14计量基础知识

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炳籍苏
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1 计量基础知识

2 第一章计量概述第一节计量的概念一概念 1. 量 : 现象物体或物质可定性区别与定量确认的一种属性 2. 测量 : 是以确定量值为目的的一组操作 3. 计量 : 是实现单位统一保障量值准确可靠的活动, 它包括科学技术上的法律法规上的和行政管理上的一系列活动

3 4. 计量学 : 是关于测量的科学, 它涵盖有关测量的理论和实践的各个方面, 在计量学中, 测量既是核心概念, 又是研究对象计量与测量的关系 : ---- 测量不具备也不必具备计量所有的特点, 即准确性一致性溯源性及法制性计量即属于测量而又严于一般的测量 ---- 计量是与测量结果置信度有关的与不确定度联系在一起的规范化的测量

4 二计量的内容计量单位与单位制 ; 计量器具 ( 或测量仪器 ); 量值传递与溯源 ; 物理常量材料与物质特性的测定 ; 测量不确定度数据处理与测量理论及其方法 ; 计量管理

5 三计量的分类 1. 按综合性质分类 ---- 科学计量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地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 ---- 工程计量指各种工程工业企业中的实用计量, 涉及对计量, 又称工业计量 ---- 法制计量与法定计量机构工作有关的计量, 涉及对计量单位测量仪器测量方法及测量实验室的法定要求

6 2. 按测量对象分类几何量温度力学电磁无线电时间频率光学电离辐射声学化学

7 四计量的特点 1. 准确性 : 指测量结果与被测真值的一致程度. 2. 一致性 : 在统一单位的基础上, 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有一致性测量结果应是可重复可再现 ( 复现 ) 可比较的

8 3. 溯源性 : 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连续比较链, 与计量基准联系起来 4. 法制性 : 来自于计量的社会性, 量值的准确可靠不仅依赖于科学技术手段, 还要有相应的法律法规和行政管理

9 五计量管理的概念和特征 1. 计量管理的概念 ---- 计量管理是指计量部门对所用测量手段和方法, 以及数据获得表示和使用测量条件进行的管理 [ 国际法制计量组织 (OIML) 法制计量学基本名词的定义 ] ---- 为在国民经济各领域中提供计量保证所开展的各项管理工作 [JJG-1001 通用计量名词及定义的定义 ] ---- 根据国家法规由指定的机构提供计量保证的工作体系它通过计量器具控制计量监督和计量评审予以实施 [JJF 通用计量术语及定义计量控制的定义 ]

10 ---- 计量器具控制 : 确定计量器具的性能, 并签发关于该计量器具法定地位地官方文件这种控制可包括对该计量器具地下列动作的一项两项或三项 : 型式批准检定检验 ---- 计量监督 : 为核查计量器具是否依照法律法规正确使用和诚实使用, 而对计量器具制造安装修理或使用进行控制的程序 ---- 计量评审 : 为了检查和谁的目的而进行的全部动作例如, 为了在法庭上对计量器具的状态作证, 或为了按有关法定要求来确定计量器具的计量性能

11 2. 计量管理的特征 : 与计量学的特征相一致 ; 大致有 : 统一性 ; 准确性 ; 法制性 ; 社会性 ; 权威性 ; 技术性 ; 服务性 ; 群众性 ;

12 第二节计量器具及特性一概念 1. 测量仪器 : 单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具, 又称计量器具 ---- 实物量具 : 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测量器具 ---- 测量仪器 : 其示值为等效信息的测量计量器具 (1) 按其在计量中的作用又可将测量仪器分为测量基准测量标准和工作用测量仪器

13 (2) 除实物量具外, 测量仪器按其功能分为 : ---- 显示式测量仪器, 又称指示式测量仪器能显示被测量示值的测量仪器 ---- 比较式仪器种用于使实物量具或使补测量与量具相互比较的测量仪器 ---- 积分式测量仪器通过一个量对另一个量的积分, 以确定被测量值的测量仪器 ---- 累积式测量仪器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

14 2. 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组成的一个系统, 可以包含实物量具和化学试剂 3. 测量设备测量仪器测量标准辅助设备以及进行测量所必须的资料的所有硬件和软件的一种总称

15 二测量仪器的特性指影响测量结果的一些明显特征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测量仪器控制 : 确定测量仪器的特性, 并签发关于其法定地位的官方文件这种控制可包括对测量一起的下列运作中的一项或几项 : 型式批准检定检验

16 ( 一 ) 标称范围量程和测量范围 ---- 示值范围 : 测量仪器标尺或显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 : 测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围 ---- 量程 : 标称范围上限值和下限值之差的模 ---- 测量范围 : 也称工作范围, 指测量仪器的误差处在规定的极限范围内的一组被测量的值

17 ( 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, 也就是使测量仪器的规定计量特性处于给定极限的使用条件, 一般包括被测量和影响的范围或额定值, 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 ;

18 ---- 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所能承受的极端条件它应规定被测量和影响量的极限值 ---- 参考条件 : 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

19 ( 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 : 指测量仪器的误差, 是测量仪器示值与对应输入量的真值 ( 约定真值 ) 之差可用绝对误差表示也可用相对误差表示 ; ---- 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

20 ( 四 ) 响应特性灵敏度分辩力 ---- 响应特性 : 在确定条件下, 作用于测量仪器的激励与测量仪器所作出的相应响应之间的关系可以表达为函数式数值或图表 ---- 灵敏度 : 测量仪器响应的变化除以所对应的激励变化 ---- 分辩力 : 测量仪器显示装置能有效辨别的最小示值差, 称为显示装置的分辩力

21 ( 五 ) 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慢变化 ---- 漂移 : 测量仪器计量特性的

