计量基础PPT课件

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1、第一节 基本概念一、计量的内容、分类和特点一、计量的内容、分类和特点 1、量是现象、物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性。 2、从广义上说，计量是对“量”的定性分析和定量确认的过程。 3、计量计量是实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。4、计量学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，而不论测量的不确定度如何，也不论测量是在哪个领域中进行的。 一、计量的内容、分类和特一、计量的内容、分类和特点点计量的内容通常可概括为六个方面：（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、

2、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、计量的分类（续）一、计量的分类（续）计量涉及社会的各个领域。根据其作用与地位，计量可分为科学计量、工程计量和法制计量三类，分别代表其中基础性、应用性和公益性三个方面。（1）科学计量是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究。（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。为保证经济贸易全球化所必需的一致性和互换性（3）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

3、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、计量的特点（续）计量的特点可以归纳为准确性、一致性、溯源性及法制性四个方面。（1）准确性是指测量结果与被测量真值的一致程度。所谓量值的准确性，是在一定的测量不确定度或误差极限或允许误差范围内，测量结果的准确性。（2）一致性是指在统一计量单位的基础上。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。这种特性使所有的同种量值，都可以按这条比较链通过校准向测量的源头追溯，也就是溯源到

4、同一个测量基准（国家基准或国际基准），从而使其准确性和一致性得到技术保证。一、计量的特点（续）（4）法制性是指计量必需的法制保障方面的特性。特别是对国计民生有明显影响，涉及公众利益和可持续发展或需要特殊信任的领域，必须由政府起主导作用，建立计量的法制保障。由此可见，计量不同于一般的测量。测量是以确定量值为目的的一组操作，一般不具备、也不必完全具备上述特点。计量既属于测量而又严于一般的测量，在这个意义上可以狭义地认为，计量是与测量结果置信度有关的、与测量不确定度联系在一起的一种规范化的测量。二、计量的法律和法规二、计量的法律和法规 （一）（一）中华人民共和国计量法中华人民共和国计量法 中华人民共

5、和国计量法，简称计量法，是调整计量法律关系的法律规范的总称。1985年9月6日公布，自1986年7月1日起施行。计量法是国家管理计量工作的根本法，是实施计量法制监督的最高准则。计量法共6章35条，基本内容包括：（1）计量立法宗旨；（2）调整范围；（3）计量单位制；（4）计量器具管理；（5）计量监督；（6）计量授权；（7）计量认证；（8）计量纠纷的处理；以及（9）计量法律责任等。 （一）（一）中华人民共和国计量法中华人民共和国计量法制定计量法的目的，是为了保障单位制的统一和量值的准确可靠，从而促进国民经济和科技的发展，为社会主义现代化建设提供计量保证，并保护人民群众的健康和生命、财产的安全，维护

6、消费者利益，以及保护国家的利益不受侵犯。 （一）（一）中华人民共和国计量法中华人民共和国计量法计量法的调整对象，是中华人民共和国境内的所有国家机关、社会团体、中国人民解放军、企事业单位和个人，凡是建立计量基准、计量标准，进行计量检定，制造、修理、销售、进口、使用计量器具，使用法定计量单位，开展计量认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷，以及进行计量监督管理等方面所发生的各种法律关系。它侧重调整单位制的统一以及影响社会秩序、危害国家和人民利益的计量问题，有关家庭自用、教学示范用的计量器具一般不在计量法的调整之列。 （二）计量法规（二）计量法规计量行政法规和规范性文件包括两类：（1）国务院依据计量法所制

7、定（或批准）的计量行政法规，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；（2）省、直辖市、自治区人大常委会制定的地方计量法规。 上海市计量监督管理条例、河北省计量管理条例（二）计量法规（二）计量法规计量规章、规范性文件包括三类：（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：中华人民共和国计量法条文解释、中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录、中华人民共和国依法管理的计量器具目录、国家计量检定系统、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，例如农业部部级质检中心验收和计量认证程序，等等；（3）县级以上地

8、方人民政府及计量行政部门制定的地方计量管理办法，例如南京市计量管理办法，等等。三、量值的溯源、校准和检三、量值的溯源、校准和检定定 （一）量值溯源体系（一）量值溯源体系 1、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（通常是国家计量基准或国际计量基准）联系起来的特性，称为量值溯源性。 2、量值溯源等级图，也称为量值溯源体系表，它是表明测量仪器的计量特性与给定量的计量基准之间关系的一种代表等级顺序的框图。 3、实现量值溯源的最主要的技术手段是校准和检定。见P210表 三、（二）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

9、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，称为校准。校准的主要含义有以下两点： 见P210校准的主要目的有以下四点：（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。校准的依据是校准规范或校准方法，对其通常应作统一规定，特殊情况下也可自行制定。校准的结果可记录在校准证书或校准报告中，也可用校准因数或校准曲线等形式表示。 （三）检定测量仪器的检定，则是指查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，它

