计量基础知识(中级).ppt

,全国质量专业技术人员职业资格考试,计量基础,南京市质量技术监督技术咨询服务中心,授课：鲁凯,考题分布,计量基础,真题类型,计量基础,第一节 基本概念,第二节 计量单位,第三节 测量仪器,第四节 测量结果,第五节 测量误差和测量不确定度,第六节 测量控制体系,一、计量的内容、分类和特点,（一）计量的内容计量：是实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。计量学：是关于测量的科学，它涵盖测量理论和实践的各个方面。计量管理：是为经济而有效地满足社会对测量的需要而进行的一项法制、技术和管理方面的有组织的活动。计量的内容：包括六个方面。（1）计量单位与单位制；（2）计量器具（或测量仪器），包括实现或复现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具；（3）量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测；（4）物理常量、材料与物质特性的测定；（5）测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法；（6）计量管理，包括计量保证与计量监督等。,一、计量的内容、分类和特点,（二）计量的分类（1）科学计量：是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，它通常采用最新的科技成果来准确定义和实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。（2）工程计量：又称工业计量，是指各种工程、工业、企业中的实用计量。随着产品技术含量提高和复杂性的增大，为保证经济贸易全球化所必需的一致性和互换性，它已成为生产过程控制不可缺少的环节。（3）法制计量：法制计量是指由政府或授权机构根据法制、技术和行政的需要进行强制管理的一种社会公用事业，其目的主要是保证与贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测、资源控制、社会管理等有关的测量工作的公正性和可靠性。,一、计量的内容、分类和特点,（三）计量的特点（1）准确性：是指测量结果与被测量真值的一致程度。（2）一致性：测量结果应是可重复、可再现（复现）、可比较的。（3）溯源性：是指任何一个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：是指计量必需的法制保障方面的特性。,二、计量的法律法规,（一）中华人民共和国计量法1985年9月6日公布，1986年7月1日起施行，共6章35条立法的宗旨：加强计量监督管理，保障国家计量单位制的统一和量值的准确可靠，有利于生产、贸易和科学技术的发展，适应社会主义现代化建设的需要，维护国家、人民的利益。适用范围：中华人民共和国境内，所有国家机关、社会团体、中国人民解放军、企事业单位和个人，凡是使用计量单位，建立计量基准、计量标准、进行计量检定，制造、修理、销售、使用计量器具和进口计量器具，开展计量认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷，进行计量监督管理方面所发生的各种法律关系，均为计量法适用的范围。,二、计量的法律法规,（二）计量法律和法规计量法律：即1985年9月6日全国人大常委会审议通过的中华人民共和国计量法。计量法规：计量行政法规和规范性文件，例如：中华人民共和国计量法实施细则、关于在我国统一实行法定计量单位的命令等。计量规章、规范性文件（1）国务院计量行政部门制定的各种全国性的单项计量管理办法和技术规范。例如中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录、国家计量检定规程等。（2）国务院有关主管部门制定的部门计量管理办法。例如国防计量监督管理条例等。（3）县级以上地方人民政府及计量行政部门制定的地方计量管理办法。如南京市计量管理办法等。,三、计量溯源、校准和检定,（一）量值溯源量值溯源性：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（通常是国家计基准或国际计量基准）联系起来的特性，称为量值溯源性。主要技术手段：校准和检定。,三、计量溯源、校准和检定,（二）校准校准：在规定的条件下，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。校准的主要目的：（1）确定示值误差，有时（根据需要）也可确定其是否处于预期的允差范围之内；（2）得出标称值偏差的报告值，并调整测量仪器或对其示值加以修正；（3）给标尺标记赋值或确定其他特性值，或给参考物质的特性赋值。（4）实现溯源性。