22 三测量仪器的选用原则应从技术性和经济性出发, 使其计量特性 ( 如最大允许误码稳定性测量范围灵敏度分辨力等 ) 适当地满足顾客预定要求, 既够用, 又不过高 ( 一 ) 技术性最大允许误差测量范围灵敏度稳定性额定工作条件和极限条件 ( 二 ) 经济性基本成本 : 设计制造成本和运行成本安装成本 : 安装过程 ( 还包括首次检定及停机损失 ) 维护成本 : 仪器维护 ( 周期检定费应计入 )

23 第二章第一节法定计量单位概述一量 1. 量的表示方法 : 一般由一个数乘以测量单位表示特定量的大小, 称为量值一个特定量的量值与单位的选择无关量值与数值单位的关系可写成 : A={A} [A] A: 某一量的符号 ; [A]: 单位符号 ; {A}: 以 [A] 作为单位所表示的量 A 的数值

24 2. 基本量 : 在给定量制中约定第认为在函数关系上彼此独立的量在国际单位制中, 长度质量时间热力学温度电流物质的量和发光强度为基本量 3. 导出量 : 在给定量中由基本量的函数所定义的量 4. 量制 : 彼此间存在确定关系的一组量

25 二计量单位 1. 计量单位 : 为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量, 具有约定的名称和符号其他同种量可与其相比较以表示相对于它的大小 2. 基本单位 : 给定单位中基本量的测量单位如 :CGS 单位制中的基本单位为厘米克和秒 3. 导出单位 : 给定量制中导出量的测量单位

26 三计量单位制 : 为给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位如 : 国际单位制 CGS 单位制

27 第二节我国的法定计量单位一法定计量单位由国家法律承认具有法定地位的计量单位是在国家法律中被承认应该使用的单位 ; 非法定计量单位则只能在特殊领域中应用 ; 某些非法定计量单位则只能在特殊情况下, 并经过特别允许才能应用

28 二国际单位制由国际计量大会 (CGPM) 采纳和推荐的一种一贯单位制是在米制的基础上发展起来的一种一贯单位制, 国际通用符号为 SI 它由 SI 单位 ( 包括 SI 基本单位 SI 导出单位 ), 以及 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 ) 组成, 具有统一性简明性实用性合理性和继承性等特点

29 单位定义 1. 米 : 米是光在真空中在 1/ 秒的时间间隔内的行程 ; 2. 千克 : 国际千克原器的质量 ; 3. 秒 : 秒是绝原子基态两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的周期的持续时间 ; 4. 安培 : 在真空中相距 1 米的两无限长而圆截面可忽略的平面直导线内通过一恒定电流, 若这恒定电流使得这两条导线之间每米长度上产生的力等于牛顿, 则这个恒定电流的电流强度就是 1 安培 ;

30 5. 开尔文 : 水三相点热力学温度的 1/273.16; 6. 摩尔 : 一系统的物质的量, 该系统中所包含的基本单位与千克碳 -12 的原子数目相等 ; 7. 坎德拉 : 一光源在给定方向的发光强度, 该光源发出频率为赫的单色辐射, 且在此方向上的辐射强度为 1/683 瓦特每球面度

31 包括 SI 辅助单位在内的具有专门名称的 SI 导出单位 SI 词头可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位

32 包括 SI 辅助单位在内的具有专门名称 SI 导出单位 1. 弧度 (rad): 一个圆内两条半径之间的平面角, 这两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等 ; 2. 立体角 (sr): 球面度是一个立体角, 其定点位于球心, 南明它在圆周上所截取的弧长与半径相等 ; 3. 频率 (Hz): 周期为 1 秒的周期现象的频率 ; 4. 牛顿 (N): 使 1kg 质量产生 1m/s 2 加速度的力 ; 5. 帕斯卡 (Pa): 每平方米面积上 1N 的压力 ; 6. 焦耳 ( J ) :1N 力的作用点在力的方向上移动 1m 距离所作的功 ;

33 7. 瓦特 (W):1 秒内给出 1J 能量的功率 ; 8. 库仑 (C):1A 电流在 1 秒内所运送的电量 ; 9. 伏特 (V): 在流过 1A 恒定电流的导线内, 二点之点所消耗的功率若为 1W, 则两点之间的电位差为 1 伏特的电位差为 1 伏特 ; 10. 法拉 (F): 给电容器充 1 库仑电量时, 二板极之间出现 1 伏特的电位差, 则这个电容器的电容为 1 法拉 ; 11. 欧姆 (Ω): 在导体两点间加上 1V 的恒定电位差, 若导体内产生 1A 的屋宇恒定电流, 而且导体内不存在其他电动势, 则这两点之间的电阻为 1 欧姆

34 12. 西门子 (S): 欧姆的负一次方 ; 13. 韦伯 (Wb): 让只有一匝的环路中的磁通量在 1 秒钟内均匀地减小到零, 如果因此在环路内产生 1 伏特地电动势, 则环路中的磁通量为 1 韦帕 ; 14. 特斯拉 (T): 每平方米内磁通量为 1 韦帕的磁通密度 ; 15. 亨利 (H): 让流过一个闭合回路的电流以 1A/s 的速率均匀变化, 如果回路中产生 1V 的电动势, 则这个回路的电感为 1 亨利 ;

35 16. 摄氏度 ( ) 17. 流明 (1m): 发光强度为 1 坎德拉的均匀点光源向单位立体角 ( 球面度内 ) 发射出的光通量 ; 18. 勒斯克 (lx): 每平方米为 1 流明光通量的光照度 ; 19. 贝可勒尔 (Bq):1 秒内发生 1 次自发核转变或跃迁 ; 20. 戈瑞 (Gy): 授予 1kg 受照物质以 1J 能量的吸收剂量 ; 21. 希沃特 (Sv): 剂量当量

