第5章 计量基础(中级 ).ppt

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,*,第五章 计量基础（中级）,第一节 基本概念,一、计量的内容、分类和特点,1,计量与测量,计量,实现单位统一、保障量值准确,可靠的活动。,测量,以确定量值为目的的一组操作。,（一）计量的内容,2.,计量的对象与内容,（,1,）计量对象,物理量,工程量,心理量,化学量,生理量,（,2,）计量内容,计量单位与单位制,计量器具（测量仪器）,量值传递与溯源,物理常量、材料和物质特性的测定,测量不确定度、数据处理、测量理论及其方法,计量管理（计量保证、监督）,（,二）计量的分类,科学计量,基础性、探索性、先行性的,计量科研,工程计量（工业计量）,工程、工业、,企业中的实用,计量,法制计量,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,（三）计量的特点,1.,准确性,测量结果与被测量真值的一致,程度。,2.,一致性,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，及由何人,测量，只要符合有关要求，其,测量结果应在给定区间内有一,致性。,3.,溯源性,任何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,计量必需的法制保障方面的特性。,二、计量法律和法规,1,计量法的基本内容,计量立法宗旨,计量单位制,计量监督,计量认证,计量法律责任,调整范围,计量器具管理,计量授权,计量纠纷处理,2,计量法规体系,计量法,计量行政法规和规范性文件,规章和规范性文件,三、量值的溯源、校准和检定,（一）量值溯源体系,1,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,标准联系起来的特性。,实现量值溯源的主要技术手段是校准和检定,2,溯源等级图（量值溯源体系表）,国家计量基准,副计量基准,工作计量基准,社会公用计量标准,（国家专业计量站）,社会公用计量标准,（国家专业计量分站）,社会公用计量标准（省级）,社会公用计量标准（市级）,社会公用计量标准（县级）,部门最高计量标准,部门计量标准,企业、事业单位最高计量标准,企业、事业单位计量标准,工作计量器具（企业、事业、市场等）,（二）校准,1,校准,在规定条件下，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。,2,校准的主要含义,3,校准目的,确定示值误差,得出标称值偏差，进行调整、修正,赋值,实现溯源性,校准依据,校准规范或校准方法，通常统一,规定，特殊情况下也可自行制定。,校准结果,记在校准证书（报告）中，也可,用校准因数（或曲线）表示。,（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，其包括检查、加,标记和（或）出具检定证书。,检定分强制检定和非强制检定,强制检定（范围）,用于贸易结算、安全,防护、医疗卫生、环境监测且列入,强检目,录,的测量仪器；社会公用计量标准，部门、,企（事）业单位的最高计量标准。,强检特点,计量行政部门统管，法定,/,授权,机构进行，定点送检，检定周,期由执行机构按检定规程并结,合实际确定。,非强制检定,强制检定以外的，使用单位,依法自主管理，自由送检，自求溯源，自定,检定周期,检定依据,计量检定规程,随着经济发展，对大量非强检测量仪器，为达,到统一量值的目的，应以校准为主。,第二节 计量单位,一、概述,计量单位（定义）：定量表示同种量的大小,而约定地定义和采用的,特定量。,计量单位制：为给定量值按给定规则确定的,一组基本单位和导出单位。,一贯单位：由比例因数为,1,的基本单位幂的乘,积表示的导出单位。,如：牛顿（,N,）,kg,m/s,2,焦尔（,J,）,N,m,二、法定计量单位的构成,1.,法定计量单位,由国家法律承认、具有,法定地位的计量单位。,2.,我国法定计量单位的构成,以国际单位制,（,SI,）,为主体，包括国际单位制单位和国家选,定的其他计量单位。