计量基础知识培训教材2014

计量基础知识培训内容主讲人：张俊爽2014-09-10第一讲计量技术概述第二讲计量有关术语第三讲我国的法定计量单位第四讲数字位数与数据修约第五讲测量不确定度的评定第六讲期间核查的有关知识第七讲计量管理知识第八讲国防军工计量法规与规章前言：军工计量检定人员考核内容考核内容包括：（1）计量基础知识（2）计量专业知识（3）实际操作技能分别按百分制计分，60分及格。三项中有一项不及格即为考核不合格检定员证每五年确认后有效。第一讲计量技术概述一、计量、计量学、测量的概念____计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动。注:1、计量的被测对象主要是测量仪器和测量标准。不特指某个操作。2、计量的本质特征是测量。是一种特殊测量。3、国防科技工业计量：是指国防科技工业科研、生产、服务中实现产品量值准确一致、测量数据可靠的全部活动。量值准确一致含义：同一被测量，用可测量的不同计量器具进行测量，如果其测量结果在要求的准确度范围内达到统一，称为量值准确一致。____计量学：测量及其应用的科学。涵盖有关测量的理论及其不论其测量不确定度大小的所有应用领域。____测量：通过试验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。（JJF1001-2011《通用计量术语及定义》2012年3月1日实施）计量与测量的关系计量理论、管理与科研工作等测量计量与计量无关的测量量值传递与溯源二、计量的内容概括地说，包含计量理论、计量技术和计量管理。主要体现在下列几个方面：1、计量单位和单位制；2、计量器具；注：测量器具按用途分为测量标准器具及工作计量器具。3、量值传递、溯源、检定与校准；4、物理常数及材料与物质特性的测定；5、测量误差、测量不确定度、数据处理及计量人员专业技能；6、计量管理。三、计量学专业划分发展情况计量专业划为十大类。分别为:——几何量计量——热学计量——力学计量——电磁学计量——无线电电子学计量——化学计量——时间频率计量——电离辐射计量——光学计量——声学计量第二讲有关计量的术语一、有关量和单位的术语——（可测量的）量：现象、物体或物质的特性，其大小可用一个数和一个参照对象表示。1）参照对象：可是一个测量单位、测量程序、标准物质或其组合。2）术语“量”可指一般概念的量（原叫广义量）或特定量。例：一般概念的量：长度、时间、质量、温度等。例：特定量：某根棒的长度、某根电线的电阻、某个圆的半径等。3）量从概念上一般可分为诸如物理量、生物量、化学量，或分为基本量和导出量。4）量是客观的，与单位选择无关。不同单位对同一量有不同数值。5）量是不可数的。可以计数得出的量是计数量。如绕组数n，计数量不属于量的范畴，称为量纲为一的量。6）量是可测的，可用计量单位表达。7）量的符号用斜体表示。一个给定符号可表示不同的量。如电阻：R；长度：l8）量独立于操作，不能通过操作定义。量存在于某个量制中，不同量制中量的表达不同。——被测量：拟测量的量(原定义为：作为测量对象的特定量)。——（量的）数值：量值表示中的数,而不是参照对象的任何数字。如：长度5m中的5。另外，在表头或坐标标注时，正确表示量的数值的方法通常用λ/nm、t/s，无需文字说明。——量值：全称量的值，简称值。用数和参照对象一起表示的量的大小。量值可正可负或为零，可用多种形式表示。如：给定物体的质量：5.34g。——测量结果：与其他有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。——基本量：在给定量制中，约定选取的一组不能用其他量表示的量。如：在力学中，一般取长度、质量、和时间作为基本量。——导出量：量制中由基本量定义的量。如：速度是导出量，v=s/t，单位符号m/s。——单位制：对于给定量制的一组基本单位、导出单位、其倍数单位和分数单位及使用这些单位的规则。如：国际单位制（SI）,CGS单位制。