36 四我国法定计量单位的基本使用方法 1. 法定计量单位的名称 ---- 法定计量单位名称, 均指单位的中文名称简称和全称可以任意选用 ; ---- 组合单位的名称, 原则上与其符号表示的顺序一致 ; 乘方形式的单位名称, 其顺序应是指数名称在前, 单位名称在后

37 2. 法定计量单位和词头的符号 ---- 应优先采用国际通用符号, 并一律用正体 ; 必要时可将简称作为中文符号 ; ---- 词头符号的字母, 当其所表示的因数小于 106 时, 则用大写体 ; ---- 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 ; 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用但单位中文符号相乘时必须用乘点 ; ---- 词头符号与单位符号间不得有间隙或其他标记

38 3. 法定计量单位的词头的使用规则 ---- 单位名称和符号必须作统一使用, 不能分开 ; ---- 用词头构成倍数单位时, 不得使用重叠词头 ; ---- 只通过相除构成或通过乘和除构成的组合单位, 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 ; ---- 一般应使量的数值处于范围内

39 第三章量值传递和溯源第一节概述一量值传递量值传递就是通过对计量器具的检定或校准, 将国家基准 ( 标准器 ) 所复现的计量单位量值, 通过标准逐级传递到工作用计量器具, 以保证对被测对象所得量值的准确和一致

40 二量值传递系统国家计量基准复现的单位量值, 通过各级计量标准, 逐级传递到工作计量器具, 由此形成了量值传递系统对于一个国家来说, 每一个量值传递系统只允许有一个国家基准

41 二量值传递的方式目前, 实现量值传递的方式有以下 10 种 : 1 用实物量具标准进行检定或校准 ; 2 发放标准物质 ; 3 发播标准信号 ; 4 发布标准 ( 参考 ) 数据 ; 5 计量保证方案 (MAP); 6 统一标准方法 ( 参考测量方法或仲裁测量方法 ); 7 比率或互易测量 ; 8 实验室之间比对或验证测试 ; 9 按国际承认的有关专业标准溯源 ; 10 按双方同意的互认标准溯源

42 四量值溯源性 1 量值溯源体系通过一条具有规定不确定的不间断的比较链, 使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准 ( 通常是国家计量标准或国际计量标准 ) 联系起来的特性, 称为量值溯源性 ---- 量值溯源 : 是指自下而上通过不间断的校准而构成溯源体系 ; ---- 量值传递 : 是自上而下通过逐级检定而构成检定系统

43 社会计量基准副计量基准工作计量基准社会公用计量基准 ( 国家专业计量站 ) 社会公用计量基准 ( 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 )

44 2 溯源等级图 (1) 概念溯源等级图是一种代表等级顺序的框图, 用以表明测量仪器的计量特性与给定量的基准之间的关系有时也称为溯源体系表它是对给定量或给定量或定型号测量仪器所用的比较链的一种说明, 以此作为其溯源性的证据 (2) 目的建立溯源等级图的目的, 是要对所进行的测量在共溯源到计量基准的途径中, 尽可能减少环节和降低测量不确定度, 并能给出适当的置信度

45 (3) 溯源等级图应给出 : ---- 不同等级测量标准和选择 ; ---- 等级间的连接及其平行分支 ; ---- 有关测量标准特性和重要信息, 如测量范围不确定度或准确度等级或最大允许误差等 : ---- 溯源链中比较用的装置和方法

46 第二节计量基准及计量标准一测量标准的概念是指为了定义实现保存或复现量的单位或一个或多个已知量值, 用作参考的实物量具测量仪器参考物质或测量系统 1 研制建立测量标准的目的是为了定义实现保存或复现量的单位或一个或多个量值 ; 2 其作用是在测量领域里作为定值依据和测量用标准器 ; 3 其存在的形式有实物量具测量仪器参考物质或测量系统

47 二计量基准是指在特定领域内, 用以定义实现保持或复现计量单位或一个或多个已知量值, 并具有当代 ( 或本国 ) 最高计量特性的计量器具, 是统一量值的最高依据 1 国际基准 : 经国际协议承认的, 在国际上作为对有关量的其他测量标准定值的依据的测量标准 2 国家测量标准标准 : 经国家决定承认的, 在一个国家内作为对有关量的其他测量标准定值的依据的测量标准计量基准通常可分为主基准副基准和工作基准

48 三计量标准是指准确度低于计量基准, 按国家计量检定系统表规定的准确度等级, 用于检定较低等级计量器具 ( 含工作计量器具 ) 的计量器具计量标准是在一定范围 ( 地区部门或单位 ) 内统一量值的依据根据其统一量值的范围, 可将计量标准划分为社会公用计量标准部门 ( 或行业 ) 计量标准和企 ( 事 ) 业单位计量标准

49 标准物质 : 具有一种或多种准确确定的特性值, 用以校准计量器具, 评价测量方法或给材料赋值, 并附有经批准的鉴定机构发给证书的物质或材料是在规定条件下, 具有高稳定的物理化学或计量学特性, 并经正式批准使用的物质或材料参考考标准 : 是在给定地区或给定组织内, 通常具有最高计量学特性的测量标准, 在该处所做的测量均从它导出参考标准与社会公用测量标准, 部门和企事业单位的最高测量标准相当

50 工作标准 : 用于日常校准或核查实物量具测量仪器或参考物质的测量标准它的数量很大, 通常用参考标准来校准传递标准 : 在测量标准相互比较中用作媒介的测量标准测量标准的相互比较, 既包括同级标准间的相互比对, 也包括上一级标准向下一级标准传递量值工作用计量器具 : 用于日常工作中现场测量而不用于检定工作的计量器具