,三、计量溯源、校准和检定,（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，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。强制检定：指由政府计量行政主管部门所属的法定计量检定机构或授权的计量检定机构，对某些测量仪器实行的一种定点定期的检定。我国规定，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测四个方面且列入中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录的工作计量器具，属于国家强制检定管理范围。此外，我国对社会公用计量标准，以及部门和企业、事业单位的各项最高计量标准，也实行强制检定。非强制检定：指由使用单位自己或委托具有社会公用计量标准或授权的计量检定机构，对强检以外的其他测量仪器依法进行的一种定期检定。检定依据：计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。计量检定必须执行计量检定规程。（国家、部门、地方）,三、计量溯源、校准和检定,（四）计量确认计量确认：计量确认是指为确保测量设备满足预期使用要求而进行的一组操作。计量确认过程的输入：计量确认过程有两个输入，即顾客计量要求和测量设备特性。计量确认过程的输出：确认过程的唯一输出，则是测量设备的确认状态，即测量设备是否满足顾客的计量要求。,四、检定、校准和确认的比较,本节要点,计量的分类（三个）计量特点（四个）法律法规构成校准、溯源、检定的概念,一、概述,量值：用数值和测量单位(又称计量单位)的乘积表示特定量的大小。例5.3m。国家法定计量单位：国际单位制计量单位和国家选定的其他计量单位。,二、法定计量单位的构成,我国法定计量单位的构成,（1）SI基本单位共7个,（2）包括SI辅助单位在内的具有专门名称的导出单位共21个,（3）由SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位构成的组合形式的SI导出单位,（4）SI单位的倍数单位，包括SI单位的十进倍数单位和十进分数单，构成倍数单位的SI词头共20个,（5）国家选定的作为法定计量单位的非SI单位共16个,（6）由以上单位构成的组合形式的单位,SI基本单位,由SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位构成的组合形式的SI导出单位,力矩的单位,单位符号 中文符号 中文名称,Nm,加速度 的单位,m/s2,米/秒2,米每二次方秒,牛米,牛米,单位符号 中文符号 中文名称,组合形式的单位,转每分 r/min 米每秒 m/s 每米 m1 每摄氏度 1 千克每立方米 kg/m3 3.75103,三、法定计量单位的基本使用方法,（1）计量单位的名称，一般是指它的中文名称，不要与计量单位的符号和中文符号混淆。中文符号中带“/”，“.”符号，符号中的乘号没有对应的名称，除号的对应名称为“每”字。中文符号只采用简称，中文名称既可全称，也可简称。,三、法定计量单位的基本使用方法,（2）在一个单位（组合形式单位）中，一般不允许国际符号与中文符号混用。如：速度单位不得写成km/时，应写成km/h。特殊如摄氏度（）（既是国际符号，又可作为中文符号使用）和习惯用的数词如亿、万等可与其他单位的国际符号组合使用。如“焦耳每摄氏度”可写成“焦”；统计运输量常用万吨公里，可记为“万tkm”。（3）组合单位的倍数单位一般只用一个词头，并尽量用于组合单位中第一个单位。对相除或乘和除组成的组合单位，其词头一般都应加在分子的第一个单位之前，分母一般不用词头，当分母为长度、面积、体积及质量kg单位时，分母可选用某词头构成组合单位。如：力矩单位kN，不宜写成 k。,三、法定计量单位的基本使用方法,（4）如果单位中带有幂，则幂的名称应在单位之前。二次幂为二次方，三次幂为三次方，依此类推。特例表示长度的面积和体积时，则相应的指数名称为平方和立方。,例1、法定计量单位的体积单位名称是（）。,例2、断面惯性矩的单位符号是m4，它的单位名称是（）。,例3、体积流量的单位符号是m3/s，它的单位名称是（）。,立方米,四次方米,立方米每秒,三、法定计量单位的基本使用方法,例1、按我国法定计量单位使用方法规定，3应读成（）。A、3平方厘米 B、3厘米平方 C、平方3厘米,A,例2、法定计量单位加速度的单位名称是（）。A、每秒每秒米 B、米每平方秒 C、米每二次方秒,C,例3、法定计量单位牛顿每平方米的单位中文符号是（）。A、牛顿/米 B、牛/米 C、牛顿/平方米,B,三、法定计量单位的基本使用方法,（5）有些非物理量的单位（如件、台、圆、人等）可用汉字与符号构成组织形式单位。如表示机床年产量可用“台年”或“台a”。（6）量值中的数值一般应采用阿拉伯数字。尽量避免用分数，而要用小数。