——量制：彼此间由非矛盾方程联系起来的一组量。——量纲：给定量与量制中各基本量的一种依从关系，它用与基本量相应的因子的幂的乘积去掉所有数字因子后的部分表示。如：以长度、质量和时间为基本量的量制中，基本量的量纲分别用L、M和T表示，力的量纲为MLT-2注意：1、量制中的基本量之间是彼此独立的；但单位制中的基本单位之间并不一定是彼此独立的。例如：基本量如长度、质量等彼此独立。但SI中电流单位安培与米、千克、秒都有关系。但是基本单位之间不能相互导出。2、同一物理量在基本量不同的量制中，具有不同的量纲。二、有关测量方法的术语测量的分类按测量方法分：直接测量和间接测量按测量状态分：静态测量和动态测量按操作方式分：手动测量和自动测量按测量场所分：现场测量、在线测量、远距离测量按测量器具是否接触测量对象分：接触测量、非接触测量——直接测量法：不必测量与被测量有函数关系的其他量，而能直接得到被测量值的测量方法。例：用量筒测量液体体积；——间接测量法：通过测量与被测量有函数关系的其他量，而得到被测量值的测量方法。例：通过测量长度确定矩形面积；通过测量导体的电阻、长度和截面积确定电导率。——比较测量：将一个被测量与测量标准的同种量相比较而进行的测量。如：测量工作用玻璃液体温度计的温度值。——接触测量：与被测物体直接接触的测量。如：用接触式干涉仪通过比对测量量块的中心长度。——绝对测量：通过对一些基本量的直接测量确定被测量值的测量，或者通过能表达物理或化学理论的物理常数和精确的数学公式，间接地同基本单位建立关系确定被测量值的测量注：绝对测量有时又称为定义测量。如y=kx——非接触测量：不与被测物体接触而测出该物体特性的测量。如：用红外测温仪测量物体表面温度。——静态测量：被测量的值在测量期间被认为是恒定的测量。注：这里所说的“静态”是指在测量期间被测量值不随时间变化，而不是指测量方法。如：在恒定的状态下，测量一个砝码的质量。——动态测量：为确定被测量的瞬时值或被测量的值在测量期间随时间（或其他影响量）变化所进行的测量。——现场测量：在研制、生产或使用的实际场地中对被测对象直接进行的测量。——在线测量：对在生产线上或位于主机原位中的被测对象进行的测量。注：又称联机测量或原位测量。——实时测量：以高于被测量变化的测量速度，对随时间、空间变化的被测量，及时的采集所需的原始数据的测量。三、有关测量标准的术语测量标准的分类测量标准按计量学特性通常分为原级标准、次级标准、参考标准和工作标准四类。测量标准按溯源性通常分为国际测量标准、国家测量标准、参考标准和工作标准四类。在我国原级标准又称基准，次级标准包括副基准、工作基准。详见P285。——测量标准：具有确定的量值和相关联的测量不确定度，实现给定量定义的参照对象。如：100欧标准电阻；1kg质量标准；铯频率标准等。——国家测量标准（简称国家标准）：经国家权威机构承认的，在一个国家或经济体内作为同类量的其他测量标准定值依据的测量标准。注：在我国称计量基准或国家计量标准。——国防最高标准：国防系统中具有最高计量特性的，并经授权在国防系统中进行量值传递的测量标准。（目前有270项）——参考标准：在给定组织或给定地区内指定用于校准或检定同类量其他测量标准的测量标准。注：在我国，这类标准称为计量标准。——工作标准：用于日常校准或检定测量仪器或测量系统的测量标准。注：工作标准通常用参考标准校准（检定）。——传递装置：在测量标准比对中用作媒介的装置。——核查装置：用来日常验证测量仪器或测量系统性能的装置。注：有时也称核查标准。——标准物质：具有足够均匀和稳定的特定特性的物质，其特性被证实适用于测量中或标称特性检查中的预期用途。——有证标准物质：附有由权威机构发布的文件，提供使用有效程序获得的具有不确定度和溯源性的一个或多个特性量值的标准物质。注：国防科技工业用于量值传递的有证标准物质，作为计量标准器具按有关规定进行管理。四、有关误差的术语——（测量）误差：测得的量值减去参考量值——参考量值（简称参考值）：用作与同类量的值进行比较的基础的量值。