51 计量标准的考核 : 是指对测量标准设备操作人员环境条件和必要的规章制度四个方的综合考核, 其性质是测量标准用于开展检定, 进行量值传递资格的计量论证测量标准考核按 JJG 计量标准考核规范进行考核合格后由本单位批准使用并向主管部门备案测量标准考核证书期满前 6 个月应申请复查

52 第三节校准和比对一校准 1 校准 (1) 概念 : 规定的条件下, 为确定测量仪器或测量系统所指示的量值, 或实物量具或参物质所代表的量值, 与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作

53 (2) 校准含义在规定条件下, 用参考标准对包括实物量具或参考物质在内的测量仪器的特性赋值, 并确定其示值误差 ; 将测量食品仪器指示或代表的量值, 按照比较链或校准链, 将其溯源到测量标准复现的量值上

54 (3) 校准目的 ---- 确定示值误差, 并确定其是否处于预期的允差范围之内 ; ---- 得出标称值偏差的报告值, 并调整测量仪器或对示值加以修正 ; ---- 给标尺标记赋值或确其他特性, 或给参考物质的特性赋值 ; ---- 实现溯源性

55 2. 校准规范是指校准所依据的一种计量技术规范, 对其通常应作统一规定, 特殊情况下也可由企业自行制定校准规范应符合计量体系文件的总体要求, 其编写要求可参考 JJG1002 计量器具检定规程编写规则的方式进行

56 二比对在规定条件下, 对相同准确度等级的同种计量计量基准计量标准或工作计量器具之间的量值进行比较

57 第四章计量检定及其法制管理第一节计量检定一计量检定的概念是指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 ) 出具检定证书检定具有法制性, 其对象是法制管理范围内的测量仪器一个被检定仪器也就是根据检定结果, 已被授予特性的测量仪器

58 二计量检定的分类 1 强制检定 (1) 概念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鉴于各国的管理体制不同, 法制计量管理的范围也不同

59 (2) 强制检定的范围贸易结算工作测量仪器安全防护工作测量仪器医疗卫生工作测量仪器环境监测工作测量仪器社会公用计量标准部门和企业事业单位的各项最高计量标准

60 (3) 强制检定的特点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

61 2. 非强制检定指由使用单位自己或委任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

62 3 检定的依据检定依据按法定程序审批公布的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无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检定规程或地方检定规程, 并向国务院计量行政部门备案任何企业和其它实体无权制定检定规程

63 三检定周期的确定和检定结果的处理 1 检定周期 : 一般应根据计量器具的计量性能使用环境条件和频繁程度等因素规定最大的检定周期强制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 ; 非强制检定由使用单位依法自行确定检定周期 2 检定结论 : 检定结果中必须有合格与否的结论, 检定合格的计量器具由检定单位出具检定证书检定合格证或加盖检定合格印 ; 经检定不合格的, 出具检定结果通知书或加盖注销印

64 四计量检定印证及使用计量器具经检定机构检定后出具的检定印证, 是评定计量器具的性能和质量是否符合法定要求的技术判断和结论, 是计量器具能否出厂销售投入使用的凭证

65 计量检定印证包括 : (1) 检定证书 ; (2) 检定结果通知书 ; (3) 检定印记 ; (4) 检定合格证 ; (5) 注销印

66 第二节计量技术法规一概述技术法规是规定技术要求的法规, 直接规定或引用或包括标准技术规范或规程的内容而提供技术要求的法规计量技术法规是实现计量技术法制管理的行为准则, 是进行量传递开展计量检定和计量管理的法律依据我国计量技术法则包括 : 国家计量检定系统表计量器具检定规程和国家计量技术规范三方面的内容

67 二计量检定系统表按我国计量法的规定, 目前以国家计量检定系统表来代表国家溯源等级图, 它是一种法定技术文件, 由国务院计量行政部门级织制定并批准发布这种系统表通常用图表结合文字的形式表达, 其要求基本上与溯源等级图方式相一致每一项国家计量基准都对应于一种检定系统表, 并由该项基准的保存单位负责编制, 经一定的审批手续, 由国家计量行政部门批准发布

68 国家计量检定系统表是指从国家计量基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的检定主从关系所作的技术规定它以文字框图表格形式表示内容包括计量基准计量标准工作计量器具名称测量范围准确度等反映了测量某个量的各级计量器具概况, 因此又称为计量器具等级图

69 计量基准 X X 国家 ( 实现 / 复现的量的范围 ) ( 不确定度 ) 检定方法计量标准 X 等标准 X X ( 测量范围 ) ( 不确定度或允许误差 ) 检定方法工作标准 X X ( 测量范围 ) ( 不确定度或允许误差 ) 检定方法工作计量器具 ( 名称 ) ( 测量范围 ) ( 不确定度或允许误差 ) ( 名称 ) ( 测量范围 ) ( 不确定度或允许误差 ) ( 名称 ) ( 测量范围 ) ( 不确定度或允许误差 )

70 三计量检定规程对计量器具的计量性能检定项目检定条件检定方法检定周期以及检定结果处理所作的技术规定

71 ( 一 ) 计量检定的规程的特性 1 科学性检定规程的基本内容主要是计量器具的工作原理测量技术和数据处理等它既有科学理论方面的依据, 又有实际测量经验的总结 ; 它既要考虑现实的生产水平和测量技术水平, 但又必须保证量值的统一

72 2. 法制性检定规程是量值传递中的计量技术法规它所提出的技术要求规定的检定方法都是有明确的限制和约束作用的

73 ( 二 ) 检定规程的制定程序 1. 起草检定规程的起草单位一般是归口单位如其他单位起草, 应把起草稿先报归口单位审查

74 检定规程的编写应该按 JJG1002 计量器具检定规程编写规则其中正方部分包括 : 概述 : 概要地叙述计量器具的用途原理和构成 ( 可包含必要的结构示意图 )

