《计量测试技术》第1章全解课件

1、计量与测试技术 电气信息学院测控技术教研室 顾亚雄第1页，共40页。一、课程基本信息1英文名称： Measuring and Testing Technology 2课程类别： 专业课程3课程学时： 484 学 分： 3.05先修课程：高等数学、大学物理、 物理实验、概率统计等第2页，共40页。二、课程目的与任务学习计量理论与计量技术；掌握计量测试技术基本原理；熟悉计量测试数据基本处理方法；理解计量法规和计量管理基本特点和范畴；了解现代计量与测试技术的发展方向，树立规范化与法制化的计量测试观。第3页，共40页。三、课程基本要求1掌握传统及现代计量测试技术基本原理；2掌握计量测试数据基本处理方法

2、和和结果分 析方法；3理解计量法规和计量管理基本特点和范畴；4了解现代计量与测试技术发展方向与特点；5掌握常用量的一般计量原理，具体计量方法及 有关计量技术，并能开展相应的实际计量工作。第4页，共40页。四考试考核办法采用课程结束闭卷书面考试与平时考勤、平时作业相结合的方法进行。具体实施方案： 总成绩 = 闭卷书面考试（80%） +平时考勤（10%） +平时作业（10%） 三次无故缺课者，取消考试资格。 第5页，共40页。五、教材及参考书（一）教 材：测试与计量技术基础周渭 于建国 刘海霞，西安电子科技大学，2004 第6页，共40页。（二）参考书：1计量学基础（2版） 王立吉，中国计量出版社

3、，19972计量测试技术手册计量测试技术手册编辑委员会编， 中国计量出版社，19973计量学辞典鲁绍曾，中国计量出版社，19924计量学原理苏布尔东马尔科夫，中国计量出版社， 19855计量学与测量装置准确度理论基础，计量学与测量 装置准确度理论基础翻译组译，中国计量出版社，19866测试技术与信号处理范云霄，刘桦编著，中国计量出版社， 20027测试技术基础范云霄、刘桦编著，中国计量出版社，19898误差理论与数据处理 梁晋文等 中国计量出版社，19899误差理论与数据处理 费业泰 机械工业出版社，1995第7页，共40页。第1章 绪论1.1 计量学及其分类 计量 实现计量单位统一、量值准确

4、可 靠的“活动”。 “活动” 科学技术层面上的 法律法规层面上的 行政管理层面上的第8页，共40页。量 - 自然界一切现象、物体和物质的一 种属性。“量” 的分析 - 量的性质区分 量值的确定计量 - 对“量”的定性分析和定量确认的 过程。第9页，共40页。 计量学有关计量的知识领域。它包括有关计量的所有理论与实践的各个方面，而不论准确度如何以及它在什么科学技术领域内进行。第10页，共40页。计量学的具体内容：计量单位及其计量基准，标准的建立，复制和保存；计量方法和计量器具的计量特性；计量的不准确度；计量人员进行计量的计量能力；计量法制和管理；6. 有关计量的一切理论和实际问题。第11页，共4

5、0页。 测量-以确定量值为目的的一组操作。 测量的含义-测量是直到给出测量结果的 一组操作。 计量-属于测量的范畴，但又严于 一般的测量, 是与测量结果置信度有关的、与不确定度联系在一起的规范化的测量。第12页，共40页。1.2 计量工作简史 计量历史称谓：度量衡 含义：长度、容积、质量的计量 主要器具：尺、斗、秤 ruler=尺子=统治者； 砝码的古代称谓：“权”； 天平的象征：法制与法律的公平； 计量的象征：权力和公平的活动第13页，共40页。 古代人类社会最早的计量器具度量衡 基本特征：人体的某一部分为标准的客观自然物长度标准。第14页，共40页。中国古代： 大禹的身长作为长度标准；两支

6、商代象牙尺，长约15.78cm与15.80cm，均刻有十寸，每寸刻十分，是“布手知尺”和应用十进制的证据。英国：英王查理曼大帝足长为“一英尺” 英王埃德加姆姆指关节之间长度为“一英寸” 英王亨利一世手臂向前平伸时鼻尖到指尖距离为“一码”。法国：法国国王脚长的6倍定义为“脱瓦斯尺”。古埃及：最早的尺“腕尺”是用人的臂膊肘至指尖的距离来确定的，长约46cm。尔后人们根据“布手知尺”的原则，即以人手的大拇指和食指分开的距离作为一尺的长度(大约16cm左右)，精心制作出了最早的尺。第15页，共40页。中国古代春秋战国时期：采用黄钟律管作为度量衡的单位量值标准，得到长度、容量和质量三个量的单位量值，度量

