初级质量工程师讲义计量基础

1、11 计量的定义：从广义上说，计量是对 “量”的定性分析和定量确认的过程。 计量是实现单位统一、 保障量值准确可靠的活动。 为了经济而有效地满足社会对 测量的需要， 应从法制、技术和管理等方面开展计量管理工作。 在相当长的历史 时期内，计量的对象主要是物理量。随着科技、经济和社会的发展，计量的对象 逐渐扩展到工程量、化学量、生理量，甚至心理量。2 计量的内容：可概括为六个方面：计量单位与单位制；计量器具 (或 测量仪器 )，包括实现或复现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具； 量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测；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

2、测量理论及其方法； 计量管理， 包括计量保证与计量监督等。3 计量的分类：，计量可分为科学计量、工程计量和法制计量三类，分别代 表计量的基础性、 应用性和公益性三个方面。 根据其作用与地位， 计量可分为科 学计量、 工程计量和法制计量三类， 分别代表计量的基础性、 应用性和公益性三 个方面。其中科学计量是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，它通常采 用最新的科技成果来准确定义和实现计量单位， 并为最新的科技发展提供可靠的 测量基础。2计量的特点可以归纳为准确性、一致性、溯源性及法制性四个方面。(1) 准确性是指测量结果与被测量真值的一致程度。(2) 一致性是指在统一计量单位的基础上，无论在

3、何时何地采用何种方法， 使用何种计量器具， 以及由何人测量， 只要符合有关的要求， 测量结果应在给定 的区间内一致。也就是说，测量结果应是可重复、可再现 (复现)、可比较的。(3) 溯源性是指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 不确定度的不间断的比较链， 与测量基准联系起来的特性。 这种特性使所有的同 种量值，都可以按这条比较链通过校准向测量的源头追溯， 也就是溯源到同一个 测量基准 (国家基准或国际基准 )，从而使其准确性和一致性得到技术保证。(4) 法制性是指计量必须的法制保障方面的特性。由于计量涉及社会的各个 领域，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

4、律、 法规和行 政管理的保障。由此可见，计量不同于一般的测量。测量是以确定量值为目的的一组操作， 一般不具备、也不必完全具备上述特点。计量既属于测量而又严于一般的测量， 在这个意义上可以狭义地认为， 计量是与测量结果置信度有关的、 与测量不确定 度联系在一起的一种规范化的测量。3中华人民共和国计量法 (简称计量法)，是调整计量法律关系的法律 规范的总称。1985年9月6日经第六届全国人民代表大会常务委员会第十二次会议 审议通过，中华人民共和国主席令予以公布，自 1986年 7月 1日起施行。计量法是国家管理计量工作的根本法， 是实施计量法制监督的最高准则。计量法共6章35条，基本内容包括：计量

5、立法宗旨；调整范围；计量 单位制；计量器具管理；计量监督；计量授权；计量认证；计量纠纷 的处理；计量法律责任等。计量法的调整对象， 是中华人民共和国境内的所有国家机关、 社会团体、中国人民解放军、企事业单位和个人，凡是建立计量基准、计量标准，进行计量 检定，制造、修理、销售、进口、使用计量器具，使用法定计量单位，开展计量 认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷， 以及进行计量监督管理等方面所发生的各 种法律关系。计量规章、规范性文件包括三类：(1) 国务院计量行政部门制定的各种全国性的单项计量管理办法和技术规 范，例如：中华人民共和国计量法条文解释 、中华人民共和国强制检定的工 作计量器具明细目录

6、、中华人民共和国依法管理的计量器具目录 、国家计量 检定规程等；(2) 国务院有关主管部门制定的部门计量管理办法， 例如：国防计量监督管 理条例、农业部部级质检中心验收和计量认证程序等；等。4量。(3) 县级以上地方人民政府及计量行政部门制定的地方计量管理办法， 例如： 上海市计量监督管理条例 、河北省计量管理条例 、南京市计量管理办法 所谓计量单位，是指为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定 为给定量值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。 我国计量法规定： “国家采用国际单位制。国际单位制计量单位和国家 选定的其他计量单位，为国家法定计量单位。 ”国际单位制是我国

7、法定计量单位 的主体，所有国际单位制单位都是我国的法定计量单位。 我国规定的法定计量单 位的使用方法，包括量及单位的名称、符号及其使用、书写规则，与国际标准的 规定一致。5国际单位制是在米制的基础上发展起来的一种一贯单位制， 其国际通用符号 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。SI单位是我国法定计量单位的主体，所有SI单位都是我 国的法定计量单位。此外，我国还选用了一些非SI的单位，作为国家法定计量单 位。我国法定计量单位的构成如下：SI基本单位共