,中华人民共和国法定计量单位构成的示意图,3,SI,单位组成,SI,基本单位、,SI,导出单位、,SI,单位的倍数单位,（一）,SI,基本单位,（二）,SI,导出单位,包括,SI,辅助单位在内的具有专门名称的,SI,导出单位,（三）,SI,单位的倍数单位,SI,词头（倍数单位的词头）（常见）,（四）,可与,SI,单位并用的我国法定计量单位,三、法定计量单位的基本使用方法,1.,法定单位名称,全称与简称：牛（顿）、焦（尔）、,瓦（特）、伏（特）,符号乘,/,除读法：,N,m,牛（顿）米,r/min,转每分,J/kgK,焦（耳）每千克开（尔文）,5kg/m,2,5,千克每平方米,2.,词头与符号,3.,词头使用规则,词头不得重叠使用,（正：,nm,；,误：,mm,）,选用词头，一般应使量的数值处于,0.11000,范围内,（正：,0.1F,，,误：,100000pF,）,词头通常加在组合单位的第一个单位之前,（正：,kNm,误：,Nkm,）,由相除构成的组合单位中，分母不用词头,（正：,kJ/mol,误：,J/,mmol,）,词头与单位应视为一体,第三节 测量仪器,一、概述,（一）测量仪器的分类,1,测量仪器（计量器具）,单独地或连,同辅助设备用以进行测量的器具,2,测量仪器按结构、功能特点分为：,显示式测量仪器,比较式测量仪器,积分式测量仪器,累积式测量仪器,3,测量仪器按计量学用途分为：,测量基准,测量标准,工作用测量仪器,（二）测量设备,测量设备,测量仪器、软件、测量标准、,参考物质、辅助设备及它们,的组合,辅助设备,本身不能给出量值而没有它,又不能进行测量的设备及作,为检验手段用的工具、工装、,定位器等,二、测量仪器的计量特性,测量仪器的控制,（型式批准、检定、检验）,（一）标称范围、量程和测量范围,标称范围,操纵器件调到特定位置时,可得到的示值范围,量程,标称范围的上、下限之差的绝,对值,测量范围（或工作范围）,误差处于规,定极限范围内的被测量的示值范围,示值范围,测量仪器的标尺或显示装置,所能指示的范围,（二）额定操作条件、极限条件和参考条件,额定操作条件,测量仪器的正常工作条件,极限条件,计量特性不受损、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,参考（标准）条件,在性能试验或进行检,定、校准、对比时的,使用条件,（三）示值误差和最大允许误差,示值,由测量仪器所指示的被测量值,示值误差,测量仪器示值与对应的输入,量的真值之差（简称测量仪,器的误差）,真值,与被测量定义一致的值,由于真值不能确定，实际用约定真值（常称实际值、校准值或标准值）,对指示式仪器,示值误差,=,示值,-,实际值,对实物量值,示值误差,=,标称值,-,实际值,最大允许误差,对给定的测量仪器，由,规范、规程等所允许的误差极限值,（四）灵敏度,测量仪器响应的变化除以对,应的激励变化,（五）分辨力,显示装置能有效辨别的最小,示值差,模拟式显示装置的分辨力：,标尺分度值的,1/2,数字式显示装置的分辨力：,末位数字的一个数码,（六）稳定性和漂移,稳定性,测量仪器保持其计量特性随,时间恒定的能力,漂移,测量仪器计量特性的慢变化,三、测量仪器的选用原则,（一）技术性,（二）经济性,第四节 测量结果,一、测量准确度和精密度,（一）测量准确度,测量结果与被测量真值,之间的一致性,（二）精密度,在规定条件下获得的各个独,立观测值之间的一致程度,二、测量重复性和复现性,（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,（常用实验标准差表示）,（二）测量复现性,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,（常用组间标准差表示）,实际中，测量条件改变只限于操作者,第五节 测量误差和测量不确定度,一、测量误差和测量结果修正,（一）测量误差,1,测量误差（误差）,测量结果减去被测,量的真值,真值本质上不能确定，实际用约定真值,约定真值可以是：校准或检定的值，由更,高准确度等级的测量仪器测得的值、多次,测量结果所确定的值,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,2,随机误差,测量结果与在重复条件下，对,同一被测量进行无限多次测量所得结果的平,均值之差,3,系统误差,在重复条件下，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,（二）测量结果修正,未修正结果,已修正结果,修正值,用代数方法与未修正结果相,加，以补偿其系统误差的值,修正值,=,负的系统误差,真值,=,测量结果,+,修正值,=,测量结果,-,误差,二、测量不确定度,（一）基本概念,测量不确定度,表征合理地赋予被测,量之值的分散性，与测量结果相联系的,参数,1,标准不确定度,以标准差表示的测量,不确定度,不确定度的,A,类评定,用对观测列进行统,计分析的