質量技術專業(yè)人員職業(yè)資格考試計量基礎教學講義(ppt)
二○○三年質量技術專業(yè)人員職業(yè)資格考試計 量 基 礎
第一節(jié) 基本概念
一、計量的內容、分類和特點
（一）計量的內容
1、[可測量的]量：現象、物體或物質可定
性區(qū)別與定量確定的屬性。
2、測量（measurement）：以確定量值為
目的的一組操作。

3、計量：實現單位統(tǒng)一、量值準確可靠的
活動。
4、計量學：是關于測量的科學。
5、計量的對象：在相當長的歷史時期內，主要是物理量，現已逐漸擴展到工程量、化學量、生理量、甚至心理量。


計量的內容可概括為六個方面：
1、計量單位與單位制
2、計量器具（或測量儀器）
3、量值傳遞與溯源
4、物理常量、材料與物質特性的測定
5、測量不確定度、數據處理與測量理論及其方法
6、計量管理，包括計量保證與計量監(jiān)督等

（二）計量的分類
計量涉及社會的各個領域。根據其作用與地位，計量可分為科學計量、工程計量和法制計量三類，分別代表計量的基礎性、應用性和公益性三個方面。
1、科學計量：
2、工程計量：
3、法制計量：

（三）計量的特點
計量的特點可以歸納為準確性、一致性、溯源性及法制性四個方面。
1、準確性：計量的核心，權威性的象征
2、一致性：計量最本質的特征
3、溯源性：準確性、一致性的技術保證
4、法制性：計量必需的法制保障

綜上所述，
計量的定義：實現單位統(tǒng)一、量值準確可靠的活動。
計量的分類：科學計量、工程計量和法制計量分別代表計量的基礎性、公益性和公益性三個方面。
計量的特點：準確性、一致性、溯源性、法制性。
對“計量”的理解：
（廣義）計量是對“量”的定性分析和定量確認的過程。
（狹義）計量是與測量結果置信度有關的、與測量不確定度聯系在一起的一種規(guī)范化測量。


二、計量的法律和法規(guī)
第一層次是法律：《中華人民共和國計量法》。
第二層次是法規(guī)：包括
1、國務院依據《計量法》所制定或批準的計量行政法規(guī)；
２、省、直轄市、自治區(qū)人大常委會制定的地方計量法規(guī)。
第三層次是規(guī)章：包括
1、國務院計量行政部門制定的各種全國性的單項計量管理辦法和技術規(guī)范；
2、國務院有關主管部門制定的部門計量管理辦法。
3、縣級以上地方人民政府及計量行政部門制定的地方計量管理辦法。


《中華人民共和國計量法》
1、《計量法》于1985年9月6日經第六屆全國人民代表大會常務委員會第十二次會議審議通過，中華人民共和國主席令予以公布，自1986年7月1日起施行。
2、《計量法》是國家管理計量工作的根本法，是實施計量法制監(jiān)督的最高準則，共6章35條。
3、《計量法》的基本內容
4、制定《計量法》的目的
5、 《計量法》的調整對象


三、量值的溯源、校準和檢定
（一）量值溯源體系
量值溯源性：通過一條具有規(guī)定不確定度的不間斷的比較鏈，使得測量結果或測量標準的值能夠與規(guī)定的參考標準（通常是國家計量基準或國際計量基準）聯系起來的特性，稱為量值溯源性。
量值溯源等級圖：也稱為量值溯源體系表，它是表明測量儀器的計量特性與給定量的計量基準之間關系的一種代表等級順序的框圖。
實現量值溯源的最主要的技術手段是校準和檢定。

☆補充：量值傳遞
定義：量值傳遞就是通過對計量器具的檢定或校準，將國家基準（標準）所復現的計量單位量值，通過計量標準逐級傳遞到工作計量器具，以保證對被測對象量值的準確一致。
☆補充： 量值傳遞系統(tǒng)
定義：量值傳遞系統(tǒng)是指國家計量基準復現的單位量值，通過各級計量技術機構建立的計量標準，逐級傳遞到工作計量器具的完整體系。



☆補充：量值傳遞與量值溯源的比較
1、 “量值傳遞”含有自上而下的意志，體現出一種政府的行為，有一種強制性的含義；
“量值溯源”是自下而上，體現出一種自發(fā)性、自覺地尋找溯源，反映出企業(yè)自身的需要。
2、兩種傳遞方法不一樣。
3、“量值傳遞”一般按等級傳遞；而“量值溯源”由于“比較鏈”的存在可以越級，也可以逐級溯源。
4、 “量值傳遞”強調傳遞到“工作用計量器具”；而“量值溯源”強調把“測量結果與有關標準”聯系起來。