75 技术要求应着重规定与计量性能使用寿命安全可靠性等方面的内容, 也可规定表面粗糙度刻面清晰度等外观质量要求检定条件即计量标准器具检定设施和环境条件等

76 检定项目即明确规定计量器具的受检部位和内容有些计量器具可对使用中与修理后的检定项目与新制的检定项目区别规定

77 检定方法即对具体受检项目规定具体的操作方法和步骤, 必要时可举例说明检定结果的处理一般检定合格的计量器具应发给检定证书或加盖合格印 ; 不合格的则发给检定结果通知书

78 检定周期一般应根据计量器具的计量性能使用环境条件和频繁程度等因素规定最大的检定周期根据需要, 检定规程还可以编写附录附录的内容一般应为 :

79 检定规程下文技术内容的说明和补充 ; 可试用的推荐性检定方法 ; 各种专用检定装置和工具的说明与图形 ; 检定证书检定结果通知书和检定记录表的格式 ; 有关的计算表参数表 ; 检定数据处理数值修约和计数示例等同时还应起草编写编制说明试验分析报告 ( 包括误差分析 ) 等附件

80 2 征求意见检定规程在报批前, 应由归口单位先发给全国各有关部门单位广泛征求意见根据各方面意见, 确定继续调研试验并把意见分类整理分析答复

81 在此基础上正式编写出检定规程报批稿和编写说明试验分析报告等附件报送国家计量部门审批

82 3 审定和复审检定规程的审定会由国家计量部门主持或由其委托归口单位主持审定会通过检定规定后, 应提交对检定规程的审查意见, 明确复审期限 ( 一般每五年复审一次 ) 复审结论 : 继续生效修订或废除

83 ( 三 ) 检定规程的管理我国对检定规程的管理目前采取统一编号分级管理分类归口分工负责的方法国家计量行政部门统筹安排制定和下达检定规程的长远规划和年度计划按照计量专业和精度等级确定归口单位和归口项目, 统一规定术语编写方法审定方式和审批后统一编号发布

84 我国检定规程的统一代号为 JJG 编号规则为 : J J G XXX --- XXXX 发布年份发布顺序号

85 地方或部门计量检定规程的统一代号为 JJG 后面加一个带括号的地方或行业中文简称, 其编号规则为 : J J G (XX) XXX --- XX 发布年份发布顺序号部门或地区简称

86 检定规程的归口单位一般由各省 ( 市自治区 ) 计量行政部门和国务院有关部局的专业计量机构担任计量器具检定规程的分类 : 分为国家部门和地方计量检定规程三种

87 ( 四 ) 检定规程实例 1 JJG 工具显微镜发布实施 2 JJG 电流表电压表功率表及电阻表 1992 年 12 月 26 日批准 1993 年 10 月 1 日实施 3 JJG 电子电压表发布实施

88 四强制检定的实施对国家法律规定的强制检定的计量标准器和强制检定工作计量器具实行强制管理, 是政府计量行计量法制管理的重要内容 ; 切实执行强制检定是法定计量检定机构和被授权执行强制检定的其他计量机构的重要任务主要步骤 : 调查摸底建帐制定规划

89 五强制检定计量计量器具的作用管理最主要的是 : ---- 周期检定 ; ---- 正确使用 ; ---- 合理选择使用计量器具的准确度等级六计量授权及其管理 ---- 由政府计量行政部门授权有关单位承担计量法制监督的技术工作的形式, 简称计量授权

90 法定计量技术机构, 以及授权的技术机构, 为实施计量法承担的技术工作, 都要对行政执法机关负责被授权单位应遵守如下原则 : (1) 检定测试人员必须经授权单位考核合格 ; (2) 计量标准必须接受计量基准或社会公用计量标准的检定 : (3) 检定测试工作要接受授权单位监督 ; (4) 涉及计量纠纷一方时可由计量行政部门调解和仲裁检定

91 第五章测量误差与不确定度第一节测量方法和测量结果一测量方法在进行测量时间所用的, 按类别叙述的一组操作逻辑次序 (1) 直接测量法 (2) 间接测量法 (3) 基本测量法 (4) 定义测量法 (5) 直接比较测量法 (6) 替代测量法 (7) 微差测量法

92 二测量准确度和精密度 1 测量结果 2 测量准确度通过测量所得到的赋予被测量的值指测量结果与被测量真值之间的一致程度 3 测量精密度指在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度

93 三测量重复性和复现性 1 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, 称为测量结果重复性 (1) 相同的测量程序 (2) 相同的观测者 (3) 在相同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

94 2 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, 称为测量结果的复现性, 又称再现性重现性复现性条件 : 以下任一条件发生变化 : (1) 测量原理 ; (2) 测量方法 ; (3) 观测者 ; (4) 测量仪器 ; (5) 参考测量标准 ; (6) 测量地点 ; (7) 使用条件 ; (8) 长时间间隔

95 3 测量结果重复性和复现性的区别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 ; 而复现性则是在测量条件发生变化的情况下, 测量结果之间的一致性.