方法来评定标准不确定度,符号：,不确定度的,B,类评定,用不同于对观测列,进行统计分析的方法评定标准不确定度,符号：,合成标准不确定度,当测量结果是由若干,个其他量的值求得时，测量结果的标准不确,定度，等于这些其他量的方差与协方差适当,和的正平方根,符号：,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,表示：,（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，即被测量样本不能,代表所定义的被测量,4,对不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差（偏移）,6,测量仪器的分辨力或鉴别力不够,7,赋予测量标准和标准物质的值不准,8,用于数据计算的常量和其他参量不准,9,测量方法和测量程序的近似性和假定性,10,在表面看来完全相同的条件下，被测量重复,观测值的变化,（三）测量不确定度的评定,1,测量模型的建立,被测量由,N,个其他量 确定,Y,的估计值,y,由 的估计值确定,2,输入估计值测量不确定度的评定,（,1,）采用,A,类或,B,类评定,（,2,）,A,类评定,例,5.5-1,最佳估计值：,实验标准差：,L,的标准不确定度：,例,5.5-2,对在统计稳定状态下的测量过程,（,3,）,B,类评定,已知扩展不确定度和包含因子,（,5.5-10,）,例,5.5-3,相对不确定度,已知扩展不确定度和置信水平的正态分布,（,5.5-11,）,置信水平,p,与包含因子的关系,例,5.5-4,校准证书给出：,10,标准电组,R,S,在,23,时,R（23）=（10.000740.00013）,置信水平,P=99%,标准不确定度：,u(R,S,)=0.13m/2.58=50,（,3,）其它几种常见的分布,t,分布、均匀分布、反正弦分布、三角分布、,梯形分布,对均匀分布,例,5.5-5,手册给出：纯铜,20,时的线膨胀系数 的变化范围,0.4010,-6,-1,设 在此范围为均匀分布,标准不确定度：,（,4,）由重复性限,r,和再现性限,R,求不确定度标,准不确定度：,（置信水平为,95%,）,（置信水平为,95%,）,3,输出估计值标准不确定度的计算,（,1,）输入量不相关：,（,2,）输入量相关：,其中：为灵敏系数,若,则：,若,则：,输入量相互独立,/,有一个可作常量,/,无相关性,迹象，可视为,C,i,=0,4,扩展不确定度的评定,5,测量不确定度的报告,（,1,）用合成标准不确定度表达,（,2,）用扩展不确定度表达,6,测量不确定度的分类和评定流程,（,1,）分类,测量不确定度,扩展,不确定度,U（k=2，3）,U,p,（,p,为置信概率或置信水平）,标准,不确定度,A,类标准不确定度,B,类标准不确定度,合成标准不确定度,（,2,）测量不确定度评定流程,（四）测量不确定度实例,（例,5.5-6,）高值电阻测量,（,1,）任务：测量,1M,电阻，设计要求允差,0.1,（,2,）方法：用数字多用表直接测量（如图）,数字多用表,（,3,）测量仪器选用,5,位半数字多用表，技术指标：,最大允许误差,(0.005,读数,+3,最低位数值,),满量程,1999.9k,，,最低位数值,0.01k,（,4,）实验记录,测量次数,n,10,（,5,）测量不确定度分析,数字模型 直读，,y=R,测量不确定度来源,数字多用表不准,由于各种随机因素使读数不重复,标准不确定度评定,读数重复性引入的标准不确定度,u,1,按,A,类评定,由多用表不准引入的标准不确定度,u,2,按,B,类评定,由最大允许误差区间的半宽度,2,为：,设测量值在该区间为均匀分布,则,计算合成标准不确定度,因,u,1,和,u,2,不相关,确定扩展不确定度,取包含因子,k,2,，则,测量结果报告,第六节 测量控制体系,一、概述,测量控制体系,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,测量控制体系组成,（,1,）测量设备的计量确认,（,2,）测量过程控制,二、计量确认,计量确认,确保测量设备满足预期使用,要求,而进行的一组操作,计量确认过程的流程图,过程输入,用户计量要求,测量设备特性,过程输出,测量设备的确认状态,图,5.6-2,计量确认过程流程图,例,5.6-1,三、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（复）现性,按规定程序和时间间隔监控测量过程，一旦,失控，采取相应纠正措施,