。因此系统误差是一个概念性的术语。当用测量不确定度可忽略不计的测量标准的标准值，或是约定值作为参考量值时，可得到系统误差的估计值。 系统误差的来源可以是已知的或未知的，对已知的来源，如果可能，可以从测量方法上采取各种措施予以减小或消除。,对于已知的系统测量误差可以采用修正来补偿。由系统误差估计值可以求得修正值或修正因子，从而得到已修正的测量结果。但由于参考量值是有不确定度的，因此由系统误差估计值得到的修正值也是有不确定度的。,（2）随机误差 随机误差是指：“测量结果与在重复性条件下对同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值之差”。 随机误差是在重复测量中按不可预见的方式变化的测量误差的分量。 随机误差的参考量值是对同一个被测量由无穷多次重复测量得到的平均值（即期望值）。, 一组重复测量的随机误差形成一种分布，该分布可以用方差描述，并具有为零的期望值。（对称性、有界性、单峰性） 随机误差是由影响量的随机时空变化所引起，他们导致重复测量中数据的分散性。,随机误差等于测量误差减系统测量误差。 由于不可能进行无穷多次测量，因此定义的随机误差是得不到的，随机误差是一个概念性的术语；不要用随机误差来定量描述测量结果。,误差、系统误差和随机误差的关系： 由系统误差和随机误差的定义，可得： 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 =+ 误差是随机误差和系统误差的代数和 误差合成都应采用代数相加的方法,概率密度 f(x) 测量结果 误差 真值 系统误差 随机误差 测得值的概率 密度分布曲线 误差=测量结果-真值 =系统误差+随机误差 系统误差=均值-真值 随机误差=测量结果-均值 总体均值 测得值,3、测量误差的修正 当已知测量误差时可以对测量结果进行修正。 “用代数法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值”称修正值。 修正值等于负的系统误差估计值，即与估计的系统误差大小相等符号相反。 由于系统误差的估计值是有不确定度的，因此修正不可能消除系统误差，只能一定程度上减小系统误差。,已修正的测量结果即使具有较大的不确定度，但可能已十分接近被测量的真值（即误差很小）。因此，不应把测量不确定度与已修正测量结果的误差相混淆。 如果系统误差的估计值很小，而修正引入的不确定度很大，就不值得修正。此时往往将系统影响量对测量结果的影响按B类评定方法评定其标准不确定度分量。 修正除了用修正值外还可以采用其他方式，如为补偿系统误差可以在未修正测量结果上乘一个因子，该因子称修正因子。也可以用修正曲线或修正值表。,（二）测量结果的重复性和复现性（P103，二级P90 ） 1.测量结果的重复性：“在相同条件下，对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性”。 2.测量结果的复现性：“在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致性”。,（三）测量准确度 测量准确度定义为：“测量值与被测量的真值之间的一致程度”。 是对测量结果的一个概念性或定性描述，在文字叙述中使用，但不给出量值。 测量准确度作为定性描述，只有高低之分，没有数值大小之分。（P103，二级P90 ）,（四）测量不确定度P104 二级P91 1、测量不确定度的概念和作用 测量不确定度定义：“表征合理赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数”。 测量不确定度是一个说明给出的测量结果的不可确定程度和可信程度的参数。是一个与测量结果在一起的参数，在测量结果的完整表述中应该包括测量不确定度。只有测量结果才有不确定度。案例四,仪器本身没有不确定度，只有用仪器得到的测量结果才有不确定度；测量仪器应该用其他的参数来描述，例如示值误差，或最大允许误差。 测量不确定度不说明测量结果是否接近真值，而是说明测量值分散性的参数。,分散性 不确定度是一个分散性，因此不确定度表示一个区间或范围。这是不确定度和误差之间最大的差别。 误差表示一个差值，不确定度表示一个区间或范围,表征合理赋予被测量之值的分散性与测量结果相关联的参数. 赋予 测量不确定度是测量者赋予测量结果的，因此测量不确定度与人的经验及知识水平有关。 合理 定义中的“合理”是指应该考虑各种因素对测量的影响所作的修正，特别是测量应处于统计控制过程中。即测量应在重复性条件或复现性条件下进行。,(1)引出术语“测量不确定度”的出发点是用来描述测量结果的。 测量不确定度是一个说明给出的测量结果的不可确定程度和可信程度的参数。 例如：当得到测量结果为：m=500g，U=1g (k=2)；我们就可以知道被测对象的重量为(5001)g，测量结果不可确定的区间是499g501g，在该区间内的置信水平（即可信程度）约为95%。