如kg，应写成.kg。带有计量单位时，用阿拉伯数字书写，如（读作安培）。（7）当数值的位数多时，如为整数后有个以上的“”或为纯小数，小数点后面有个以上的“”，均可采用以n（n为正、负整数）的形式写法，但有效位数中的“”必须全部写出。如已明确这个数的有效位数是三位，则应写成。,三、法定计量单位的基本使用方法,（8）单位的使用一般应使数值处于0.11000范围内 例：0.00351m可写成3.51mm;1013Pa可写成1.013kPa;1.2104m可写成12km。（9）单位符号一般用正体小写字母书写,但是以人名命名的单位符号,第一个字母必须正体大写，例如：“W”、“V”、“Hz”。“升”的符号“l”，可以用大写字母“L”。单位符号后，不得附加任何标记，也没有复数形式。（10）词头的名称紧接单位的名称，作为一个整体，其间不得插入其他词。例如：面积单位km2的名称和含义是“平方千米”，而不是千平方米。,三、法定计量单位的基本使用方法,（11）一般不在组合单位的分子分母中同时使用词头。例如：电场强度单位可用MV/m，不宜用kV/mm。词头加在分子的第一个单位符号前，例如：热容单位J/K的倍数单位kJ/K，不应写成J/mK。同一单位中一般不使用两个以上的词头，但分母中长度、面积和体积单位可以有词头，kg也作为例外。（12）万（104）和亿（108）可放在单位符号之前作为数值使用，但不是词头。十、百、千、十万、百万、千万、十亿、百亿、千亿等中文词，不得放在单位符号前作数值用。例如“3千秒-1”应读作“三每千秒”，而不是“三千每秒”；对“三千每秒”，只能表示为“3000秒-1”；读音“一百瓦”，应写作“100瓦”或“100W”。,本节要点,我国法定计量单位的组成法定计量单位的使用方法,一、概述,测量仪器（计量仪器）：单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。量具：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。检定是查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和（或）出具检定证书。检验是对使用中测量仪器进行监督的重要手段，其内容包括检查测量仪器的检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后测量方法仪器是否遭到明显改动，以及其误差是否超过使用中最大允许误差等。,一、概述,测量仪器分类：按其结构和功能特点可分为四种：（1）显示式测量仪器，又称为指示式测量仪器，它能直接或间接显示出被测量的示值。例如：转速计、温度计、密度计、弹簧式压力表、千分尺、电流表、功率表、频率计等。这类测量仪器按其给出示值的形式，又分为模拟式、数字式和记录式三种。（2）比较式测量仪器，它能使被测量具或使被测量与标准量具相互比较。例如：天平、长度比较仪、电位差计、光度计、测量电桥等。（3）积分式测量仪器，它通过一个量对另一个量的积分来确定被测量值。例如：家庭用的电能表，测量的是在两次付费时刻之间的一段时间内，所耗用的电功率对时间的积分。又如：皮革面积测量仪，测量的是皮鞋摊平在平面上，其轮廓线所围的平面面积。（4）累积式测量仪器，它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，来确定被测量值。例如：累积式皮带秤，是通过累积器根据称重和位移传感器提供的信息，对皮带测量段上每次称得的各分量负荷进行累加求和，并通过累积指示器显示累积值。另处还有电子轨道衡、总加式电功率表等。,二、测量仪器的计量特性,1、测量系统：组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。例（a）测量半导体材料电导率的装置；(b）校准体温计的装置。注：1）测量系统可以包含实物量具和化学试剂。2）固定安装着的测量系统称为测量装备。2、测量设备：测量仪器、测量标准、参考物质、辅助设备以及进行测量所必需的资料的总称。3、标称范围：测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。4、量程：标称范围两极之差的模。例：对从-10V10V的标称范围，其量程为20V。5、标称值：测量仪器上表明其特性或指导其使用的量值，该值为圆整值或近似值。例（a）标在标准电阻上的量值：100；(b）标在单刻度量杯上的量值：1L。,二、测量仪器的计量特性,6、测量范围：测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。7、额定操作条件：测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。8、极限条件：测量仪器的规定计量特性不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件下运行而能承受的极端条件。