10、包括检查、加标记和（或）出具检定证书。检定具有法制性，其对象是法制管理范围内的测量仪器。一台检定合格的测量仪器，也就是一台被授予法制特性的测量仪器。鉴于各国管理体制不同，法制计量管理的范围也不同。根据检定的必要程度和我国对其依法管理的形式，可将检定分为强制检定和非强制检定两类：（三）检定（1）强制检定是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4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，属于国家强制检定的管理范围。此外，我国对社会公用计量标准，以及

11、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。强制检定的特点，是由政府计量行政部门统管，指定的法定或授权技术机构具体执行，固定检定关系，定点送检；检定周期由执行强检的技术机构按照计量检定规程，结合实际使用情况确定。 （2）非强制检定是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。其特点是使用单位依法自主管理，自由送检，自求溯源，自行确定检定周期。 强制检定与非强制检定均属于法制检定，是我国对测量仪器依法管理的两种形式，都要受法律的约束。不按规定进行周期检定的，要负法律责任。计量检定工作应当按照经济合理的原则，就近就地进

12、行。 检定的依据，是按法定程序审批公布的计量检定规程。我国计量法规定，“计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。计量检定必须执行计量检定规程。国家计量检定规程由国务院计量行政部门制定。没有国家计量检定规程的，由国务院有关主管部门和省、自治区、直辖市人民政府计量行政部门分别制定部门计量检定规程和地方计量检定规程，并向国务院计量行政部门备案。”因此，任何企业和其它实体是无权制定检定规程的。 从事检定工作的人员必须经考核合格，并持有有关计量行政部门颁发的检定员证。检定与校准检定与校准 (1)比较内容比较内容检定检定verification校准校准calib

13、eration目目 的的 1保证量值的准确可靠保证量值的准确可靠2保证量值的统一保证量值的统一 1（同左）（同左）2保证量值溯源保证量值溯源 任任 务务 对被检对象是否通过规对被检对象是否通过规定的要求作出继续使用、定的要求作出继续使用、进行调整、修理、降级进行调整、修理、降级使用和报废的判定使用和报废的判定 评定被校对象与对应计评定被校对象与对应计量的已知值之间的关量的已知值之间的关系系示值误差或对标示值误差或对标尺上标记赋值，或确定尺上标记赋值，或确定其计量特性（量程、分其计量特性（量程、分辨力、准确度、稳定性）辨力、准确度、稳定性） 检定与校准检定与校准 (2)比较内容比较内容检定检定v

14、erification校准校准caliberation性性 质质 法律赋予的强制性实施法律赋予的强制性实施的行为的行为 自愿性、非强制性的自愿性、非强制性的自主依法实施行为自主依法实施行为 对对 象象 法定强制检定的器具：法定强制检定的器具：1企、事业单位最高企、事业单位最高标准器标准器2贸易结算、贸易结算、医疗卫生、安全防护、医疗卫生、安全防护、环境检测方面的工作计环境检测方面的工作计量器具量器具3社会公用标社会公用标准器准器 除法定强制检定外的除法定强制检定外的计量仪器，计量系统、计量仪器，计量系统、实物量具、标准物质实物量具、标准物质等测量、测试仪器设等测量、测试仪器设备备 检定与校准检

15、定与校准 (3)比较内容比较内容检定检定verification校准校准caliberation依依 据据 检定规程检定规程 校准规范或技术合同要校准规范或技术合同要求求 结结 论论 对应检定规程、判定对应检定规程、判定合格与否合格与否 对应校准规范或技术合对应校准规范或技术合同要求给出示值不确度同要求给出示值不确度（误差限）（误差限） 证证 书书 1合格：检定证书合格：检定证书2不合格：通知书不合格：通知书 校准证书、校准报告校准证书、校准报告 实施机构实施机构国家法定或授权计量国家法定或授权计量技术检定机构技术检定机构 国家法定计量技术检定国家法定计量技术检定机构、合格的校准实验机构、合格

16、的校准实验室室 要掌握：量值溯源性、测量标准、校准、检定、检测、检验、数值修约规则、误差、修正值、和偏移的概念。熟悉量值溯源等级图的作用、国际测量基准、国家测量基准、校准和检定的依据、数值修约、绝对误差和相对误差的概念、测量结果修正的方法。溯源图示例有效数字的定义：及加减乘除运算：数值修约：几种表达形式：1、指明具体的修约间隔2、将拟修约数修约至某数位的0、1；0、2；0、3个单位；3、指明按K间隔将拟修约数修约为几位有效数字或修约至某数（1，2或5间隔，一般1不用指明） 第二节 计量单位 一、概述一、概述在测量中，人们总是用数值和测量单位（在我国，又称为计量单位）的乘积来表示被测量的量值。计

17、量单位:是指为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量。为给定量值按给定规则确定的一组基本单位和导出单位，称为计量单位制。法定计量单位是指由国家法律承认、具有法定地位的计量单位。实行法定计量单位是统一我国计量制度的重要决策。它将彻底结束多种计量单位制在我国并存的现象，并与国际主流相一致。” 我国计量法规定，“国家采用国际单位制。国际单位制计量单位和国家选定的其他计量单位，为国家法定计量单位。”国际单位制是我国法定计量单位的主体，所有国际单位制单位都是我国的法定计量单位。国际标准ISO 1000规定了国际单位制的构成及其使用方法。我国规定的法定计量单位的使用方法，包括量及单位的名称、符号及