这样的测量结果比仅给500g给出了更多的可信度信息。,(2)测量不确定度是说明测量值分散性的参数。 测量不确定度不说明测量结果是否接近真值，而是说明测量值分散性的参数。由于测量的不完善和人们的认识不足，测量值是具有分散性的。这种分散性有两种情况： 由于各种随机性因素的影响，每次测量得到的值不是同一个值，而是以一定概率分布分散在某个区间内的许多值；,虽然有时实际上存在着一个恒定不变的系统性影响，但由于我们不知道其值，也只能根据现有的认识，认为它以某种概率分布存在于某个区间内，可能存在于区域内的任意位置，这种概率分布也具有分散性。 (3)为了表征测量值的分散性，测量不确定度用标准偏差表示。,因为在概率论中标准偏差是表征随机变量或概率分布分散性的特征参数。 为了定量描述，实际上是用标准偏差的估计值来表示测量不确定度的，所以称为标准不确定度。实际使用中, 希望知道包含测量结果的区间，因此规定测量不确定度也可用标准偏差的倍数或说明了置信水平（包含概率）的区间半宽度表示。,测量不确定度表示为区间半宽度时称为扩展不确定度。 (4)不同场合下测量不确定度术语的表述不同： 不带形容词的“测量不确定度”用于一般概念和定性描述，可以简称“不确定度”； 带形容词的测量不确定度，如：标准不确定度、合成标准不确定度和扩展不确定度，用于在不同场合对测量结果的定量描述。,(5) 标准不确定度有两类评定方法 测量不确定度是由多个分量组成的，用标准偏差表示的不确定度分量的评定方法分为两类： A类评定：根据一系列测量数据的统计分布估算标准偏差估计值的评定方法称为测量不确定度的A类评定方法，用A类评定得到的标准不确定度分量用实验标准偏差表征，符号为uA 。,B类评定：用基于经验或有关信息假设的概率分布（先验概率分布）来估计标准偏差的评定方法称为测量不确定度的B类评定方法，用B类评定得到的标准不确定度分量也用估计的标准偏差表征，符号为uB,(6) 不确定度不按系统或随机的性质分类。 因为系统性和随机性在不同的情况下是可以转换的。 例如：某标准电阻的阻值的不确定度在批量生产时具有随机性，而到用户手里就成系统性的了，所以不确定度不按性质分类。,在需要说明不确定度分量的性质时，可表述为“由随机效应导致的测量不确定度”或“由系统效应导致的测量不确定度”。 2、 标准不确定度、合成标准不确定度、扩展不确定度 (1) 标准不确定度 “以标准偏差表示的测量不确定度称标准不确定度”。它不是由测量标准引起的不确定度，而是指不确定度由标准偏差的估计值表示，表征测量值的分散性。,标准不确定度用符号u 表示。 标准不确定度分量：测量结果的不确定度往往由许多来源引起，对每个不确定度来源评定的标准偏差，称为标准不确定度分量，用ui表示。 标准不确定度分量按评定方法分为：A类标准不确定度uA和B类标准不确定度uB 。,(2) 合成标准不确定度 合成标准不确定度是指：“当测量结果由若干其它量的值求得时，按其他各量的方差或（和）协方差的算得的标准不确定度”。即由各标准不确定度分量合成得到的标准不确定度为合成标准不确定度。合成的方法称为测量不确定度传播律。合成标准不确定度用符号uc表示。,合成标准不确定度仍然是标准偏差，它是测量结果标准偏差的估计值，它表征了测量结果的分散性。合成标准不确定度的自由度称为有效自由度，用eff表示，它表明所评定的uc的可靠程度。合成标准不确定度也可用uc(y)/y相对形式表示，必要时可以用符号ur或urel表示。,（3）扩展不确定度 是指“确定测量结果的区间的量，合理赋予被测量之值的分布的大部分可望含于此区间”。 扩展不确定度是将合成标准不确定度uc扩展了k 倍得到的，即： U=kuc。 说明具有规定的包含概率（置信水平）为P的扩展不确定度时，可以用UP表示。（P105，二级P93）,4、测量误差与测量不确定度的区别 区别1：定义 测量误差 表明测量结果偏离真值的多少，是一个差值。 测量不确定度 表明被测量之值的分散性，是一个区间。用标准偏差，标准偏差的倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度来表示。,区别2：分类 测量误差 按出现于测量结果中的规律，分为随机误差和系统误差两类，它们都是无限多次测量的理想概念。 测量不确定度 按是否用统计方法求得，分为A类评定和B类评定两种评定方法。它们都以标准不确定度表示。 评定中，一般不必区分其性质。应表述为“由随机效应或系统效应引入的不确定度分量”,区别3：可操作性 测量误差 由于真值未知，往往不能得到测量误差的值。当用约定真值代替真值时，可以得到测量误差估计值。 测量不确定度 可以由人们根据实验、资料、经验等信息进行评定，从而可以定量确定测量不确定度的值。,区别4：数值符号 测量误差 非正即负，不能用正负()号表示。 测量不确定度 是一个无符号的参数，当由方差求得时，取其正平方根。,区别5：合成方法 测量误差 各误差分量的代数和 。 测量不确定度 当各分量彼此独立时用方和根法进行合成，否则应考虑加入相关项。