计量的基础知识

（一）计量学及其分类

计量学定义

计量学是关于测量的科学（JJF 1001—1998《通用计量术语及定义》）

计量学的分类

目前我国讲计量学划分为几何量、温度、力学、电磁学、电子时间频率、电离辐射、光学、声学、化学（含标准物质）

（二）计量的发展及特点

计量的定义：计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动（JJF 1001—1998）《通用计量术语及定义》）

测试是具有实验性质的测量。

（二）计量的发展 1.古代阶段：以经验为主的初级阶段。

2.近代阶段

3现代阶段

（三）计量的特点1准确性。2一致性。3溯源性。4法制性

（三）计量器具

（一）计量器具的定义及分类

单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具

1.实物量具。

实物量具是指使用时以固定形态，复现或提供定量的一个或多个已知值的器具。

量具根据其复现或提供给定量已知值的多少，可分为单值量具（如砝码、量块、标准电池等）多值量（如有分度线的线纹米尺、标准信号发生器）

成组量具（如砝码组、量块组）也可视为多值量具

量具根据其工作方式又可分为：独立量具（如直尺）和从属量具（如砝码）

2.计量仪器（仪表）

计量仪器（仪表），指将被测量值转换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具。

3计量装置

计量装置，指为确定被测量值所必须的计量器具和辅助设备的总体。

4标准物质

标准物质，通常是指有证标准物质。其定义为：具有一种或多种足够匀称和很好地确定性的特性，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料或物质。

（二）计量器具的主要计量特性

1示值

测量范围和量程：计量器具的范围、标尺范围、标称范围和量程等在概念上极易混淆，应加以区别。

（1）标尺范围

对模拟显示而言，是指在给定的标尺上，两端标尺标记之间标尺的范围。

（2）表称范围

也可称为示值范围。它是对每个标尺范围而言，是计量器具的操纵器件跳到特定位置时可得到的示值范围。

（3）测量范围

指计量器具的误差处在规定极限内的一组测量的值。

（4）量程

其定义是标称范围两极限之差的模（绝对值）

3.准确度和误差

（1）计量器具的准确度

指计量器具给出接近于被测量真值的相应能力

（2）计量器具的示值误差

指计量器的示值与对应输入量的（约定）真值之差。

所谓最大的允许误差，是指对给定的计量器具，规范，规程等所允许的误差极限值。

4．灵敏度与分辨力

（1）灵敏度：灵敏度的定义是计量器具的响应变化（△y）除以相应的激励变化（△x）。（2）鉴别力

是使计量器具产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应缓慢而单调地进行（3）分辨力

是指对计量器具的显示装置而言，它是只显示装置能有效辨别的最小示值差。

一般认为，模拟式指示装置的分辨力为标尺分度值的一半，数字式指示装置的分辨力为末位数的一个字码。

5.漂移和稳定性

（1）漂移：仅对计量器而言，是指测量仪器计量特性的慢性变化。

标称范围最低值为零点漂移，简称零漂。

当最低值不为零时，通常称为始点飘移。

（2）稳定性：是指在规定的条件下，测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。

（三）计量器具的准确度等级

它定义为符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的计量器具的等别、级别。（1）计量基准定义：计量基准是为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值，用作参考的实物量具、测量仪器、参考物质或测量系统

（2）计量基准的分类：计量基准按其定义计量单位的形式分为实物基准和自然基准。

计量基准按其在计量鉴定系统表中的位置通常还有基准、副基准和工作基准之分。（五）计量标准 1.计量标准的定义：计量标准是指准确度低于计量基准，按国家计量鉴定系统表规定的准确度等级，用于鉴定较低等级计量器具（含工作计量器具）的计量器具。

3.计量标准的划分：不同准确度等级的计量标准时、最高计量标准、次级计量标准、根据其同意量值的作用范围、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。