9、参考条件：为测量仪器的性能试验或为测量结果的相互比较而规定的使用条件。10、灵敏度：测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。11、分辨力：显示装置能有效辨别的最小的示值差。12、稳定性：测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。13、漂移：是测量仪器计量特性的慢变化。14、示值误差：测量仪器示值与对应输入量的真值之差。15、最大允许误差：对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。,三、测量仪器的选用原则,（一）技术性：通常应为测量对象所要求误差的1/31/5,若条件不许可，也可为1/2，当然此时测量结果的置信水平就相应下降了。（二）经济性：指该仪器的成本，应考虑和选择易于安装、容易维修、互换性好、校准简单的测量仪器。应选用误差分配合理的测量食品来组成测量装置。,本节要点,计量器具的计量特性计量器具的选用原则,一、测量准确度和精密度,（一）测量准确度 测量准确度是指测量结果与被测量真值之间的一致程度。测量准确度是一个定性概念，不宜量化。准确度等级是使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别，通常按约定注以数字或符号。例如：准确度等级为0.4级。（二）测量精密度 测量精密度是指在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。,二、测量重复性和再现性,（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。（二）测量再现性（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。（三）区别 二者的测量条件不同，运用的目的不同。,本节要点,测量准确度和精密度的概念测量重复性和再现性的概念,一、测量误差和测量结果修正,（一）测量误差 测量结果减去被测量的真值所得的差，称为测量误差。根据其表示方式不同，可分为绝对误差、相对误差和引用误差。绝对误差：测量结果减去被测量的真值。（有量纲）相对误差：绝对误差与被测量的【约定】真值之比。（用百分数表示）引用误差：计量器具的绝对误差与其特定值之比。,一、测量误差和测量结果修正,误差测量结果真值（测量结果总体均值）（总体均值真值）随机误差系统误差随机误差对同一被测量进行无限多次测量所得的结果的平均值之差。系统误差对同一被测量进行无限多次测量所得的结果的平均值与被测量的真值之差。（二）测量结果修正 用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值，其大小等于绝对误差，但符号相反。,一、测量误差和测量结果修正,（三）何谓偶然误差、系统误差、粗差？单次测量时误差可大可小可正可负，但多次测量其平均值趋于零的误差，叫偶然误差。保持恒定或以可预知方式变化的误差叫系统误差。明显歪曲测量结果的误差叫粗差。,习题,1、某测量值为2000，真值为1997，则测量误差为（），修正值为（）。2、测量值为9998，修正值为3，则真值为（），测量误差为（）。3、某仪表量程010，于示值5处计量检得值为4.995，则示值引用误差为（），示值相对误差为（）。4、精度0.5级量程010的计量仪表，其允许最大示值误差为（），量程050的计量仪表，其允许最大示值误差为（）。,3,3,10001,3,0.05,0.1,0.05,0.25,二、测量不确定度,（一）基本概念不确定度：合理地赋予测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数。不确定度与误差的区别：不确定度是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。,二、测量不确定度,1、标准不确定度标准不确定度：以标准差表示的测量不确定度，用符号u表示，指不确定度以标准差来表征测量之值的分散性。合成标准不确定度：当测量结果是由若干个其它量的值求得时，测量结果的标准不确定度，等于这些其它量的方差和协方差平方和的正平方根，用符号uc表示。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，通常用符号U表示。（它是将合成标准不确定度扩展了k倍得到的，k称为包含因子。