,区别6：结果修正 测量误差 已知系统误差的估计值时，可以对测量结果进行修正，得到已修正的测量结果。 测量不确定度 不能用测量不确定度对测量结果进行修正。对已修正测量结果进行不确定度评定时，应考虑修正不完善引入的不确定度分量。,区别7：结果说明 测量误差 客观存在的，不以人的认识程度而转移。误差属于给定的测量结果，相同测量结果具有相同的误差，而与得到该测量结果的测量仪器和测量方法无关。 测量不确定度 与人们对被测量、影响量、以及测量过程的认识有关。合理赋予被测量的任一个值，均具有相同的测量不确定度。仅给出了测量结果可信程度的信息。,第四节 测量仪器及其特性（二级P96）,一、测量仪器（计量器具） 二、测量仪器的特性,一、测量仪器（计量器具） （一） 测量仪器及其作用 1、测量仪器是指“单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具”。 测量仪器的特点是： （1）用于测量，获得被测对象量值的大小。 （2）具有多种形式，可以单独或连同辅助设备一起使用。 （3）本身是一种器具或一种技术装置，是一种实物。 测量仪器称为计量器具，即计量器具是测量仪器的同义语。,2、测量仪器的作用 （1）是人们从事测量获得测量结果的重要手段和工具，它是测量的基础，是从事测量的重要条件。 （2）计量器具又是复现单位、实现量值传递和量值溯源的重要手段。 (3)计量器具又是实施计量法制管理的重要工具和手段。 (4)计量器具又是开展科学研究从事生产活动不可缺少的重要工具和手段。,（二）实物量具、测量系统和测量设备 1.实物量具（material measure）:“使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具” 。 特点： （1）本身直接复现或提供了单位量值如量块、线纹尺本身就复现了长度单位 （2）在结构上一般没有测量机构如砝码、标准电阻只是一个复现单位量值的一个实物 （3）由于没有测量机构，在一般情况下，如果不依赖其他配套的测量仪器，就不能直接测量出被测量值。如量块配干涉仪，光学计，砝码配天平。,量具本身所复现的量值，通常用标称值表示。 量具按其复现或提供的量值看，又可以分为单值量具和多值量具。 量具从工作方式来分，可以分为从属量具和独立量具。 标准物质即参考物质,按定义均属于测量仪器中的实物量具。,2.测量系统（measuring system） 测量系统是指“组装起来以进行特定测量的全套测量仪器及其配套设备” 。（P110，二级P98） 3测量设备 测量设备是指“测量仪器、测量标准、标准物质、辅助设备以及进行测量所必须的资料的总称。” （P111，二级P98）,测量设备的特点： (1)概念的广义性。 (2)内容的扩展性。 (3)测量设备不仅是指硬件还有软件、进行测量所必须的资料等。 测量设备是一个总称，它比测量仪器或测量系统的含意更为广泛。,(三) 测量仪器的分类 按结构、功能、作用、性质或不同专业，分类的方法很多，按其结构和功能可分为： 指示式或显示式测量仪器 记录式测量仪器 累计式测量仪器 积分式测量仪器 模拟式测量仪器或模拟式指示仪器 数字式测量仪器或数字式指示仪器。,1指示式或显示式测量仪器 能“显示示值的测量仪器”。 2.记录式测量仪器 指“提供示值记录的测量仪器”。 3累计式测量仪器 指“通过对来自一个或多个源中，同时或依次得到的被测量的部分值求和，以确定被测量值的测量仪器。”它是为了获得被测量在一段时间间隔内的累计值，即被测量值求和的测量仪器。,4积分式测量仪器 指“通过一个量对另一个量积分，以确定被测量值的测量仪器。” 有些被测量按其定义或实际性质本来就是一个积分量。 累计式测量仪器，如果将分量量值设法加以足够的细分，也就成了积分式测量仪器。,5模拟式测量仪器或模拟式指示仪器 指“其输出或显示为被测量或输入信号连续函数的测量仪器。” 从测量仪器输出或显示的形式分类。 6数字式测量仪器或数字式指示仪器 它是指“提供数字化输出或显示的测量仪器。”,(四)测量链、测量传感器、检测器、敏感器 1.测量链（measuring chain）：指“测量仪器或测量系统的系列单元，由它们构成测量信号从输入到输出的通道。” 是测量仪器或测量系统从测量信号输入到输出所形成的一个通道，这一通道由一系列单元组成。 如一个压力表的机械测量链，由波登管、机械传动系统和刻度盘构成。,2测量传感器（measuring trasducer） 测量传感器是指“提供与输入量有确定关系的输出量的器件。” 作用：将输入量按照确定的对应关系变换成易测量或处理的另一种量，或大小适当的同一种量再输出。 通常，测量传感器的输入量就是被测量。,有时提供与输入量有给定关系的输出量的器件，并不直接作用于被测量，而是测量仪器的通道中间的某个环节或是测量仪器本身内部的某一部件，则称为测量变换器；如输入与输出为同种量，亦称为测量放大器；输出量为标准信号的传感器称为变送器（如温变、压变）。 通常，测量传感器的输入量