18、其使用、书写规则，与国际标准的规定一致。 国家选定的作为法定计量单位的非国际单位制单位，是我国法定计量单位的重要组成部分，具有与国际单位制单位相同的法定地位。国际标准或有关国际组织的出版物中列出的非国际单位制单位（选入我国法定计量单位的除外），一般不得使用。若某些特殊领域或特殊场合下有特殊需要，可以使用某些非法定计量单位，但应遵守相关的规定。 SI单位是我国法定计量单位的主体，所有SI单位都是我国的法定计量单位。与此同时，我国还选用了一些非SI的单位，作为国家法定计量单位。我国法定计量单位的构成如下见P213：（1） SI基本单位7个；（2） 包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位共

19、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位构成其倍数单位的SI词头共个； （5） 国家选定的作为法定计量单位的非SI单位共个；由以上单位构成的组合形式的单位。 国际单位制单位国际单位制单位国际单位制（国际单位制（SI）SI单位单位SI单位的倍数单位单位的倍数单位SI导出单位导出单位SI基本单位基本单位包括辅助单位在内的具有专门名称的导出单位包括辅助单位在内的具有专门名称的导出单位组合形式的导出单位组合形式的导出单位国际单位制的基本单位国际单位制的基本单位长度长度质量质量时间时间电流电流热

20、力学温度热力学温度物质的量物质的量发光强度发光强度米（米（m）千克（千克（kg）秒（秒（s）安培（安培（A）开尔文（开尔文（K）摩尔（摩尔（mol）坎德拉（坎德拉（cd）SI导出单位是用SI基本单位以代数形式表示的单位。这种单位符号中的乘和除采用数学符号。它由两部分构成：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，即用SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位（含辅助单位）以代数形式表示的单位。电离辐射、医疗卫生领域中的某些量，涉及人类健康和安全防护。这些量的量纲相同，或具有与其他量相同的量纲，因此，用SI基本单位表示这些量的SI导出单位时，也具有

21、相同的形式。为了便于区分不同的物理量，避免使用时混淆而造成事故，这些量的SI导出单位也被赋予专门的名称。例如，吸收剂量、比授予能及比释动能的单位，通常用戈瑞（Gy）代替焦耳每千克（J/kg），剂量当量单位则用希沃特代替焦耳每千克（J/kg）。 I单位弧度（rad）和球面度（sr）称为SI辅助单位，它们是具有专门名称和符号的量纲为一的量的导出单位。例如，角速度的SI单位可写成弧度每秒（rad/s）。电阻率的单位通常用欧姆米（m）代替伏特米每安培（Vm/A），它是组合形式的SI导出单位之一。表5.2-2列出的是包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位。 具体见P214（三）（三）SI单位的

22、倍数单位单位的倍数单位 在SI中，用以表示倍数单位的词头，称为SI词头。它们是构词成分，用于附加在SI单位之前构成倍数单位（十进倍数单位和分数单位），而不能单独使用。表5.2-3共列出20个SI词头，所代表的因数的覆盖范围为10-241024。 词头符号与所紧接着的单个单位符号（这里仅指SI基本单位和SI导出单位）应视作一个整体对待，共同组成一个新单位，并具有相同的幂次，而且还可以和其他单位构成组合单位。例如： 1cm3=（10-2m）3=10-6m3，1s-1=（10-6s）-1=106s-1，1mm2/s =（10-3m）2/s =10-6m2/s。由于历史原因，质量的SI基本单位名称“千

23、克”中已包含SI词头，所以，“千克”的十进倍数单位由词头加在“克”之前构成。例如：应使用毫克（mg），而不得用微千克（kg）。 见P215表（四）可与（四）可与SI单位并用的非单位并用的非SI单位单位由于实用上的广泛性和重要性，在我国法定计量单位中，为11个物理量选定了16个与SI单位并用的非SI单位，如表5.2-4所示。其中10个是国际计量大会同意并用的非SI单位，它们是：时间单位分、小时、日（天）；平面角单位度、角分、角秒；体积单位升；质量单位吨和原子质量单位；能量单位电子伏。另外6个，即海里、节、公顷、转每分、分贝、特克斯，则是根据国内外的实际情况选用的。 见P216表三、法定计量单位的

24、基本使用方法三、法定计量单位的基本使用方法 我国国家标准GB3100-93国际单位制及其应用和GB3101-93有关量、单位和符号的一般原则，对SI单位的使用方法作了规定，并与国际标准ISO 1000：1992和ISO 31-0：1992的规定一致。 （一）法定计量单位的名称（一）法定计量单位的名称法定计量单位的名称，除特别说明外，一般指法定计量单位的中文名称，用于叙述性文字和口述中。名称中去掉方括号中的部分是单位的简称，否则是全称。简称和全称可任意选用，以表达清楚明了为原则。（1）组合单位的中文名称原则上与其符号表示的顺序一致。单位符号中的乘号没有对应的名称，只要将单位名称接连读出即可。例如