1、（测量）误差=随机误差+系统误差2、绝对误差=测量结果－参考量值3、相对误差=绝对误差/参考量值如：三只0.1级电阻串联，合成电阻最大相对误差±0.1%。4、误差分析中，考虑误差来源要求不遗漏、不重复、不混入不应有的成分。5、给出某点的误差不应带正负号，不是一个区间。MPE为最大允许误差带“±”号。——随机误差：在重复测量中按不可预见方式变化的测量误差的分量。注：1、是指测量结果与在重复性条件下，对一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。2、随机误差是由尚未被认识和控制的规律或因素所导致的影响量的变化，引起被测量重复观测值的变化，故而不能修正，也不能消除。可通过增加测量次数的方法加以限制和减小。服从统计规律。一般测量中，测量次数取10或12次已足够了。3、随机误差等于测量误差减去系统误差。因为测量只能进行有限次数，故可能确定的只是随机误差的估计值。4、特点：单峰性、有界性、对称性、抵偿性（本质特征）。——修正：对估计的系统误差的补偿。1、补偿可以是加一个修正值或乘一个修正因子，或从修正值表或修正曲线上得到。2、修正值是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。修正值等于负的系统误差估计值。3、修正因子是为补偿系统误差而与未修正测量结果相乘的数字因子。4、由于系统误差不能完全知道，故此种补偿并不完全。——系统误差：在重复测量中，保持不变或按可预见方式变化的测量误差的分量。注：1．系统误差及其来源可已知或未知，已知的系统误差可修正补偿。2、在重复性条件下，对一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值（随机误差的参考量值））与被测量的真值，或测量不确定度可忽略的测量标准的测得值，或约定量值（系统误差参考量值）之差。3．如真值一样，系统误差及其原因不能完全获知；得到的也是估计值。因而也不能完全被消除，但可以采用措施进行抵偿或减小。如替代法、补偿法、对称法等。替代法：保持测量条件不变，用某一已知量值的标准器替代被测件再做测量，使指示仪器的指示不变或指零，此时被测量等于已知的标准量，达到消除系统误差的目的。例如：用精密电桥测量某个电阻器，用标准电阻箱替代。补偿法（异号法）：改变测量中的某些条件。例如测量方向、电压极性等，使两种条件下的测量结果中的误差符号相反，取其平均值以消除系统误差。在JJG229-2010《工业铂、铜热电阻检定规程》中要求电流换向消除热电势。两次读数和的二分之一作为测量结果。对称法：主要用于消除线性系统误差。如：热电偶检定过程中测量过程。举例：用电压表作指示，测量被检电压源与标准电压源的输出电压之差，由于电压表的零位存在线性漂移，会使测量引入可变的系统误差。可采用下列步骤消除系统误差：顺序测量4次，在t1时刻从电压表上读得标准电压源的电压测量值a1，在t2时刻从电压表上读被检电压源的电压测量值x1，在t3时刻从电压表上读被检电压源的电压测量值x2，在t4时刻从电压表上读得标准电压源的电压测量值a2。假设标准电压源和被检电压源电压分别为Vs和Vx，系统误差用ε表示。则t1时：a1=Vs+ε1t2时：x1=Vx+ε2t3时：x2=Vx+ε3t4时：a2=Vs+ε41t2t3t4t读数1a1x2x2a因此，测量时只要满足t2-t1=t4-t3，当线性漂移条件满足时，则有ε2-ε1=ε4-ε3，于是有Vx-Vs=（x1+x2）/2-(a1+a2)/2由上式得到的被检电压源与标准电压源的输出电压之差测量结果中消除了由于电压表线性漂移引入的系统误差。3．对测量仪器而言，其系统误差估计值也称为测量仪器的偏移。——仪器偏移：重复测量示值的平均值减去参考量值。——测量偏移，简称偏移，是指系统测量误差的估计值。——仪器漂移：由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一段时间内的连续或增量变化。备注：它与被测量变化无关，