8、7个；包括SI辅助单位在 内的具有专门名称的SI导出单位共21个；由SI基本单位和具有专门名称的SI 导出单位构成的组合形式的SI导出单位；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，构成倍数单位的SI词头共20个；国家选定的作为 法定计量单位的非SI单位共16个；由以上单位构成的组合形式的单位。 6SI 基本单位共 7个，见下表：7.1. SI导出单位 是用SI基本单位以代数形式表示的单位。这种单位符号中的乘和除采用数学符号。见下表：葷的客称戕名称戢拉符号粧度mmt干覚（公斤R时風秒&电就安 fi.A熾力学盘度开尔文K物廈的# 尔mol蛙光强度坎總拉1cd注1圖括号中的名

9、称.是它就面的喀称的同史词2.无方括号的量的名称与单位名狒均为全称方括号中的字，在不毀引起僵帝、谋解的情况下，可以省絡r去摔方搖号中的宇即为其若称的简称。3.奉痕中槌用的符号除特珠描明外.均措我国掘定计量单位的蜿崖符号和国确符号匕4.在日常生活和贸易申.质录习惯称为重SI样岀眦垃窝称特号SI墓亭单位和SI寻出单位表示平面诙武度jtnd - l .m/ m= 11st蛊1打丿卅=1ijHi为牛顿】IN 工tkgfi矗九压强.应力1帕斯鬥丹能劇.功，熬髯廊耳】I功率.辐射能通AtX 待Wiw=ir*露WAC .也圧*电动矜.虹悅.(电幣1伏特V1V= 1WM准拉】FiFsIC/V欧*nin= iV

10、/A电射西门于SIS- 12磴通闵軌IWb=JV磁逋腹W,出也城强虞持斯拉TIT=Wn?亨利H1H WA扭氏隘度攝氏矍VIX； = IK* 朝Im】Im 三 9 cda srLA剛庫勒克斯hllx = llrnfn?ii啟射件】活度城可勒尔BqIBq = i-1驭收剂耿戈4GyiGyulJ%剂赧廿耻 I沃特Sv15v1J/kc9.1 .量值溯源性的概念：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 （通常是国家计量基准或国际计 量基准）联系起来的特性，称为量值溯源性。量值溯源等级图，也称为量值溯源 体系表，它是表明测量仪器的计量特性与给定量的计量基准

11、之间关系的一种代表 等级顺序的框图。2 .我国的量值溯源体系原理图（见下图）中国量值溯源体系原理图建立溯源体系的目的，是保证量值得到准确、合理、经济的溯源，尽可能减 少所进行的测量溯源到国家计量基准的环节。 该体系包含：不同等级测量标准 的选择；等级间的连接及其平行分支； 有关测量标准特性的重要信息，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。10.测量标准，在我国也称计量标准，是指为了定义、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。国际协议承认”的途径，主要是指经米制公约框架下的国际计量委员会 （CI

12、PM）和国际计量局（BIPM）的认可，它们负责研究、建立、组织和监督国际 测 量标准的工作。国际标准在我国常称为国际计量基准，它在国际范围内具有最 高的计量学特性，是世界各国测量单位统一定值的最初依据， 也是量值溯源的终 点。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，称为国家测量标准。在我国常称其为国家计量基准。国家决定承认”确定了它的法制地位。计量法第5条规定，国务院计量行政部门负责 建立各种计量基准器具， 作为统一全国量值的最高依据。 国家基准是一个国家科 学计量水平的体现。参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一种测量 标准，在

13、该处所做的测量均从它导出。 在我国， 参考标准与某地区的社会公用测 量标准，或某部门和企业、事业单位的最高测量标准相当。社会公用测量标准， 是指经政府计量行政部门考核、 批准，作为统一本地区量值的依据， 在社会上实 施计量监督和具有公证作用的测量标准。 企业、事业单位根据需要， 可以建立本 单位的测量标准器具， 其各项最高计量标准器具经有关人民政府计量行政部门主 持考核合格后使用，作为统一本单位量值的具有最高计量学特性的测量标准。工作标准是指用于日常校准或核查实物量具、 测量仪器或参考物质的一种测 量标准。传递标准是指在测量标准相互比较中用作媒介的一种测量标准。为了使测量标准在正常技术状态下工

14、作， 计量法规定，建立测量标准时 须经依法考核合格后，才有资格进行量值传递。这种考核是指对测量标准设备、 操作人员、环境条件和规章制度四个方面的综合考核，应按计量技术规范 JJF 1033-2001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。11校准和检定是实现量值溯源的最主要的技术手段。1 在规定的条件下， 为确定测量仪器所指示的量值， 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， 称为校准。校准的目的主要有以下四点： 确定示值误差， 有时（根据需要 ）也可确定其 是否处

15、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 对其示值加以修正； 给标尺标记赋值或确定其他特性值， 或给参考物质的特性 赋值；实现溯源性。校准的依据是校准规范或校准方法， 对其通常应作统一规定， 特殊情况下也 可自行制定。 校准的结果可记录在校准证书或校准报告中， 也可用校准因数或校 准曲线等形式表示。2 测量仪器的检定， 则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。 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。我国规定，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测

