计量基础知识

计量基础知识

第一节量和计量

一、量的定义

量的定义：现象、物体和物质的可以定性区别和定量确定的一种属性。

由定义可知：被研究的对象可以是自然现象，也可以是物质本身。同时，应该注意到这个概念的两种含义：一方面是量的定量确定，如人们通常所理解的那样，指量的大小、轻重和长短等概念即量的具体意义；另一方面是指现象、物体和物质的定性区别，把量区别为长度、质量、时间、温度电流和电阻等即量的广义含义。

量总是由数值和计量单位组合表示。

在使用相同计量单位的条件下，较大的数值表示较大的量；较小的数值表示较小的量。用没有计量单位表示的纯数值表示量的大小是没有意义的。即量的表示都必须在其数值后面注时计量单位。

量的大小并不随所用计量单位而变，可变的只是单位和数值。

二、量的分类

量的分类：在我们的实际工作中，将量按学科划分为十大类：几何量、力学、温度、电磁、电子、时间频率、电离辐射、声学、光学和化学。

1．几何量计量：对物体几何形状所涉及的物理量进行的测量。主要包括：端度、线纹、角度、表面粗糙度、平面度、直线度、表面几何尺寸的精密测量。

2．力学计量：包括质量、容量、密度、压力、真空、流量、力矩、速度、加速度、硬度、冲击、转速、振动等。

3．温度计量：利用各种物质的热效应，研究测量温度的技术。按测量范围划分有：超低温、低温、中温、高温、超高温计量。

4．电磁计量：根据电磁学原理，应用各种电磁基、标准器和仪器、仪表，对各种电磁物理现象进行测量，按电、磁特性分为电学计量和磁学计量；直流计量和交流计量；

5．电子计量：无线电技术所用全部频率范围内的一切电气特性的测量；

6．时间频率计量：时间和频率的计量，时间和频率在数学上互为倒数关系；

7．电离辐射计量：计量放射性物质本身有多少的量和计量辐射、被照介质相互作用的量；

8．声学计量：专门研究物质中声波的产生、传播、接收和影响特性中有关计量的知识领域；

9．光学计量：光辐射在传播过程中功率、能量的转换和变化；在传播过程中光线的行踪；

10．化学计量：对种物质的成分和物理特性，基本物理常数的分析、测定。计量部门通过发放标准物质进行量值传递是化学计量的特点。

三、量值的概念：

1、量值：由一个数和合适的计量单位表示的量。

2、量值统一：在单位量值的传递中，所用的各级标准计量器具以及由它们检定或校准的计量器具的量值，都可以溯源到国家计量基准，它们的量值在规定误差范围内保持一致。

3、量的真值：表征某量在所处的条件下完善地确定的量值。

4、约定真值：为了给定目的可替代真值的量值。它们（量的真值与约定真值）之间的差值可以忽略不计。

5、量值传递：将国家计量基准所复现的计一单位量值，通过检定（或其它传递方式）传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量的对象的量值准确一致。

6、溯源性：被计量的量值，必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。要求用以计量的计量器具必须经过具有适当准确度的计量标准的检定，而该计量器具又受到上一等级计量标准的检定，逐级往上追溯，直至国家计量基准或国际计量基准。

四、计量的概念：

1、计量：以确定量值为目的的一组操作。

2、计量器具：

⑴计量器具：可单独地与辅助设备一起，用以直接或间接确定被测对象量值的器具或装臵。包括计量基准器具、计量标准器具、工作计量器具和用于统一量值的标准物质。

⑵计量基准器具：用以复现和保存计量单位量值，经国家批准，作为统一全国量值最高依据的计量器具。

⑶计量标准器具：准确度低于计量基准的、用于检定较低等级计量标准或工作计量器具的计量器具。

⑷工作计量器具：用于现场测量而不是用于检定工作的计量器具。

⑸强检计量器具：社会公用计量标准器具、部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境检测方面的列入强制检定目录的工作计量器具。