25、：Nm的名称为“牛顿米”，简称为“牛米”。而表示相除的斜线（）对应名称为“每”，且无论分母中有几个单位，“每”只在分母的前面出现一次。例如：单位(kgK)的中文名称为“焦耳每千克开尔文”，简称为“焦每千克开”。 （2）乘方形式的单位名称，其顺序是指数名称在前，单位名称在后。即单位中带有幂，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，依次类推。但是，如长度的2次和3次幂分别表示面积和体积，则相应的指数名称分别称为平方和立方，否则，仍称为“二次方”和“三次方”。例如：m2/s这个单位符号，当用于表示运动粘度时，名称为“二次方米每秒”；但当用于表示覆盖速率时，则为“平方米每秒”。负数幂的

26、含义为除，既可用幂的名称，也可用“每”。例如：-1的名称为每摄氏度，亦称负一次方摄氏度。 （3）书写组合单位名称时，不加乘或除的符号或其他符号。如电阻率单位符号为 ，其名称为欧姆米，而不是欧姆.米等二）法定计量单位和词头符二）法定计量单位和词头符号号法定计量单位和词头的符号，是代表单位和词头名称的字母或特种符号，它们应采用国际通用符号。在中、小学课本和普通书刊中必要时，也可将单位的简称（包括带有词头的单位简称）作为符号使用，这样的符号称为“中文符号”。(1)法定计量单位和词头的符号，不论拉丁字母或希腊字母，一律用正体。单位符号一般为小写字母，只有单位名称来源于人名时，其符号的第一个字母大写，只

27、有“升”的符号例外，可以用。例如：时间单位“秒”的符号是s；电导单位“西门子”的符号是S；压力、压强、应力的单位“帕斯卡”的符号是Pa。 词头符号的字母，当其所表示的因数小于106时，一律用小写体，大于或等于106时用大写。尤其要注意区分词头符号Y（1024）与y（10-24），Z（1021）与z（10-21），P（1015）与p（10-12），M（106）与m（10-3）。(2)单位符号没有复数形式，不得附加任何其他标记或符号来表示量的特性或测量过程的信息。它不是缩略语，除正常语句结尾的标点符号外，词头或单位符号后都不加标点。 (3)由两个以上单位相乘构成的组合单位，相乘单位间可用乘点也可不

28、用。但是，单位中文符号相乘时必须用乘点。例如：力矩单位牛顿米的符号为Nm或Nm，但其中文符号仅为牛米。(4)相除的单位符号间用斜线表示或采用负指数。例如：密度单位符号可以是kg/m3或kgm-3，其中文符号可以是千克米3或千克米-3。单位中分子为时，只用负数幂。例如：用m-3，而不用1/ m3。表示相除的斜线在一个单位中最多只有一条，除非采用括号能澄清其含义。例如：用W/（Km），而不用W/K/m或W/Km。也可用水平线表示相除。(5)词头的符号与单位符号之间不得有间隙，也不加相乘的符号。(6)口述单位符号时应使用单位名称而非字母名称。 （三）法定计量单位和词头的使用规则（三）法定计量单位和词

29、头的使用规则（三）法定计量单位和词头的使用规则（三）法定计量单位和词头的使用规则 法定计量单位和词头的名称，一般只宜在口述和叙述性文字中使用。而符号可用于一切需要简单明了表示单位的地方，也可用于叙述性文字之中。(1)单位的名称与符号必须作为一个整体使用，不得拆开。例如：摄氏度的单位符号为C，20C不得读成或写成“摄氏20度”或“20度”，而应读成“20摄氏度”，写成“20C”。 (2)任何量纲一的量的法定计量单位,其名称者是一.(3)表示量值时,单位符号应当置于数值之后.如果是和和差时应使用正确.如;(12 1)C的写法.(4)用词头构成倍数单位时，不得使用重叠词头。例如：不得使用毫微米、微微

30、法拉，等(5)SI单位的倍数单位，一般应使量的数值处于0.11000的范围内。例如：1.2104N可以写成12kN；1 401 Pa可以写成1.401kPa。非十进制的单位不得使用词头构成倍数单位。亿(108)、万（104）不是词头，只按一般数词使用。(6)只通过相乘构成的组合单位，词头通常加在组合单位中的第一个单位之前。例如：力矩的单位kNm，不宜写成Nkm。 只通过相除构成或通过乘和除构成的的组合单位，词头通常加在分子中的第一个单位之前，分母中一般不用词头。例如：摩尔内能单位kJ/mol，不宜写成J/mmol。但质量的SI单位kg不作为有词头的单位对待。例如：比授能的单位可以写成J/kg。