（二）校準
校準的定義：在規(guī)定的條件下，為確定測量儀器（或測量系統(tǒng)）所指示的量值，或實物量具（或參考物質）所代表的量值，與對應的由其測量標準所復現的量值之間關系的一組操作。
1、校準的主要含義：
2、校準的主要目的：
3、校準的依據：
4、校準的結果：

（三）檢定
1、定義： [計量器具的]檢定：查明和確認計量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。
2、檢定依據：是按法定程序審批公布的計量檢定規(guī)程。
3、檢定結果：必須作出合格與否的結論，并出具證書或加蓋印記。


4、計量檢定的分類
按計量器具的管理形式分
強制檢定和非強制檢定兩類
按檢定性質分
（1）首次檢定：
（2）周期檢定：
（3）監(jiān)督檢定：
（4）仲裁檢定：
（5）臨時檢定：
（6）抽樣檢定：


5、強制檢定與非強制檢定
強制檢定
(1)定義：由縣級以上政府計量行政部門對強制檢定范圍的計量器具所實行的強制性定點定期檢定。
(2)強制檢定的特點：是由政府計量行政部門統(tǒng)管，指定的法定或授權技術機構具體執(zhí)行，固定檢定關系，定點送檢；檢定周期由執(zhí)行強檢的技術機構按照計量檢定規(guī)定，結合實際使用情況確定。


（3）強制檢定的范圍：
①社會公用計量標準
②部門和企業(yè)、事業(yè)單位的各項最高計量標準
③用于貿易結算、安全防護、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測四個方面并列入《中華人民共和國強制檢定的工作計量器具明細目錄》的工工作計量器具。

非強制檢定
（1）定義：是指由使用單位自已或委托具有社會公用計量標準或授權的計量檢定機構，對強檢以外的其他測量儀器依法進行的一種定期檢定。
（2）非強制檢定的特點：是使用單位依法自主管理，自由送檢，自求溯源，自行確定檢定周期。


3、校準與檢定的主要區(qū)別：
（1）校準不具有法制性，是企業(yè)自愿溯源的行為。
檢定具有法制性，是屬法制計量管理范疇的執(zhí)法行為。
（2）校準主要用以確定測量器具的示值誤差。
檢定是對測量器具的計量特性及技術要求的全面評定。
（3）校準的依據是校準規(guī)范、校準方法，可作統(tǒng)一規(guī)定，也可自行制定。
檢定的依據必須是計量檢定規(guī)程。不能自行制定。
（4）校準不判斷測量器具合格與否，但當需要時，可確定測量器具的某一性能是否符合預期的要求。
檢定要對所檢的測量器具作出合格與否的結論。
（5）校準結果通常是發(fā)校準證書或校準報告。
檢定結果合格的發(fā)檢定證書，不合格的發(fā)不合格通知書。



☆補充：測量標準及其管理
1、測量標準：是指為了定義、實現、保存和復現量的單位或一個或多個量值，用作參考的實物量具、測量儀器、參考物質或測量系統(tǒng)。
2、國際計量基準：經國際協(xié)議承認的，在國際上作為對有關量的其他測量標準定值的依據的測量標準，稱為國際[測量]標準，在我國也稱為國際計量基準。

3、國家計量基準：經國家決定承認的，在一個國家內作為對有關量的其他測量標準定值的依據的測量標準，稱為國家[測量]標準，在我國常稱其為國家計量基準。
4、參考標準：是在給定地區(qū)或給定組織內，通常具有最高計量學特性的一種測量標準，在該處所做的測量均從它導出。
5、社會公用標準：是指經政府計量行政部門考核、批準，作為統(tǒng)一本地區(qū)量值的依據，在社會上實施計量監(jiān)督和具有公證作用的計量標準。

6、工作標準： 是指用于日常校準或核查實物量具、測量儀器或參考物質的一種測量標準。
7、傳遞標準：是指在測量標準相互比較中用作媒介的一種測量標準。
8、計量標準考核：應按計量技術規(guī)范JJF1033-2001《計量標準考核規(guī)范》進行。這種考核是指對測量標準設備、操作人員、環(huán)境條件和規(guī)章制度四個方面的綜合考核。
考核合格后由本單位批準使用，并向主管部門備案。測量標準考核證書期滿前6個月，應申請復查。
第二節(jié) 計 量 單 位
一、概述
1、量值：
定義：由一個數乘以計量單位所表示的特定量的大小。即，Q = ｛Q｝·[Q]
[Q] — 量Q所選用的計量單位；
｛Q｝— 用計量單位[Q]表示時量Q的數值。
注意區(qū)別數值和量值。