五、计量方法和分类

1、直接计量法和间接计量法

⑴直接计量法：不必对与被计量的量有函数关系的其它量进行计量，而能直接得到被计量量值的一种计量方法。

⑵间接计量法：通过对被计量的量有函数关系的其它量的计量，以得到被计量量值的一种计量方法。

2、基本计量法和定义计量法

⑴基本计量法：通过对一些有关基本量的计量，以确定被计量量值的计量方法。

⑵定义计量法：根据量的单位定义计量该量的方法。

3、直接比较计量法和替代计量法

⑴直接比较计量法：将被计量的量直接与已知其值的同一种量相比较的计量方法。

⑵替代计量法：将选定的且已知其值的同一种量替代被计量的量，并使作用于指示装臵的效应相同的计量方法。

4、表态计量和动态计量

⑴表态计量：在计量期间其值可认为是恒定的量的计量。

⑵动态计量：量的瞬时值以及如有需要时，它随时间的变化量的确定。

第二节计量误差

一、误差的定义

1、计量误差：计量结果与被计量量的真值之间的差异。

2、绝对误差：对某一量进行计量后，用被计量的量的计量结果×减去其真值a而得的差值。

δ=X-a

3、相对误差：它是绝对误差与被计量的量的真值之比。

δK=δ/a

二、误差的来源

1、设备误差：计量装臵本身的结构、工艺、调整以及磨损、老化或故障等所引起的示值不准。

2、环境误差：环境因素与要求的标准状态不一致而产生的。如：温度、湿度、电磁屏蔽、隔震、电压等不完善。

3、人员误差：计量者的技术水平、生理差异或习惯引起的误差。

4、方法误差：又称理论误差，计量方法不完善引起的误差或是由于测量所依据的理论本身不完善等原因而导致的误差。

三、按性质对误差分类

1、随机误差：在相同条件下，多次重复计量同一个量时，以不可预定的方式变化的计量误差的分量。

2、系统误差：在相同条件下，多次重复计量同一个量时，保持固定不变的误差，或在条件改变时，按某一确定规律变化的计量误差的分量。

3、粗大误差：超出规定条件下预期的误差，即明显歪曲计量结果的误差。

四、对计量结果的评价

对计量结果进行评价时，常用复现性、重复性和稳定性来衡量。

1、重复性：在相同条件下，即同一操作者，使用相同的计量器具，采用同一种计量方法，在同一地点，很短的时间内对同一个量多次计量得到计量结果的一致程度。

2、复现性：在不同条件下，不同的计量方法、操作者、计量器具、不同的地点、时间，对同一个量多次计量所得的计量结果的一致程度。

3、稳定性：计量器具的量值随时间变迁保持其不变的程度。

五、不确定度

不确定度：表征被计量的真值所处的量值范围的评定。即估计出来的一个总的误差限。

它表示计量结果附近的一个范围，而被计量的真值以一定概率落于其中。不确定度以标准偏差σ（或方差σ2）表示。

六、数据处理

1、有效数字：如果计量结果L的极限误差不大于某一位上的半个单位，我们就认为该位是有效数字的末位，并且如果该位从L的左起第一个非零数字一共有几位，就说L有几位有效数字。