,二、测量不确定度,3、关系公式,二、测量不确定度,（二）测量不确定度的来源（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，即被测量的样本不能代表所定义的被测量（4）对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移（6）测量仪器的分辨力或鉴别力不够（7）赋予计量标准的值或标准物质的值不准（8）引用于数据计算的常量和其它参量不准（9）测量方法和测量程序的近似性和假定性（10）在表面上看完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化,二、测量不确定度,（三）测量不确定度的评定,二、测量不确定度,1、测量模型的建立 设被测量Y由其它的n个测量值X1,X2,Xn 即Y=f（X1,X2,Xn）例：测量某长方体体积V，需测量长（x1）、宽（x2）、高（x3），则V Y=f（x1,x2,x3）=x1x2x3 测量结果y的不确定度取决于xi的不确定度u（xi）,二、测量不确定度,2、输入估计值测量不确定度的评定A类评定：通过对观测列的统计分析来评定不确定度的方法。,注（1）n不小于6次（2）标准不确定度一般取12位有效数字,二、测量不确定度,B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。B类评定的信息来源（1）以前的观测数据；（2）对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；（3）生产部门提供的技术说明文件；（4）校准证书、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等别或级别，包括目前仍在使用的极限误差、最大允许误差等；（5）手册或某些资料给出的参数数据及其不确定度；（6）规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限r或复现性限R。,二、测量不确定度,未知扩展不确定度和包含因子求B类标准不确定度u(xi),估计xi变化范围（半宽）a及其对应的分布,二、测量不确定度,已知扩展不确定度U和包含因子k,求B类标准不确定度u(xi),正态分布情况下置信概率p与包含因子kp间的关系,二、测量不确定度,68.27%,95.45%,99.73%,二、测量不确定度,3、输出估计值标准不确定度的计算（合成标准不确定度）,以下情况相关项可以认为是零或影响非常小：（1）输入量相互独立，或它们代表独立进行的不同评定所得出的量；（2）输入量中的一个可以作为常量看待；（3）研究表明输入量之间没有相关性的迹象。,二、测量不确定度,4、扩展不确定度的评定 扩展不确定度是确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值的量，合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。,包含因子K取2，包含概率为95包含因子K取3，包含概率为99.97,二、测量不确定度,5、测量不确定度的报告 包含两个部分（1）被测量Y的最佳估计值，一般由测量列的算术平均值给出；（2）描述该测量结果分散性的测量不确定度，可为合成标准不确定度或扩展不确定度。,二、测量不确定度,例：被测量为100g的标准砝码ms，实际测量结果的平均值为100.02147g，合成标准不确定度u(ms)为0.35mg，取k为2时，扩展不确定度U等于0.7mg。（1）用合成标准不确定度表达 ms 100.02147g，u(ms)0.35mg ms 100.02147（35）g ms 100.02147（0.00035）g（2）用扩展不确定度表达 ms 100.0215g，U 0.7mg（k=2）ms（100.02150.0007）g，k=2,二、测量不确定度,注意扩展不确定度可取12位有效数字，不宜过多对最终的测量不确定度进行修约时，进位不舍位表达时确定有效位应与测得值有效位数对齐,本节要点,误差的概念及计算不确定度概念及来源不确定度评定及表达方式不确定度的计算,一、概述,测量控制体系：是指为实施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。保证测量设备和测量过程始终满足其预期的要求。测量控制体系的组成：（1）测量设备的计量确认（2）测量过程实施的控制,二、测量设备的计量确认,计量确认：是指为确保测量设备满足预期使用要求而进行的一组操作。计量确认的输入：顾客计量要求和测量设备特性计量确认的输出：测量设备的确认状态,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、再现性等等。测量过程控制的方式：定期核查、控制图分析、趋势图分析、后续检验、实验室间比对、内部审核、顾客反馈等。,答题要点,因为为客观题，所以对计算题要理解，对概念题要看到眼熟多项选择：必有2个以上正确且至少有1个错项没有把握不要多选，因为错选不得分，少选可得分综合题：琢磨出题者的用意，想考什么前后题对应，考虑之间的关联性,我的邮箱：祝大家取得好成绩！,