2、計量單位
定義：為定量表示同種量的大小而約定地定義和采用的特定量。
3、計量單位制
定義：為給定量制按給定規(guī)則確定的一組基本單位和導出單位。
4、法定計量單位：
定義：由國家法律承認、具有法定地位的計量單位。



二、法定計量單位的構成
我國的法定計量單位由三部分構成：
1、國際單位制單位；
2、國家選定的作為法定計量單位的非國際單位制單位
3、由以上單位構成的組合形式的單位

我國法定計量單位的構成


國際單位制單位
（一）SI基本單位


（二）SI導出單位
定義：SI導出單位是用SI單位以代數形式表示的單位。
SI導出單位由兩部分構成：一部分是
包括SI輔助單位在內的具有專門名稱的SI
導出單位，共21個；另一部分是組合形式
的SI導出單位，即用SI基本單位和具有專門名稱的SI導出單位（含輔助單位）以代數形式表示的單位。


（三）SI單位的倍數單位
1、SI詞頭：在SI中，用以表示倍數單位的詞頭稱為SI詞頭。
表5·2-3共列出20個SI詞頭，所代表的因數的覆蓋范圍為10-24 ~ 1024。
2、SI倍數單位：用SI詞頭附加在SI單位之前構成的單位稱為SI倍數單位（十進倍數和分數單位）。

（四）可與SI單位并用的我國法定計量單位
由于實用上的廣泛性和重要性，在我國法定計量單位中，為11個物理量選定了16個與SI單位并用的非SI單位。其中10個是國際計量大會同意并用的非SI單位，它們是：時間單位——分、[小]時、日（天）；[平面]角單位——度、[角]分、[角]秒；體積單位——升；質量單位——噸和原子質量單位；能量單位——電子伏。另外6個，即海里、節(jié)、公頃、轉每分、分貝、特[克斯]，則是根據國內外的實際情況選用的。



可與國際單位制單位并用的我國法定計量單位



三、法定計量單位的基本使用方法
（一）法定計量單位的名稱
1、法定計量單位的名稱，除特別說明外，一般指法定計量單位的中文名稱，用于敘述性文字的口語中。
2、名稱中去掉方括號中的部分是單位的簡稱，否則是全稱。簡稱和全稱可任意選用，以表達清楚明了為原則。
3、組合單位的中文名稱，原則上與其符號表示的順序一致。單位符號中的乘號沒有對應的名稱，只要將單位名稱接連讀出即可。而表示相除的斜線（/）對應的名稱為“每”，且無論分母中有幾個單位，“每”只在分母的前面出現一次。
4、如果單位中帶有冪，則冪的名稱應在單位之前。如長度的二次和三次冪分別表示面積和體積，則相應的指數名稱分別為平方和立方。負數冪的含義為除，既可用冪的名稱，也可用“每”。


（二）法定計量單位和詞頭的符號
1、法定計量單位和詞頭的符號，是代表單位和詞頭名稱的字母或特種符號，它們應采用國際通用符號。在中、小學課本和普通書刊中，必要時也可將單位的簡稱（包括帶有詞頭的單位簡稱）作為符號使用，這樣的符號稱為“中文符號”。
2、法定計量單位和詞頭的符號，不論拉丁字母或希臘字母，一律用正體。單位符號一般為小寫字母，只有單位名稱來源于人名時，其符號的第一個字母大寫；只有“升”的符號例外，可以用L。
3、單位符號沒有復數形式，不得附加任何其他標記或符號來表示量的特性或測量過程的信息。
4、詞頭符號的字母，當其所表示的因數小于106 時，一律用小寫體；而當大于或等于106 時，則用大寫體。


5、組合單位符號的書寫規(guī)則：
（1）相乘形式構成的組合單位
國際符號——用居中圓點：N·m；緊排：Nm
中文符號——用居中圓點：牛·米
（2）相除形式構成的組合單位
國際符號—— 用斜線：kg/m3；
用負指數：kg·m-3 ；
用水平線：
中文符號——用斜線：千克/米3 ；
用負指數：千克·米3


（3）單位中分子為1時，只用負數冪：用m-3 ，而不用1/m3
（4）表示相除的斜線在一個單位中最多只有一條
用W/（K· m），而不用W/K/ m 或 W/ K· m
（5）詞頭的符號與單位符號之間不得有間隙，也不加相乘的符號 ，也不必加圓括號。但在中文符號中，有可能混淆時，需加圓括號。
（6）口述單位符號時應使用單位名稱而非字母名稱。