2、数字修约：由于计算或其它原因需要减少数字位数时，须采用如下的数字修约规则进行凑整。

⑴若舍弃数字的最左一位数字大于5，或者是5而其后跟有并非全部为0的数字时，则进一，即保留的末位数字加1；

26.48保留一位小数→26.5

⑵若舍弃数字的最左一位数字小5，则舍去，即保留的各位数不变；

14.24保留一位小数→14.2

⑶若舍弃数字的最左一位数字为5，而右面无数字或皆为0时，若所保留的末位数字奇数（1，3，5，7，9）则进一，为偶数（2，4，6，8，0）则舍弃。

0.45保留一位小数→0.4

0.35保留一位小数→0.4

⑷负数修约时，先将它的绝对值进行修约，然后在修约值的前面加上负号。

-0.0365保留两位有效数字→ -0.036

⑸不许连续修约，在确定修约位数后一次修约获得结果而不得多次连续修约。

正确：15.4546保留两位有效数字→15

错误：15.4546→15.455→15.46→15.5→16

3、数字运算

在数字运算中，为提高计算速度，并注意到凑整误差的特点，可考虑如下几点：

⑴当几个数作加减运算时，在各数中，以小数位数最少的为准，其余各数均凑成比该数多一位小数，所保留的多一个数字常称安全数字。

⑵当几个数作乘除法运算时，在各数中，以有效数字个数最少的为准，其余各数均凑成比该数多一个数字，而与小数点位臵无关。

第三节法定计量单位

我国的法定计量单位，是以国际单位制的单位为基础，根据我国的实际情况，适当增加了一些其它单位构成的。

国际计量大会决定以米、千克、秒、安培、摩尔、开尔文和坎德拉七个单位为基本单位的实用计量单位制命名为国际单位制。并规定其符号为“SI”。

国际单位制包括：SI基本单位、SI辅助单位、SI导出单位、SI词头和SI 单位的十进倍数和分数单位构成。

注意：不要将SI单位和国际单位制单位相混淆，SI单位是指国际单位制中构成一贯单位制的那些单位，均不带SI词头，所以SI单位是际单位制中有特定含义的名词；而国际单位制单位不仅包括SI单位，还包括它们的十进倍数单位和分数单位（即由SI词头+SI单位构成的新单位）。如：质量基本单位千克（kg）中的千(k) 不作词头用，（kg）是一整体也属SI单位。长度单位中的km、m、cm、mm；力学单位中的MN、kN、N、mN都是国际单位制单位，其中只有m和N才是SI单位。

一、我国的法定计量单位所包括的内容

⑴、国际单位制的基本单位；⑵、国际单位制的辅助单位；⑶、国际单位制中具有专门名称的导出单位；⑷由词头和以上单位构成的十进倍数、分数单位以及组合单位；⑸国家选定的非国际单位制单位。

1、国际单位制的基本单位

量的名称单位名称单位符号

长度米m

质量千克，（公斤） kg

时间秒 s

电流安[培] A

热力学温度开[尔文] K

物质的量摩[尔] mol

发光强度坎[德拉] cd

定义：

⑴、米(m)是光在真空中于1/299 792 458秒时间间隔内所经路径的长度。

⑵、千克（公斤）(kg)是质量单位，等于国际千克原器的质量。

⑶、秒（s）是与铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相应的辐射为

9 192 631 770个周期的持续时间。

⑷、安培（A）是电流单位。在真空中，截面积可忽略的两根相据1米的无限长平行圆直导线的内通以等量恒定电流时，若导线间相互作用在每米长度上为2×10-7牛顿，则每根导线中的电流为1安培。

⑸开尔文（K）是热力学温度单位，等于水的三相点热力学温度的1/273.16。

⑹摩尔（mol）是一系统的物质的量，该系统中所包含的基本单元数与0.012千克碳单位-12的原子数目相等。

⑺坎德拉（cd）是一光源在给定方向上的发光强度，该光源发出频率为540×1012赫兹的单位辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度。

说明：⑴量的名称是标准化的。“电流”不称为“电流强度”。“热力学温度”不称为“绝对温度”或“开氏温度”。

⑵单位名称是标准化的。“米”不称为“公尺”。

⑶单位符号是标准化的。正体、斜体不能搞错；大、小写也不能搞错。“米”的符号不得写成“M”；“千克”的符号不得写成“Kg”等。

2、国际单位制的辅助单位

量的名称单位名称单位符号

平面角弧度 rad

立体角球面度 sr

说明：平面角和立体角实质上属于导出量，在光学量的单位中经常使用。

3、国际单位制中具有专门名称的导出单位

量的名称单位名称单位符号其它表示式例

频率赫[兹]Hz s-1

力；重力牛[顿] N kg.m/s2

压力，压强；应力帕[斯卡] Pa N/m2

能量；功；热量焦[耳] J N/m

功率；辐射通量瓦[特] W J/s

电荷量库[仑] C A.s

电位;电压;电动势伏[特] V W/A

电容法[拉] F C/V

电阻欧[姆]Ω V/A

电导西[门子] S A/V

磁通量韦[伯] Wb V.s

磁通量密度，磁感应强度特[斯拉] T Wb/m2

电感亨[利] H Wb/A

摄氏温度摄氏度?

光通量流[明] lm cd.sr

光照度勒[克斯] lx lm/m2

放射性活度贝可[勒尔] Bq S-1

吸收剂量戈[瑞] Gy J/kg

剂量当量希[沃特] Sv J/kg

说明：⑴这19个单位在科技领域内使用频度很高，若用基本单位的表示式显得复杂。如：“功”的单位m2.kg/s2,SI单位命名为“J”。

4、用于构成十进倍数和分数单位的词头

表示的因数词头名称词头符号

1018艾[可萨] E

1015拍[它] P

1012太[拉] T

109吉[咖] G

106兆 M

103千 k

102百 h

101十da

10-1分 d

10-2厘 c

10-3毫 m

10-6微μ

10-9纳[诺] n

10-12皮[可] P

10-15飞[母托] f

10-18阿[托] a

说明：⑴由词头构成的单位，进行数值计算时，应换算成SI单位。

⑵“104”为“万”，“108”为“亿”，这类数词的使用不受词头名称的影响，但不应与词头混淆。

5、国家选定的非国际单位制单位

量的名称单位名称单位符号

分 min

时间 [小]时 h

天,(日) d

[角]秒（″）

平面度 [角]分 (′)