31、当组合单位分母是长度、面积和体积单位时，按习惯和方便，分母中可以选用词头构成倍数单位。例如：密度的单位可以选g/cm3。 请换算100M g/m3= mg /mm3第三节 测量仪器 一、概述一、概述 （一）测量仪器的分类（一）测量仪器的分类 单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具，称为测量仪器，又称计量器具。其中，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测量仪器称之为实物量具，简称量具，例如：砝码、量块、标准电阻线圈、标准信号发生器、标准硬度块、参考物质等。 实物量具不同于一般的测量仪器。量具本身所复现或提供的已知量值，即给定量，就是其本身量值的实际大小，而一般测量仪器所指示的

32、量值往往是一种等效信息。例如：体温计能指示出温度，但本身并不能提供实际温度，而只是指示出人体温度的一种等效信息。测量仪器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

33、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，测量的是皮革摊平在平面上，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。另外还有电子轨道衡、总加式电功率表等。按其计量学用途或在统一单位量值中的作用，测量仪器可分为测量基准、测量标准和工作用测量仪器三种。 （二）测量设备（二）测量设备测量设备是为实现测量过程所必须的测量仪器、软件、测量标准、参考物质及辅助设备的组

34、合。测量设备不仅包含一般的测量仪器，而且包括各等级的测量标准，各类参考物质和实物量具，与测量设备连接的各种辅助设备，以及进行测量所必须的软件和资料。辅助设备主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备，以及作为检验手段用的工具、工装、定位器、模具等。辅助设备有时会直接影响测量的准确可靠程度。进行测量所必须的软件和资料，是指设备使用说明书、作业指导书以及有关测量程序文件等软件，当然也包括一些测量仪器本身的控制和测量程序。没有这些资料和软件，也不能给出准确可靠的数据。 *测量设备是对测量所包括的硬件和软件的统称，对测量设备进行控制，也是企业质量管理的重要内容。 ISO10012:2003二、

35、测量仪器的计量特性二、测量仪器的计量特性 测量仪器的计量特性是指其影响测量结果的一些明显特征，其中包括测量范围、偏移、重复性、稳定性、分辨力、鉴别力阈和示值误差等。为了达到测量的预定要求，测量仪器必须具有符合规范要求的计量学特性，特别是其准确度必须符合要求。 确定测量仪器的特性，并签发关于其法定地位的官方文件，称为测量仪器控制。这种控制可包括对测量仪器的下列运作中的一项、两项或三项：型式批准；检定；检验。 这些工作的目的是要确定测量仪器的特性是否符合相关技术法规中规定的要求。型式批准是由政府计量行政部门做出的承认测量仪器的型式符合法定要求的决定。所谓型式，是指某一种测量仪器的样机及（或）它的技

36、术文件（例如：图纸、设计资料等），实质上就是该种测量仪器的结构、技术条件和所表现出来的性能。 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）标称范围、量程和测量范围（一）标称范围、量程和测量范围 测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围，称为标称范围。此时的示值范围是与测量仪器的整体相联系的，是指标尺所指示的被测量值可得到的范围。标称范围通常以被测量的单位

37、表示，而不管标尺上所标的单位是什么。 标称范围的上限与下限之差的绝对值，称为量程。例如：某温度计的标称范围为（-3080）C，则其量程为80-（-30） = 110C；某电压表的标称范围为100V，则其量程为1000 = 100V。 测量范围，也称为工作范围，是指测量仪器的误差处于规定的极限范围内的被测量的示值范围。在这一规定的测量范围内使用，测量仪器的示值误差必处在允许极限内；而若超出测量范围使用，示值误差就将超出允许极限。换言之，测量范围就是在正常工作条件下，能确保测量仪器规定准确度的被测量值的范围。 注意正确区别和掌握示值范围、标称范围、测量范围和量程的概念。示值范围是指测量仪器标尺或显

38、示装置所能指示的范围，可用标在标尺或显示器上的单位表示；标称范围是对测量仪器整体而言的，通常用被测量的单位表示；测量范围是指能保证规定准确度、满足误差处于规定极限内的量值范围；量程则是指标称范围上、下限之差的绝对值。 （二）额定操作条件、极限条件和参考条件（二）额定操作条件、极限条件和参考条件额定操作条件是指测量仪器的正常工作条件，也就是使测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。在这些条件中，一般包括被测量和影响量的范围或额定值，只有在规定的范围或额定值下使用，测量仪器才能达到规定的计量特性或规定的示值允许误差值。例如：工作压力表测量范围的上限为10MPa，则压力的最大值只能加到10M

39、Pa；额定电流为10A的电能表，其输入电流不得超过10A。在使用测量仪器时，搞清额定操作条件十分重要，只有满足这些条件，才能保证测量结果的准确性和可靠性。 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所能承受的极端条件，称为极限条件。极限条件应规定被测量和影响量的极限值。例如：有些测量仪器可以进行测量上限之上10%的超载试验，在包装条件下的振动试验，（-40+50）C的温度试验或95%RH以上的湿度试验等，这些都属于测量仪器的极限条件。 参考条件是指测量仪器在性能试验或进行检定、校准、比对时的使用条件，即标准工作条件或称为标准条件。这些条件一般应对作用于测量仪器的影响量的

