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质量工程师质量工程师( (中级中级) )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① 科学计量—— 基础性、探索性、先行性的计量科研② 工程计量（工业计量）—— 工程、工业、企业中的实用计量③ 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）（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/s2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/kg?K 焦（耳）每千克开（尔文）5kg/m2 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：mμm）? 选用词头，一般应使量的数值处于 0.1~1000 范围内（正：0.1μF，误：100000pF）? 词头通常加在组合单位的第一个单位之前（正：kN?m 误：N?km）? 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（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][例 5.5-2]对在统计稳定状态下的测量过程（3）B 类评定① 已知扩展不确定度和包含因子[例 5.5-3]相对不确定度② 已知扩展不确定度和置信水平的正态分布置信水平 p 与包含因子的关系[例 5.5-4]校准证书给出：10Ω 标准电组 RS 在 23℃时R（23℃）=（10.00074±0.00013）Ω置信水平 P=99%标准不确定度：u(RS)=0.13mΩ/2.58=50μΩ（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]（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%）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：? 输入量相互独立/有一个可作常量/无相关性迹象，可视为 Ci=04．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（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 1MΩ 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）（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1999.9kΩ，最低位数值 0.01kΩ（4）实验记录测量次数 n＝10（5）测量不确定度分析① 数字模型 直读，y=R② 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③ 标准不确定度评定读数重复性引入的标准不确定度 u1按 A 类评定由多用表不准引入的标准不确定度 u2按 B 类评定由最大允许误差区间的半宽度 α2 为：设测量值在该区间为均匀分布④ 计算合成标准不确定度因 u1 和 u2 不相关⑤ 确定扩展不确定度取包含因子 k＝2，则⑥ 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-。