度 (°)

旋转速度转每分r/min

长度海里 n mile

速度节 kn

质量吨t

原子质量单位 u

体积升 L,(l)

能电子伏 eV

级差分贝 dB

线密度特[克斯] tex

说明：⑴使用这15个单位计算时，先将它们换算成SI单位。

⑵单位名称是标准化的，“升”不能读作“公升”或“立升”。

⑶单位符号是标准化的，“吨”的单位是“t”，而不是“T”；“升”的单位符号首选“L”。

二、法定计量单位的使用方法

1、国际单位制表示倍数和分数单位的16个词头，称为SI词头。它们用于构成SI单位的十进倍数和分数单位，但不得单独使用。SI词头只表示倍率，而不是单位。所以，不单独使用词头是一个重要的规定。如：应避免在电原理图中将10kΩ电阻器表示为10k，将0.1μF电容器表示为0.1μ，或读作10k电阻，0.1μ电容。

2、以上介绍的法定计量单位符号，是指国务院1984年2月27日命令中规定的符号，适用于我国各民族的文字。

3、把法定计量单位名称中方括号里的字省略即成其简称。没有方托号的名称，全称与简称相同。简称可在不致引导起混淆有场合下使用。

4、组合单位的中文名称与其符号表示的顺序一致。符号中的乘号没有对应的名称，除号的对应名称为“每”字，无论分母中有几个单位，每字只出现一次。

例如：比热容单位的符号是J/(kg〃K)，其单位名称是“焦耳每千克开尔文”而不是“每千克开尔文焦耳”或“焦耳每千克每开尔文”。

5、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。相应的指数名称由数字加“次方”二字而成。

例如：断面惯性矩的单位m4的名称为“四次方米”。

6、如果长度的2次和3次幂是表示面积和体积，则相应的指数名称为“平方”和“立方”，并臵于长度单位之前，否则应称为“二次方”和“三次方”。

例如：体积单位dm3的名称就是“立方分米”，而断面系数单位m3的名称是“三次方米”。

7、书写单位名称时不加任何表示乘或除的符号或其它符号。

例如：电阻率单位Ω〃m的名称为“欧姆米”而不是“欧姆〃米”或“欧姆-米”，“[欧姆][米]”等。

8、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，不附省略点，且无复数形式。

9、单位符号的字母一般用小写体，若单位名称来源于人名，则其符号的第一个字母用大写体。

例如：时间单位“秒”的符号是s。

压力、压强的单位“帕斯卡”的单位符号是Pa 。

10、法定计量单位的书写：用在斜线表示相除时，单位符号的分子和分母都与斜线处于同一行内。当分母中包含两个以上单位符号时，整个分母一般应加圆括号。在一个组合单位的符号中，斜线不得多于一条。

11、单位的名称或符号必须作为一个整体使用，不得拆开使用。

例如：摄氏温度单位6摄氏度表示的量值应写成并读成“20摄氏度”不得写成并读成“摄氏20度”。

30km/h应读成“三十千米每小时”。

12、不得使用重迭的词头。

13、只是通过相乘构成的组合单位在加词头时，词头通常加在组合单位中的第一单位之前。

14、只通过相除构成的组合单位或通过乘或除构成的组合单位在加词庆时，词头一般应加在分子中的第一个单位之前，分母中一般不用词头。质量的SI单位kg，这里不作为有词头的单位对待。

三、量、数值及下角标的使用规则

1、量的符号采用拉丁文或希腊文的字母；

2、量的符号用斜体字；

3、数值一般用正体；

4、为便于认读，多位数的数值可分为适当的组，通常是每三位一组，具体分法是：从小数点向左计算，每组之间留一小空隙（一般为半各字）但不提使用逗号、点或其它任何标记；

5、小数点为齐线圆点。但用外文书写量，可用逗点作为小数点。如果数值小于1，则在小数点前面应有一个零；

6、数值间的乘号只能用×，而不能用圆点，以免与小数点混淆。但是，用外文书写时，以逗号作为小数点，则可用居中圆点表示相乘；

7、下角标字母的字号应比量符号字母的字号小，并且其下缘应低于量符号所居的横线；

8、下角标来源于人名者，应用大写字体。