40、参考值或参考范围作出明确规定，以真正反映测量仪器的计量性能和保证测量结果的可比性。 注意正确区别和掌握额定操作条件、极限条件和参考条件。前者是测量仪器正常使用的条件，后者是为确定测量仪器本身计量性能所规定的标准条件，中者则是仪器不受损坏和不降低准确度所允许的极端条件。在这三者中，参考条件的要求最严，额定操作条件则较宽，而极端条件的范围和额定值为最大。 （三示值误差和最大允许误（三示值误差和最大允许误差差示值就是由测量仪器所指示的被测量值。测量仪器的示值误差是测量仪器示值与对应的输入量的真值之差，它是测量仪器最主要的计量特性之一，本质上反映了测量仪器准确度的大小，即测量仪器给出接近于真值的响应的

41、能力。示值误差大，则其准确度低；示值误差小，则其准确度高。示值误差是相对真值而言的，由于真值不能确定，实际上使用的是约定真值或实际值。为确定测量仪器的示值误差，当接受高等级的测量标准对其进行检定或校准时，该测量标准器复现的量值即为约定真值，通常称为实际值、校准值或标准值。所以，指示式测量仪器的示值误差 = 示值实际值，实物量具的示值误差 = 标称值实际值。 测量仪器示值误差，通常简称为测量仪器的误差，可用绝对误差形式表示，也可用相对误差形式表示。确定测量仪器示值误差的大小，是为了判定测量仪器是否合格，并获得其示值的修正值。对给定的测量仪器，由规范、规程等所允许的误差极限值，称为测量仪器的最大允

42、许误差。通常可简写为mpe，有时也称为测量仪器的允许误差限。 注意理解和区别测量仪器的示值误差、最大允许误差和测量不确定度之间的关系。示值误差和最大允许误差均是对测量仪器本身而言的：最大允许误差是指技术规范（例如标准、检定规程、校准规范）所规定的允许的误差极限值，它是一个判定测量仪器合格与否的规定的要求；而示值误差则是指测量仪器某一示值的误差的实际大小，它是通过检定、校准所得到的一个值或一组值，用以评价测量仪器是否满足最大允许误差的要求，从而判断其是否合格，或者根据实际需要提供修正值，以提高测量结果的准确度。 测量不确定度是表征测量结果分散性的一个参数，它只能表述一个区间或一个范围，说明被测量

43、值以一定概率落于其中。它是对测量结果而言的，用以评定测量结果的质量或可靠性。可见，最大允许误差、示值误差和测量不确定度具有不同的内涵，前者相对于测量仪器而言，后者（测量不确定度）相对于测量结果而言；前者（最大允许误差、示值误差）相对于真值（或约定真值）而言，后者只是被测量值的一个分散区间（或范围）；前者可以对测量仪器进行修正，后者无法对测量结果进行修正。作为一台测量仪器，根据规定的最大允许误差，通过检定、校准去确定其示值误差显然是具有现实意义的。 （四）灵敏度（四）灵敏度测量仪器响应的变化除以对应的激励变化，称为灵敏度。它反映测量仪器被测量（输入）变化引起仪器示值（输出）变化的程度，用被观察变

44、量的增量（即响应或输出量）与相应被测量的增量（即激励或输入量）之商来表示。如果被测量变化很小，而引起的示值改变（输出量）很大，则该测量仪器的灵敏度很高。灵敏度是测量仪器重要的计量特性之一，其值应与测量目的相适应，并不是越高越好。例如：为了方便读数，及时地使示值稳定下来，有时还需要施加阻尼，特意降低灵敏度。 （五）分辨力（五）分辨力显示装置能有效辨别的最小的示值差，称为显示装置的分辨力，或简称为分辨力。它是指显示装置中对其最小示值的辨别能力。模拟式显示装置的分辨力，通常为标尺分度值的一半，即用肉眼可以分辨到一个分度值的1/2；当然也可以采取其他工具，例如放大镜、读数望远镜等来提高分辨力。对于数字

45、式显示装置，其分辨力为末位数字的一个数码。对半数字式的显示装置，其分辨力为末位数字的一个分度。显然，分辨力高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起的对测量结果的影响。 （六）稳定性和漂移（六）稳定性和漂移稳定性通常是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。若稳定性不是对时间而言，而是对其他量而言，则应予明确说明。稳定性通常用以下两种方式定量地表征：（1）计量特性变化某个规定的量所经历的时间；（2）计量特性经过规定的时间所发生的变化量。例如：标准电池对其长期稳定性（电动势的年变化幅度）和短期稳定性（电动势在35天内的变化幅度），分别提出了明确的要求；量块的稳定性，则以规定长度每年的允许最大