4.计量标准的考核（1）计量标准设备配套齐全，技术状况良好，并经主持考核的有关人民政府计量行政部门指定的计量检定机构检定合格

（2）具有计量标准正常工作所需要的温度、湿度、防尘、防震、防腐蚀、抗干扰等环境条件和工作场所

（3）计量检定人员应取得所从事的检定项目的计量检定证件。

（4）具有完善的管理制度，包括计量标准的保存、维护、使用制度，周期检定制度和技术规范。

四、计量检定

（一）计量检定的定义

计量检定（简称检定），是查明和确认计量器具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。

（1）检定的对象是计量器具

（2）检定主要评定的是计量器具的计量特性

（二）与计量检定有关的专业术语

校准

指在规定条件下，为确定测量仪器或侧俩个系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所

代表的量值，与对应的由标所复现的量值之间关系的一组操作。

校准与检定一样。

定度

指在规定条件下，为确定计量器具的实际值或指示装置所表示量值的一组操作。

定值

对于标准物质而言，它是指在规定条件下，为确定标准物质的特性值及其准确度的全部工作。

分度

指在规定条件下，为确定计量器具的标尺所表示量值的刻线位置或确定计量仪器被测量与示值之间关系的一组操作。

比对

指在规定条件下，对相同准确度等级的同种计量基准、标准或工作计量器具之间的量值进行比较。

计量确认

指为确保测量设备处于满足预期使用要求的状态所需要的一组操作。

（三）计量检定的分类

计量检定是一项法制性、科学性很强的技术工作，人们往往从各种角度，根据不同的分类方法对其进行细分。

1.根据检定方法分类

根据计量检定方法可将检定分为整体检定和单元检定。

2．根据检定的必要程度及其管理形式分类。

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。（1）强制检定：对社会公用计量标准，部门和企事业单位使用的最高计量标准，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生及环境监测四个方面。

（2）非强制检定：指由计量器具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，依法进行的一种检定。

3根据检定目的和性质等分类（有五类）

（1）首次检定

（2）后续检定

（3）周期检定

（4）抽样检定

（5）仲裁检定

（四）国家计量检定系统

国家计量检定系统，既国家计量检定系统表的简称。

（五）计量检定规程

它是计量监督人员对计量器实施监督管理，计量检定人员执行计量检定的重要法定依据

计量检定规程是检定计量器具时必须遵守的法定技术文件。其内容包括计量要求、技术要求、和管理要求。

国家计量检定规程，是指为评定计量器具的计量特性，由国家计量行政主管部门组织制定并批准颁布，在全国范围内实施作为鉴定依据法定技术文件。

部门、地方计量检定规程，是指在无国家检定规程时，为评定计量器具的计量特性，由国务

院主管部门或省、自治区、直辖市制定并批准颁布，在本部门、本地区实行作为检定依据的法定技术文件

部门、地方计量检定规程如经国家计量行政部门审核批准，也可推荐在全国范围内使用。当国家计量检定规程正式发布后，相应的部门和地方检定规程应即行废止。

（六）计量检定印、证的种类及适用男原则

1.计量检定印（1）检定证书（2）检定结果通知书（3）检定印记（4）检定合格书（5）注销印。

2.计量检定印、证的使用原则

检定合格的计量器、检定证书、检定合格证、加盖检定合格印。经检定不合格的，出具检定结果通知书，不能继续是用的加盖注销印

五、量值传递溯源性

1量值传递与溯源的定义：量值传递是指通过对计量器具的检定形式将国家基准所复现的计量单位量值通过各等级计量标准传递到工作计量器具，以保证被测对象量值的准确和一致。这种检定或校准自下而上按照实际的准确度要求逐级往上追溯求源，知道国家计量基准或国际计量基准，这就是通常所说的量值溯源