三、法定計量單位使用規(guī)則
1、單位名稱與符號使用場合的規(guī)定
2、單位的名稱或符號要作為整體使用
3、不能單獨或重迭使用詞頭
4、量值應正確表述
5、限制作用SI詞頭的單位
6、組合單位加詞頭的原則
7、避免單位名稱與符號、單位的國際符號與中文符號的混用


第三節(jié) 測 量 儀 器
一、概述
（一）測量儀器的分類
測量儀器定義：單獨或連同輔助設備一起用以進行測量的器具，稱為測量儀器，又稱為計量器具。
實物量具：使用時以固定形態(tài)復現或提供給定量的一個或多個已知值的測量儀器稱之為實物量具，簡稱量具。


按其結構和功能特點分：
1、顯示式測量儀器；
2、比較式測量儀器；
3、積分式測量儀器；
4、累積式測量儀器。
按計量學用途或在統(tǒng)一單位量值中的作用分：
1、計量基準；
2、計量標準；
3、工作用計量器具。



（二）測量系統(tǒng)和測量設備
測量系統(tǒng)：通常是指用于特定測量目的，由全套測量儀器和有關的其他設備組裝起來所形成的一個系統(tǒng)。
測量設備：測量設備通常是指測量儀器、測量標準，、參考物質、輔助設備以及進行測量所必須的資料的一種總稱。

二、測量儀器的計量特性
計量特性：是指其影響測量結果的一些明顯特征，其中包括測量范圍、偏移、重復性、穩(wěn)定性、分辨力、鑒別力[閾]和示值誤差等。
測量儀器控制：確定測量儀器的特性，并簽發(fā)關于其法定地位的官方文件。這種控制可包括對測量儀器的下列運作中的一項、兩項或三項。
—— 型式批準；
—— 檢定；
——檢驗。

（一）標稱范圍、量程和測量范圍
（二）額定操作條件、極限條件和參考條件
（三）示值誤差和最大允許誤差
（四）靈敏度
（五）分辨力
（六）穩(wěn)定性和漂移

三、測量儀器的選用原則
（一）技術性
1、最大允許誤差
2、測量范圍
3、靈敏度
4、穩(wěn)定性
5、額定操作條件和極限操作條件
6、盡量選用標準化、系列化、通用化的測量儀器



（二）經濟性
測量儀器的經濟性是指該儀器的成本，它包括基本成本、安裝成本及維護成本。
—— 基本成本：設計制造成本和運行成本
—— 安裝成本：
—— 維護成本：
所以，應考慮和選擇易于安裝、容易維修、互換性好、校準簡單的測量儀器。
第四節(jié) 測 量 結 果
一、測量準確度和精密度
（一）測量準確度
定義：測量準確度是指測量結果與被測量真值之間的一致程度。
精密度 ：反映隨機誤差的大小
準確度
正確度：反映系統(tǒng)誤差的大小

（二）測量精密度
測量精密度是指在規(guī)定條件下獲得的各個觀測值之間的一致程度。
不要用術語“精密度”來表示“準確度”。精密度反映分散性，即指隨機效應所致的測量結果的不可重復性或不可再現性；準確度是指在隨機效應和系統(tǒng)效應的綜合作用下，測量結果與真值的不一致。

二、測量重復性和再現性
（一）測量重復性
在相同測量條件下，對同一被測量進行連續(xù)多次測量所得結果之間的一致性。
重復性條件： (1)相同的測量程序；(2)相同的觀測者；(3)在相同的條件下使用相同的測量儀器；(4)相同的地點；(5)在短時間內重復測量。
（二）測量再現性
在改變了的測量條件下，對同一被測量的測量結果之間的一致性。

☆補充：測量數據修約
一、有效數字和數據修約
有效數字：
數據修約：
修約間隔：
確定修約保留位數的方法：
— 修約間隔；
— 保留到某數位；
— 保留幾位有效數字


二、測量數據修約方法
我國國家標準GB8170－87《數值修約規(guī)則》，對：“1”、“2”、“5”間隔的修約方法分別作了規(guī)定。
國家標準GB8170－87《數值修約規(guī)則》介紹的修約方法，我們可以用幾句口訣來歸納：“四舍六入五考慮，五后非零皆進一，五后皆零視奇偶，五前為奇則進一，五前為偶則舍去（“0”視作偶數）”。