46、变化量（微米/年）进行考核。 漂移是测量仪器计量特性的慢变化。它反映了在规定的条件下，测量仪器计量特性随时间的慢变化，诸如在几分钟、几十分钟或几小时内，保持其计量特性恒定的能力。例如：测量仪器在规定时间内的零点漂移，线性测量仪器静态特性随时间变化的量程漂移。漂移往往是由于温度、压力、湿度等外界变化所致，或由于仪器本身性能的不稳定所致。测量仪器使用前采取预热、预先在实验室内放置一段时间与室温等温，就是减少漂移的一些措施。 三、测量仪器的选用原则三、测量仪器的选用原则选用测量仪器应从技术性和经济性出发，使其计量特性（如最大允许误差、稳定性、测量范围、灵敏度、分辨力等）适当地满足预定的要求，即既要够

47、用，又不过高。 （一）技术性（一）技术性 在选择测量仪器的最大允许误差时，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。 在选择测量仪器的测量范围时，应使其上限与被测量值相差不大而又能覆盖全部量值。在选择灵敏度时，应注意灵敏度过低会影响测量准确度，过高又难于及时达到平衡状态。在正常使用条件下，测量仪器的稳定性很重要，它表征测量仪器的计量特性随时间长期不变的能力。一般来说，人们都要求测量仪器具有高的可靠性；在极重要的情况下，比如在核反应堆、空间飞行器中，为确保万无一失，有时还要选备两套相同的测量仪器。在选择测量仪器时，应注意该仪器的

48、额定操作条件和极限条件。 二）经济性二）经济性 测量仪器的经济性是指该仪器的成本，它包括基本成本、安装成本及维护成本。基本成本一般是指设计制造成本和运行成本。对于连续生产过程中使用的测量仪器，安装成本中还应包括安装时生产过程的停顿损失费（停机费）。通常认为，首次检定费应计入安装成本，而周期检定费应计入维护成本。这就意味着，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。 测量准确度的提高，通常伴随着成本的上升。如果提出过高的要求，采用超越测量目的的高性能的测量仪器，而又不能充分利用所得的数据，那将是很不经济，也是毫无必要的。此外，从经济上来说，应选用误差分配合理的测量仪器来组成测

49、量装置。 第四节 测量结果 一、测量准确度和精密度一、测量准确度和精密度 （一）测量准确度（一）测量准确度（Accuracy） 通过测量所得到的赋予被测量的值，称为测量结果。而真值是与被测量定义一致的值。测量准确度是指测量结果与被测量真值之间的一致程度。 换言之，我们可以说准确度高低、准确度等级或准确度符合标准等，而不宜将准确度与数字直接相连，例如：准确度为0.25%、16mg、16mg或16mg等。 （二）测量精密度（二）测量精密度（Precision） 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。不要用术语“精密度”来表示“准确度”，因为前者仅反映分散性，即指随机效应所致

50、的测量结果的不可重复性或不可复现性；而后者则是指在随机效应和系统效应的综合作用下，测量结果与真值的不一致。二、测量重复性和复现性二、测量重复性和复现性（一）测量重复性（一）测量重复性（Repeatability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，称为测量结果的重复性。这些条件称为重复性条件，包括：（1）相同的测量程序；（2）相同的观测者；（3）在相同的条件下使用相同的测量仪器；（4）相同的地点；（5）在短时间内重复测量。换言之，就是在尽量相同的程序、人员、仪器、环境等条件下，以及尽量短的时间间隔内完成重复测量任务。上述定义中的“一致性”是定量的，可以用重复条件下

51、对同一量进行多次测量所得结果的分散性来表示。而最为常用的表示分散性的量，就是实验标准偏差。 （二）测量再现性（二）测量再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，称为测量结果的再现性。再现性又称为复现性、重现性。在给出再现性时，应详细地说明测量条件改变的情况，包括：测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量标准、地点、使用条件及时间。这些内容可以改变其中一项、多项或全部。同测量重复性一样，这里的“一致性”也是定量的，可以用再现性条件下对同一量进行重复测量所得结果的分散性来表示，例如用再现性标准偏差来表示。再现性标准差有时也称为组间标准差。 测量结果重复性和再现性的区别是

52、显而易见的。虽然都是指同一被测量的测量结果之间的一致性，但其前提不同。重复性是在测量条件保持不变的情况下，连续多次测量结果之间的一致性；而再现性则是指在测量条件改变了的情况下，测量结果之间的一致性。在很多实际工作中，最重要的再现性指由不同操作者，采用相同测量方法、仪器、在相同环境条件下，测量同一被测量的重复测量结果之间的一致性，即测量条件的改变只限于操作者的改变。 第五节 测量误差一、测量误差和测量结果修正一、测量误差和测量结果修正 （一）测量误差（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，简称误差。 真值从本质上说是不能确定的。但在实践中，对于给定的目的，并不一定需要获得