96 四测量数据修约的规则 1 修约 : 对某一拟修约数, 根据保留数位的要求, 将某多余位数的数字进行取舍, 按照一事实上的规则, 选取一个其值为修约间隔整数倍的数 ( 称为修约娄数 ) 来代替似修约数, 这一过程称为数据修约, 也称为数的化整或数的凑整

97 2 修约间隔 : 又称为修约区间或化整区间, 它是确定修约保留位数的一种方式修约间隔一般以 K 10 n (K=1,2,5;n 为正负数 ) 的形式表示修约间隔一经确定, 修约数只能是修约间隔的整数倍

98 3 修约方法 (1) 如果修约间隔整数倍的一系列数中, 只有一个数最接近拟修约数, 则该数就是修约数 (2) 如果为修约间隔整数倍的一系列数中, 有连续的两个数同等地接近拟修约数, 则这两个数中, 只有为修约间隔偶数倍的那个数才是修约数

99 第二节测量误差一基本概念测量误差 : 测量结果减去被测量的真值所得的差, 好为测量误差或绝对误差, 简称误差相对误差 : 测量误差与被测量真值之比引用误差 : 以仪器的特定值为分母, 某一刻度点的示值误差 ( 绝对误差 ) 为分子, 所得的相对误差值特定值一般为引用值, 如量程或标称范围的最高值偏差 : 一个值减去其参考值 ( 实际值一标称值 ) 修正值 : 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

100 随机误差 : 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得结果的平均值之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, 故称之为随机效应系统误差 : 在重复性条件下, 对用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并可定量表述, 则称之为系统效应

101 例 : 国家标准电测量指示仪表通用技术条件规定, 该类仪表准确度等级 a% ( a=0.1,0.2,0.5,1.0,1.5,2.5,5.0) 就是以允许的最大引用误差划分, 要求合格仪表的最大引用误差 <= a% 用某电流表测量一个其真值为 80A 的电流, 仪表的指示值为 80.5A, 求仪表该示值的绝对误差和相对误差, 设该仪表满刻度值为 100A, 而在 90A 示值处的绝对误差最大达 0.85, 试问该表属于哪一级准确度等级

102 二误差合成测量误差 = 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

103 样本均值总体均值真值误差测得值测得值的概率分布曲线残差随机误差系统误差 μ-kσ y μ l y l μ+kσ 测得值 y 图测量误差示意图

104 第三节测量不确定度一测量不确定度的概念测量不确定度是用以表征合理地赋予被测量之值的分数性, 表示对测量结果可信性有效性的怀疑程度或不肯定程序, 定量说明测量结果的质量的参数测量不确定度的表示方法 : 标准 ( 偏 ) 差标准偏差倍数或说明了置信水准区间的半宽

105 1 标准不确定度以标准 ( 偏 ) 差表示的测量确定度, 用符号 U 表示, 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 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的方法, 也称 A 类不确定度评定所得到的相应的标准不确定度称为 A 类不确定度分量, 用符号 U A 表示 B 类评定 : 用不用于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度, 称为标准不确定度的 B 类评定, 也称为 B 类不确定度评定所得到的相应的标准不确定度称为 B 类不确定度分量, 用符号 U B 表示

106 合成不确定度 : 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和协方差适当和的正平方根, 称为合成标准不确定度, 用符号 U C 表示是测量结果标准 [ 偏 ] 差的估计值, 它表征了测量结果的分散性 2 扩展不确定度用标准 ( 偏 ) 差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示的测量不确定度, 称为扩散不确定度, 用符号 U 表示扩展不确定度是将合成标准不确定度扩展了 K 倍得到的,U=K U C,K 称为包含因子

107 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 实现被测量的定义的方法不理想 ; 3 取样的代表不够, 即被测量的样本不能代表所定义的被测量 ; 4 对被测量过程受环境影响的认识不同全, 或对环境条件的测量与控制不完善 ;

108 5 对模拟仪器的计数存在人为偏差 ; 6 测量仪器分辨力或鉴别力不够 ; 7 赋予计量标准的值和标准物质的值不准 ; 9 测量方法和测量程序的近似性和假定性 ; 10 在表面上看来完全相同的条件下, 被测量重复观测值的变化

109 三测量不确定度的评定 1 测量过程数学模型的建立函数关系的建立 : 在实际测量的很多情况下, 被测量 Y( 输出量 ) 不能直接测得, 而是由 N 个其它量 X 1,X 2, X N ( 输入量 ) 通过函数关系 f 来确定 : Y= f(x 1,X 2,X N ) 上式表示的这种函数关系, 就称为测量模型或数学模型, 或称为测量过程的数学模型

110 估计值及最佳估计值的计算设被测量 Y 的最佳估计值为 y, 输入量 X i 的估计值为 x i, 则有 : Y=f(x 1,x 2,---,x N ) 输入值是经过对模型中所有主要系统影响修正的最佳估计值否则, 须将必要的修正值作为独立的输入量引入模型中最佳估计值的得出有两种方法 : n n ( 1 1 1) y = y = y = ( x, x, Λ, x ) 较优 k 1k 2 k nk n n k= 1 ( 2) y = ( x,,, 1 x Λ 2 x N k= 1 ) n n 与输出估计值或测量结果 y 相关的测量标准不确定度是 ( 1 1 1) y = y = y = ( x,,, ) 较优 1 x Λ k k x 1 1 通过与输入估计值相关的标准不确定度来确定的 2 k nk n k n = k=

111 2 输入估计值测量不确定度的评定 A 类评定 : (1) 当在相同的测量条件下, 对某一输入量进行若干次独立的观测时, 可采用标准不确定度的 A 类评定 i= 1 s( x) = X i 为第 i 次测量的结果 ; ( x n 1 X 为所考虑的 n 次结果的算术平均值算术平均值的实验标准差 : A 类标准不确定度 : u x ) = s n 1 x) ( ( x ) 2 s ( x ) = s ( x ) n

112 [ 例 ] 对一等标准活塞压力计的有效面积进行测量在各种压力下, 测量得 10 次活塞有效面积 S0 与工作基准活塞面积 S 9 之比 I i 如下 : , , , , , , , , , L 10 则其最佳估计值, 即测量结果 L 为 : 实验标准 ( 偏 ) 差 s(li) 为 : L 的标准不确定度 u (L) 为 : u( L) = s( L) = s( I ) / i 10 s( I i ) I i i= 1 = = ( I L) i= 1 = i 6 /10 = /(10 I) =