擬舍棄數字的最左一位數字小于5時，則舍去，即保留的各位數字不變（“四舍”）。
[例1] 將12.1498修約到一位小數，得12.1。
[例2] 將12.1498修約成兩位有效位數，得12。
擬舍棄數字的最左一位數大于5（“六入”）或者是5，而其后有并非全為零的數字（“五后非零”）時，則進一，即保留的末位數字加1。
[例3] 將1268修約到“百”數位，得13×102 （特定時可寫為1300）。
[例4] 將1268修約成三位有效位數，得127×10（特定時可寫為1270）。


擬舍棄數字的最左一位數字為5，而右面無數字或皆為零時，若所保留的數字末位數為奇數（1，3，5，7，9），則進一；為偶數（2，4，6，8，0）則舍棄（“五后皆零視奇偶，五前為奇則進一，五前為偶則舍去”）。
[例5] 修約間隔為0.1（或10-1），擬修約數值 1 .050和0.350，則修約數為1 .0和0.4。
[例6] 修約間隔為1000（或103），擬修約數值為2500和3500，則修約數為2×103（特定時可寫成2000）和4×103（特定時可寫成4000）。


0.5單位修約規(guī)則
將擬修約數乘以2，按指定數位依規(guī)則修約，所得數值再除以2。
將下列數字修約到個數位的0.5單位。
擬修約數 乘以2 2A修約值 A修約值
（A） （2A）（修約間隔1）（修約間隔0.5）
60.25 120.50 120 60.0
60.38 120.76 121 60.5
-60.75 -120.50 -122 -61.0

0.2單位修約
將擬修約數乘以5，按指定數位依規(guī)則修約，所得數值再除以5。
將下列數字修約到“百”數位的0.2單位。
擬修約數 乘以5 5A修約值 A修約值
（A） （5A）（修約間隔100）（修約間隔20）
830 4150 4200 840
842 4210 4200 840
-930 - 4650 - 4600 - 920
第五節(jié) 測量誤差和測量不確定度
一、測量誤差和測量結果修正
（一）測量誤差
測量誤差 = 測量結果－真值
又：誤差 = 測量結果－真值
= （測量結果－總體均值）+（總體均值－真值）
= 隨機誤差 + 系統(tǒng)誤差

（二）測量結果修正
1、未修正結果：對系統(tǒng)誤差尚未進行修正的測量結果。
2、已修正結果：對系統(tǒng)誤差進行修正后的測量結果。
3、修正值：等于負的系統(tǒng)誤差。
真值=測量結果+修正值=測量結果－誤差
4、偏差：測量值減去其參考值，稱為偏差。
偏差與修正值相等，或與誤差等值而反向。

二、測量不確定度
（一）基本概念
測量不確定度是對測量結果的定量表征
測量不確定度定義：表征合理地賦予被測量之值的分散性、與測量結果相聯系的參數
不要把誤差與不確定度混為一談
A類標準不確定度
標準不確定度 B類標準不確定度
測量不確定度 合成標準不確定度
U（k=2，3）
擴展不確定度
Up（p為置信概率）

（二）測量不確定度的來源
1、對被測量的定義不完整或不完善
2、實現被測量定義的方法不理想
3、取樣的代表性不夠，即樣本不能代表被測量
4、對被測量過程受環(huán)境條件的影響認識不周全，或對環(huán)境條件的測量與控制不完善
5、對模擬儀器的讀數存在人為偏差（偏移）
6、測量儀器的分辨力或鑒別力不夠
7、賦予測量標準或標準物質的值不準
8、用于數量計算的常量或其他參數不準
9、測量方法和測量程序的近似性和假定性
10、在重復性條件下，被測量重復觀測值的變化

（三）測量不確定度的評定
1、測量模型的建立

2、輸入估計值測量不確定度的評定
（1）概述（見教材P211）
（2）標準不確定度的A類評定


（3）標準不確定度的B類評定
用于不確定度B類評定的信息來源
B類不確定度評定的最常用方法
（a）已知擴展不確定度和包含因子
（b）已知擴展不確定度和置信水準的正態(tài)分布
（c）其他幾種常見的分布
（d）由重復性限或復現性限求不確定度
（4）合成標準不確定度的評定


3、輸出估計值標準不確定度的評定
設測量模型為：
則輸出估計值y的標準不確定度為：


當全部輸入量彼此獨立或不相關時，

4、擴展不確定度的評定
U（k=2，3）
擴展不確定度
Up（p為置信概率）

5、測量不確定度的報告
（1）用合成標準不確定度表達
（2）用擴展不確定度表達
第六節(jié) 測量過程控制
一、概述
二、測量設備的計量確認
三、測量過程的實施控制

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