53、特定量的“真值”，而只需要与“真值”足够接近的值。这样的值就是约定真值，对于给定的目的可用它代替真值。例如：可以将通过校准或检定得出的某特定量的值，或由更高准确度等级的测量仪器测得的值，或多次测量的结果所确定的值，作为该量的约定真值。测量结果的误差往往是由若干个分量组成的，这些分量按其特性可分为随机误差与系统误差两大类，而且无例外地取各分量的代数和。换言之，任意一个误差，均可分解为系统误差和随机误差的代数和，即可用下式表示： 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 + 系统误差测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所的结

54、果的平均值之差，称为随机误差。随机误差大抵来源于影响量的变化，这种变化在时间上和空间上是不可预知的或随机的，它会引起被测量重复观测值的变化，故称之为“随机效应”。可以认为正是这种随机效应导致了重复观测中的分散性。 在重复性条件下，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，称为系统误差。由于只能进行有限次数的重复测量，真值也只能用约定值代替，因此可能确定的系统误差只是其估计值，并具有一定的不确定度。系统误差大抵来源于影响量，它对测量结果的影响若已识别，则可定量表述，故称之为“系统效应”。该效应的大小若是显著的，则可通过估计的修正值予以补偿。 2测量结果修正测量结果修正 对包

55、含的系统误差尚未进行修正的测量结果，称为未修正结果。当由测量仪器获得的只是单个示值时，该示值通常是未修正结果；而当获得几个示值时，未修正结果通常由这几个示值的算术平均值求得。 对其中所包含的系统误差进行修正后的测量结果，称为已修正结果。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，称为修正值。在上述例子中，若该尺经量块检定，其修正值为-0.1mm，则单次测量的已修正结果为（14.7 0.1）mm = 14.6mm；而10次测量的已修正结果为（14.8 0.1）mm = 14.7mm。 修正值等于负的系统误差，也就是说，加上某个修正值就像扣掉某个系统误差，其效果是一样的。即真值 = 测量

56、结果 + 修正值 = 测量结果 误差需要强调指出的是：系统误差可以用适当的修正值来估计并予以补偿，但这种补偿是不完全的，也即修正值本身就含有不确定度。当测量结果以代数和的方式与修正值相加之后，其系统误差的绝对值会比修正前的小，但不可能为零，也即修正值只能对系统误差进行有限程度的补偿。 第六节第六节 测量控制体系测量控制体系 一、概述一、概述 测量控制体系，是指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。有效的测量控制体系，可以保证测量设备和测量过程始终满足其预期的要求，从而保证产品的质量。测量控制体系的目标，在于控制由测量设备和测量过程产生的不正确的测量结果，及其对产品

57、质量的影响。测量控制体系采用的方法不仅是测量设备的校准/检定，还包括统计技术在测量过程中的应用。 为保证测量控制体系满足规定的计量要求，所有测量设备都须经过计量确认，而且测量过程应受控。因此，测量控制体系由两部分组成：（1）测量设备的计量确认；（2）测量过程实施的控制。图5.6-1所示的是典型的测量控制体系。 二、测量设备的计量确认二、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。所有的测量设备必须满足规定的计量要求，即必须经过确认，并在受控条件下使用，才能保证测量结果的有效性。由于不同测量过程的计量要求各不相同，因此，按某一特定测量过程的要求确认的测量设备也

58、许不能用于其他的测量过程。 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；而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用户的计量要求。 顾客计量要求是指顾客根据相应的生产过程所规定的测量要求，它取决于被测量的情况。显然，确定计量要求属于顾客的职责范畴。但由于这项工作通常要求对生产过程有深刻的认识，并涉及专业的计量学知识，因此，在有些情况下，顾客也可委托具有相应技术能力和资格的专业人员代为完成。顾客计量要求通常用最大允许误差、测量不确定度等技术指标来表述。 测量设备的特性通常是通过一次或多次校准或检定确定的。将所确定的测量设备的特性与顾客计量要求进行比较后，即可确认测

59、量设备是否符合预期使用要求。 准证书或校准报告中非常重要的信息之一，是关于校准结果测量不确定度的说明，它将用于使用该设备的测量过程不确定度的评价。测量过程的一些重要特性，如测量不确定度等，不仅取决于测量设备本身，也取决于环境条件、测量程序等，有时还与观测者的技能和经验有关。 以下举例说明测量设备计量确认的一般程序。 例5.6-1某生产过程对反应器压力的要求，是应控制在（200250）kPa的范围内。据此，我们得出用于反应器的压力测量设备的计量要求如下：测量范围为（150300）kPa；最大允许误差为2kPa；测量不确定度为0.3kPa（不包括与时间有关的效应）；规定时间内的漂移不大于0.1kPa。 三、测量过程实施的控制三、测量过程实施的控制 为控制测量过程的实施，不仅需确定该测量过程预期用途下所要求的特性，还需对这些特性进行监测/控制。测量过程的特性主要包括：最大允许误差、测量不确定度、稳定性、重复性、复现性，以及观测者的技能水平，等等。 测量过程的失控，例如由于核查标准退化或观测者技能不同等引起的问题，可通过一系列后过程活动来揭示，其中包括：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。特别是统计分析技术在测量控制体系中的应用，即测量系统分析，起着非常重要的作用。