113 (2) 测量过程的合并样本标准差对于一测量过程, 若采用该查标准或控制图的方法使其处于统计控制状态, 当每次核查自由度 ( 观测次数 ) 相同时, 则该测量过程的合并样本标准差 S P 为 2 s s 1 = p k 式中 Si 为每次核查时的样本标准差 ;k 为核查次数合并样本标准差 S P 为测量过程长期的组内标准差的平方平均值的正方根在此情况下, 由该测量过程对被测量 X 进行 n 次观测, 以算术平均值作为测量结果时, 其标准不确定度为 u( x) = s p n

114 [ 例 ] 量块的测量保证方案为使实验处于控制状态, 现以核查标准量块建立单个量块的标准差现对 90mm 量块进行重复测量, 核查次数 k=2, 若第 1 次核查时样本标准差为 s1=0.015m, 第 2 次核查时的样本标准差为 s2=0.013 m, 则两次核查的合并样本标准差 sp 为 : s = ( ) ( ) 0.014( ) 2 2 s + 1 s = = µ m p 若以 sp 作为核查标准用以考察任一次测量 ( 设测量次数为 n=6), 则标准不确定度为 s p u( x) = = = 0.006( µ m) n 6

115 B 类评定 : B 类标准不确定度的评定是用不同于观测列统计分析的方法, 来评定与输入量 Xi 的估计值相关的不确定度, 其信息来源主要包括 : 以前的观测数据 ; 对有关材料和技术说明文件 ; 生产部门提供的技术说明文件 ; 校准证书检定证书或其他文件提供的数据 ; 手册或某些资料给出的参数据及其不确定度 ; 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或复现性限

116 B 类不确定度评定的最常用方法有四种 : (1) 已知扩展不确定度和包含因子若输入估计值来源于制造部门的说明书校准证书手册或其他资料, 并给出其扩展不确定度 U (x i ) 及包含因子 K 的大小, 则与输入估计值相关的标准不确定度为 : U (x i )=U (x i )/k [ 例 ] 校准书上指出, 标称值为 1kg 的砝码的实际实际质量 a= g, 并说明按包含因子 k=3 给出的扩展不确定度 U=0.24mg 则由该砝码导致的测量标准不确定度分量 u (m) 为 : u (m)=0.24mg/3=80μg 此时标准不确定度为 : u (m)=u (m) /m=

117 (2) 已知扩展不确定度和默念水准的正态分布若给出在一定置信水准的 P 下的置信区间半宽, 即扩展不确定度 UP, 一般按正态分布来评定其标准不确定度 U(X 1 ), 即 : u (x i )=U p /k p 正态分布下置信水准 P 与包含因子 K P 间的关系 P( %) k p

118 [ 例 ] 校准证书上给出标称值为 10Ω 的标称电阻器的电阻 RS 在 23C 时为 : R S (23 )=( = )Ω 置信水准 P=99% 则其标准不确定度为 : u (R S )=0.13mΩ/2.58=50μΩ (3) 其他几种常见分布 ( P=100%,a 为区间半宽 ) 均匀分布三角分布反正弦分布两点分布 u ( x l ) = a u( ) = a xl u( ) = a xl u( ) = a xl 3 6 2

119 [ 例 ] 手册中给出纯铜在 20 时的线膨胀系数 α 20 (Cu) , 并说明此值的变化范围不超过假定 α 20 (Cu) 在此区间内为均匀分布, 则线膨胀系数的标准不确定度 u(α) 为 : u(α)= /1.73 =

120 (4) 由重复性限或复现性限求不确定度在规定实验方法的国家标准或类似技术文件中, 按规定的测量条件, 当明确指出输入量的两次测得值之差的重复性限 x 或复现性限 R 时, 如无特别说明, 则输入估计值的标准不确定度为 : 或 : u (x i )=r/2.83 u (x i )=R/2.83 置信水准为 95%, 作正态分布处理

121 3 输出估计值标准不确定度的评定 (1) 当全部输入量彼此独立或不相关时, 与输出估计值相关的标准不确定度为合成不确定度由 Y=f(X 1,X 2,,X N ) 可得到输出量 ( 被测量 )Y 的估计值 y( 测量结果 ) 的不确定度为 : 其中称为灵敏系数,u (x i ) 分别为输入量 x i 的估计值 x i 的标准不确定度, u (x i, x j ) 为任意两输入量估计值的协方差函数 ), ( ] ][ [ 2 ) ( ] [ ) ( ] [ ) ( ] [ ) ( x u x x f x f x u x f x u x f x u x f y u J I J N I N J I N N = = = Λ x I f

122 (2) 当两个输入量之间有一定程度的相关性时, 其协方也应作为不确定度的一个分量来考虑在以下情况可以认为两个输入量的估计值相关的协方差可以认为是零或影响非常小 : 输入量 X i 和 X k 相互独立 ; 输入量 X i 和 X k 中的一个可作为常量看特 ; 研究表明, 输入量 X i 和 X k 之间没有相关性迹象

123 4 扩展不确定度的评定扩展不确定度是测量结果的取值区间的半宽度, 可期望该区间包含了被测量之值分布的大部分而测量结果的区间在被测量值概率分布中所包含的百分数, 被称为该区间的置信率置信水准或置信水平, 用符号 P 表示这时扩展不确定度通常用符号 U P 表示这时扩展不确定度通常用符号 U P 表示, 它给出区间能包含被测量可能值的大部分