2量值传递的基本方式

目前，实现量值传递（或溯源）的方式有以下10种

（1）用实物计量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）比对或互易测量；

（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。

第二节法定计量单位

（一）量

1.量的概念

它是指现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性

2量制

量制是指彼此间存在关系的一组量（JJF 1001-1998《通用计量术语及定义》）

3量值

一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小称为量值

（二）[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称为[计量]单位制。

二、国际单位制

（一）米制的建立与发展

米制是18世纪末由法国创立的一种计量单位制

（二）国际单位制的构成

SI:表示国际单位制

1国际单位制的构成

2SI基本能单位

SI的基本单位

量的名称单位名称单位称号

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

3SI导出单位

SI导出单位是用SI基本单位以代数形式表示的单位，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。

4SI单位的倍数单位

在国际单位制中，用以表示倍数单位的词头，称为SI词头。

（三）、法定计量单位

（一）法定计量单位的定义

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。

（二）法定计量单位的构成

我国的法定计量单位包括以下内容

（1）国际单位制中的SI基本单位

（2）国际单位制中包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位

（3）我国选定的可与国际单位制单位并用的非国际单位制单位

（4）由以上单位构成的组合形式的单位

（5）由SI词头和以上单位构成的倍数单位（十进倍数和分数单位你）

使用法定计量单位后量值的换算

(1)准确值的换算

(2)近似值的换算

(3)极限值的换算

测量误差和数据处理

误差公里及误差在计量中的重要地位

（一）误差公里

误差的定义、来源及种类

误差的定义及其表达式

误差，是测量结果减去被测量的真值

（1）绝对误差，绝对误差表示的是测量结果减去真值所得的量值

（2）相对误差

（3）引用误差

误差的来源

1 [测量]装置误差

2[测量]方法误差

3环境误差

4人员误差

误差的种类及性质

1随机误差

随机误差，是指在同一量的多次测量过程中，以不可预知方式变化的测量误差的分量。即随机误差定义为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进行无限多次测量所得结果的平均值之差

（1）随机误差的分布规律及性质

单峰性

对称性

有界性

抵偿性

（2）标准偏差

（3）算术平均值原理：由于随机误差有抵偿性，当测量次数n→∞时，测得值的算术平均值就等于误差。

故测量次数n在一般情况下以不超过20次为宜。

2系统误差

既系统误差是在重复性小剑下，对同一被测量进行无限多次测量所得的结果的平均值与被测量的真值之差。

粗大误差：粗大误差简称粗差。它是指明显超出规定条件下预期的误差。

间接测量的误差传播

线性函数关系的误差传播

1倍数关系

2和差关系

非线性函数的误差传播

已定系统误差的合成

测量结果中总的已定系统误差等于各个误差因数所引起的已定系统误差分项的代数和

测量不确定度

1测量不确定度的定义：测量不确定度是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

其含义1：测量不确定度是一个参数

其含义2：不确定度是表明测量结果分散性的一个参数

2测量不确定度的来源

（1）被测量的定义不完善

（2）复现被测量的测量方法不理想

（3）取样的代表性不够，即被测样本不能代表所定义的被测量

（4）对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或对环境的测量与控制不完善

（5）模拟仪表读书时有人为偏移

（6）测量仪器的计量性能（如灵敏度、鉴别力阈、分辨力、死区及稳定性等）的局限性：（7）赋予计量标准（含物质标准）的值不准

（8）引用的数据或其他参量的不确定度

（9）测量方法和测量程序的近似和假设

（10）在相同的条件下被测量在重复观测中的变化

3测量不确定度的分类：即将测量不确定度分为,随机不确定度和系统不确定度

（1）A类不确定度分量：指对观测列进行统计分析的方法，未评定的标准不确定度分量A类不确定度分量由测量列统计结果的统计分布来估计，由能定量说明测量结果分散性的实验标准偏差si来表征

（2）B类不确定度分量：指不同于对观测进行统计分析方法，来评定的标准不确定度分量。

B类不确定度分量不是用统计学的方法来评定，它估计的原始数据并非来自测量列的数据处理，而是基于实验或其它信息来估计，含有主观鉴别身份，获得B类标准不确定度的信息来源一般有1以前的观测数据2对有关技术资料和测量仪器特征的了解和经验3生产部门提供的技术说明文件4校准书、检定书或其他文件提供的数据、准确度的等别或级别，包括目前暂在使用的极限误导差等5手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度5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r或复现性R

该类不确定度以标准差uk给出

4不确定度的合成

5总不确定度U

6相对不确定度ur和相对总不确定度Ur

五、测量结果的数据处理和最终表达方式

（一）有效数字的概念：所谓某个近似数的有效数字是指当该近似数的的绝对误差在近似数末位的半个单位之间时，从左边的第一个零数字算起直到末位一个数字为止的所有数字

（二）数据运算过程计量数字位数的选择

1加、减运算

2乘除运算