16、四个方面且列入 中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录 的工作计量器具， 属于国 家强制检定的管理范围。此外，我国对社会公用计量标准，以及部门和企业、事 业单位的各项最高计量标准。 也实行强制检定。 强制检定的特点是由政府计量行 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，定点送检； 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。非强制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。强制检定与非强制检定均属于法制检定， 是我国对测量仪器依法管理的两种 形式，都要受法律的约束。不按规定进行周期检定的，要负法律责任。计量检定

17、 工作应当按照经济合理的原则，就近就地进行。我国计量法规定：计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。计量检定必须执行计量检定规程。3 校准和检定的主要区别 校准不具法制性，是企业自愿溯源行为；检 定则具有法制性， 属计量管理范畴的执法行为； 校准主要确定测量仪器的示值 误差；检定则是对其计量特性及技术要求的全面评定； 校准的依据是校准规范、 校准方法，通常应作统一规定，有时也可自行制定；检定的依据则是检定规程； 校准通常不判断测量仪器合格与否， 必要时也可确定其某一性能是否符合预期 要求；检定则必须作出合格与否的结论； 校准结果通常是出具校准证书或校

18、准 报告；检定结果则是合格的发检定证书， 不合格的发不合格通知书。 随着改革开 放及经济发展， 在强化检定法制性的同时， 对大量的非强制检定的测量仪器， 为 达到统一量值的目的，应以校准为主。12、1 检测有时也称测试或试验，是指对给定的产品、材料、设备、生物体、 物理现象、工艺过程或服务， 按照规定的程序确定一个或多个特性或性能的技术 操作。为确保检测结果准确到一定程度， 必须在规定的检测范围内， 按照规定程 序进行方可。检测结果应记录在案，通常采用检测报告或检测证书等方式。2 检验是对实体的一个或多个特性进行诸如测量、检查、试验，并将其结 果与规定要求进行比较，以确定每项特性的合格情况所进

19、行的活动。测量仪器的检验， 是指为查明测量仪器的检定标志或检定证书是否有效、 保 护标志是否损坏、检定后测量仪器是否遭到明显改动以及其误差是否超过使用中 最大允许误差所进行的一种检查。13、1 有效数字和数据修约 当该近似数的绝对误差的模，小于最末一位数字所对应的单位量值的一半时，从左边的第一个非零数字算起， 直至最末一位数字为止的所有数字， 即为有 效数字。例如：某长度测量值为19.8mm有效位数为3位，其绝对误差小于0.05mm 若测量值为19.80mm有效位数为4位，则其绝对误差小于0.005mm对某一数字， 根据保留数位的要求， 将其多余位数的数字进行取舍， 按照一 定的规则，选取一个

20、其值为修约间隔整数倍的数 （称为修约数 ） 来代替拟修约数， 这一过程称为数据修约， 也称为数的化整或数的凑整。 为了简化计算， 准确表达 测量结果，必须对有关数据进行修约。2 测量数据修约规则 如果为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； 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； 在进行修约时， 不要多次连续地修约。 在有些特别规定 的情况下 （ 如考虑安全需要时 ） ，最好只按一个方向修约。14、测量结果只是被测量值的近似值或估计值。 只要进行测量，总会有误差存在。

21、 测量结果减去被测量的真值所得的差， 即为测量误差， 简称误差。 测量结果 是人们认识的结果，不仅与量的本身有关，而且与测量程序、测量仪器、测量环 境以及测量人员等有关。 而被测量真值是与被测量的定义一致的某个值， 它是量 的定义的完整体现， 是与给定的特定量的定义完全一致的值， 只有通过完善的或 完美无缺的测量才能获得。测量误差与被测量真值之比称为相对误差。当有必要与相对误差相区别时， 测量误差有时又称为测量的绝对误差。 所以，相对误差表示绝对误差所占约定真 值的百分比。 当被测量值的大小相近时， 通常可用绝对误差进行测量水平的相互 比较。当被测量值相差较大时，用相对误差才能进行有效的比较。

22、例如：测量一 根标称值为10.2mm勺甲棒长度时，得到的实际值为10.0mm其示值误差为0.2mm 而测量一根标称值为100.2mm勺乙棒长度时，得到的实际值为100.0mm其示值误 差亦为0.2mm。它们的绝对误差虽然相同，但乙棒长度是甲棒的 10倍左右，显然 要比较或反映两者不同勺测量水平， 还须用相对误差勺概念。 即甲棒测量勺相对 误差为0.2/10.0=2 ，而乙棒测量的相对误差为 0.2/100.0=0.2 ，所以乙棒的 长度测得比甲棒的更准确。测量结果的误差往往是由若干个分量组成的， 这些分量按其特性可分为随机 误差与系统误差两大类，而且无例外地取各分量的代数和。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与被测 量的真值之差，称为系统误差。15 、1 系统误差是测量误差中量值 （包括大小和符号 ）确定的部分，其效应可以 通过修正来消除。 而随机误差则应视作随机变量， 大小和符号不确定， 其效应不 能通过修正来消除。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， 称为修正值。2 测量值减去其参考值，称为偏差。参考值可以指设定值、应用值或标称值。3 在实践中，人们常常