124 5 测量不确定度的报告 (1) 内容被测量 Y 的最佳估计值, 即输出估计值, 一般由测量列的算术平均值给出 ; 描述该测量结果分散性的测量不确定度, 它实际上是测量过程中来自测量设备环境人员测量方法及被测量对象的所有不确定因素的集合

125 (2) 表达方式 a. 用合成标准不确定度表达 m s = g,u(m s )=0.35mg m s = (35)g, 括号中的数是 u (m s ) 的数值, 与所说明结果的最后位数字相对应 m s = ( )g, 括号中的数是 u (m s ) 的数值, 与所说明结果的单位表示 b. 用扩展不确定度表达 m s = g, U (m s )=0.7mg(k=2) m s =( ±0.0007)g, 其中 ± 后的数是扩展不确定度 U (m s ), k=2

126 6. 测量不确定度评定流程和实例 (1) 测量不确定度的分类测量不确定度标准不确定度扩展不确定度 A 类标准不确定度 B 类标准不确定度合成标准不确定度 U (k=2,3) Up (p 为置信概率 )

127 开始 (2) 测量不确定度评定流程建立数学模型, 确定被测量 Y 与输入量 X 1,,X N 的关系求得佳值, 由 X 1 的最佳值 X 1, 求得 Y 的最佳值 Y 列出测量不确定度来源标准不确定度分量评定 A 类评定列表 B 类评定否标准不确定度评定是否完成? 计算合成标准不确定度是评定扩展不确定度不确定度报告结束图测量不确定度评定流程图

128 7. 测量不确定度评定实例 [ 例 ] 高值电阻的测量 (1) 测量任务某电子设备生产中需要使用 1MΩ 高值电阻, 设计要求其最大允许误差极限在 0.1% 以内为此, 对选用的高值电阻进行测量, 以确定其电阻值是否满足预期要求 (2) 测量方法用一台数字多用表对被测电阻器电阻进行直接测量 (3) 所用的测量仪器 5 位半数字多用表一台, 经检定合格并在有效期内用该数字多用表测量电阻的技术指标如下 : 最大允许误差为 :=(0.005% 读数 +3 最低位数 ) 当环境温度为 (5-25) 时, 温度系数影响可忽略

129 (4) 实测记录测量数据记录表第 i 次读数 R i /kω 第 i 次读数 R i /k Ω 平均值 R 测量结果 R n = Rl = kΩ n l= 1

130 (5) 测量不确定度分析 a. 测量模型电阻器的电阻值就等于数字多用表的电阻显示值 R b. 测量不确定度来源 1 数字多用表不准 ; 2 由于各种随机因素使读数不重复

131 c. 标准不确定度评定 1 读数重复性引入的标准不确定度按 A 类方法评定, 由实测数据得实验标准差 S(R l ) 为 ; s n ( R R) l l = R ) = = kΩ l n 1 ( 1 故由读数重复性引入的标准不确定度 u l (R) u R s( ) l 0.261kΩ ( R) = = = kΩ l n 10 2

132 2 数字多用表不准引入的标准不确定度按 B 类方法评定, 根据其技术指标确定最大允许误差的区间的半宽度 a 为 : a=(0.005%r kΩ) 设测量值在该区间内为均匀分布 ( 矩形分布 ), 取 k=1.73, 故由于数字多用表示不准引入的标准不确定度为 : u 2 (R)=a/k=0.046kΩ

133 d. 合成标准不确定度的计算由于上述 2 项标准不确定度分量之间不相关, 所以合成标准不确定度为 : uc ( R) = u 2 + u = (0.082kΩ) 2 + (0.046kΩ) = kΩ e. 确定扩展不确定度取包含因子 k=2, 故扩展不确定度 U 为 : U=K u c (R)=2 0.94kΩ=0.188kΩ 0.2kΩ

134 (6) 测量结果报告电阻器的电阻值为 R=(999.4±0.2) kω, 扩展不确定度为 U=0.2kΩ, 包含因子 k=2 可见, 符合电阻的设计要求 (1000±1 ) kω, 故该电阻器可用于某电子设备的生产中

135 [ 例 ] 工业容器温度测量 (1) 测量任务一个标称温度示值被调控到 400 的工业容器内部某处实际温度的测量 (2) 测量方法用热电偶数字温度计测量 (3) 所用的测量仪器带 K 型热电偶的数字式温度计

136 (4) 实测记录 (5) 测量不确定度分析 a. 数学模型 b. 测量不确定度来源 c. 标准不确定度评价 1 读数重复性引入的标准不确定度 U l 按 A 数方法评定, 由实测数据得实验标准差 s(d l ): s( d ) = 1 n ( d d) 1 = 1 = C n = 1 l 2 标准不确定度 : s d u = ( 1 ) = 0. C n 33 1

137 2 数字温度计不准引入的标准不确定度按 B 类方法评定 : u 2 =0.6/1.73= 热电偶校准时引入的标准不确定度 u 3 u 3 =2.0 /2.58=0.78

138 d. 合成标准不确定度的计算 u u u = = 0.92 C c e. 确定开展不确定度 2 2 u 2 取包含因子 k=2, 则 U=k u c =1.8 Yorkjiang 整理

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<4D F736F F D20BCC6C1BFD0A3D7BCC8CBD4B1CAD4CCE2312E646F63> 计量校准人员试题库 1 计量是实现 ( ), 保障量值准确可靠的活动 A 量值传递 ; B 测量统一 ; C 单位统一 ; D 定量确认 2 法制计量是由政府或授权机构进行 ( ) 的一种社会公用事业 A 非强制性 ; B 强制性 ; C 计量确认 ; D 强制管理 3 计量的准确性是指测量结果与被 ( ) 的一致程度 A 测量基准 ; B 测量量值 ; C 测量真值 ; D 测量标准 4 溯源性是指任一测量结果,