7、衡三个量值单位都有了比较准确的依据。国际评价：“中国古代早已采用律管作为长度的标准器，而过了几千年，世界上才提出了采用光的波长作为长度基准的方案”。第16页，共40页。吕氏春秋记载的黄钟律管长度为三寸九分，而汉代后，古人普遍采纳九寸。为研究先秦黄钟律管真实长度，经对文献进行系统地考证，发现吕氏春秋记载的三寸九分黄钟律管应为清黄钟律管，发音当是九寸管的高八度。文献研究亦表明了先秦古人听声定律的事实，即三寸九分律管和九寸律管都为听声定律产物。由此，根据声学公式，结合文献考证，计算了黄钟律管的管径，结论为：先秦律管应是竹管，管径范围约是071寸。第17页，共40页。秦代：度量衡制度中，度、量制的大部

8、分皆采用十进制；颁布有度量衡制度；实行定期检定等法制管理；明文规定各种度量衡器具的允许误差。历史意义： 原始度量衡 古典度量衡第18页，共40页。欧洲：牛顿力学和热力学理论的建立使 力学计量和温度计量获得很快的发展；机械工业的兴起和发展，促使 几何量计量技术迅速发展；欧姆定律、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦电磁波理论的创立，开始了电磁计量。法国天文学家穆顿和威日根提出了新的 十进计量制度和建立以自然物为计量单位的设想。第19页，共40页。1792年，法国天文学家德拉布里和麦卡恩通过大地测量，确定了北极至赤道的子午线长度，再取其四千万分之一作为一米。拉瓦锡等测量了4时一立方分米纯水质量，并定义为1

9、千克。根据上述定义，用铂铱合金制做了米原器“阿希夫尺”和千克原器，于1799年6月22日保存于法国巴黎档案局，称为“档案局米”和“档案局千克”。此后逐步形成以长度单位“米”为基础的计量单位制，此即“米”制起源。第20页，共40页。1875年3月，法国政府召集20个国家政府代表召开“米制外交会议”，5月20日由17个国家的代表正式签署了“米制公约”，设立了国际计量局(BIPM)。1889年国际权度局第一届国际计量大会接受了三十一支米尺，通过与阿希夫尺比较，N0.6尺的长度最接近，特定为国际长度基准，存放于巴黎国际计量局。其余分发给当各成员国，作为各国国家基准器。第21页，共40页。铂铱合金的米原

10、器巴黎街头的米标志国际计量局保存的米原器第22页，共40页。中国国民政府在1928年就决定采用米制，直到1949年，米制仍未能在全国推行。中国近代计量管理仅局限于度量衡范围，一直落后于世界先进国家。1949中央财经委员会技术管理局设立度量衡处，负责全国度量衡的统一管理工作。1954年全国人大批准设立国家计量局。 主要任务：“负责米制推行；计量器具国家检定；建立国家基准器；监督指导计量器具的制造修理、销售和进出口；审定工业计量标准器的设置；起草制定国家有关计量方面的法规、文件等”。第23页，共40页。1959年6月25日，国务院发布关于统一我国计量制度的命令，确定米制为我国基本计量制度。同时正式

11、采用十两为一斤的市制，废除其他旧杂制；1977年，正式参加国际米制公约组织，颁发中华人民共和国计量管理条例(试行)，规定我国逐步采用国际单位制；1984年2月27日，国务院发布关于在我国统一实行法定计量单位的命令；1985年全国人大通过中华人民共和国计量法；1987年1月19日，国务院又发布中华人民共和国计量法实施细则。 第24页，共40页。半个世纪以来，我国计量管理工作的主要成就： 全国范围内统一计量制度； 形成全国计量管理网和量值传递网，为统一量值、保证量值准确一致奠定了基础； 加强计量器具产品的产前产中质量监督管理； 加强在用计量器具的管理； 颁发和发布了各种计量检定系统表和计量器具检定

12、规程； 广泛开发了计量技术教育培训与计量人员的考证发证工作，形成了一支庞大的计量干部队伍； 建立和发展了同国际计量组织的广泛联系与业务交流； 形成了完善的计量法规体系，计量管理纳入了法制轨道，使管理更科学更有效。 第25页，共40页。1.3 计量的特点，作用和意义1.3.1 计量的特点 计量的特点-准确性、一致性、溯源性及法制性 准确性-测量结果与被测量真值的一致程度 在一定的不确定度、误差极限或允许误差范围内的准确第26页，共40页。 一致性-在统一计量单位的基础上，无论何时、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，其测量结果就应在给定的区间内一致。 测量结

13、果应是可重复、可再现(复现)、可比较的第27页，共40页。 溯源性-任何一个测量结果或计量标准的值，都能通过一条具有规定不确定度的连续比较链，与计量基准联系起来 所谓“量值溯源”，是指自下而上通过不问断的校准而构成溯源体系；而“量值传递”，则是自上而下通过逐级检定而构成检定系统 法制性-来自于计量的社会性，因为量值的准确可靠不仅依赖于科学技术手段，还要有相应的法律、法规和行政管理。第28页，共40页。 1.3.2 计量的作用与意义 计量-科学研究、经济管理、社会管理 的重要基础和手段计量水平-衡量一个国家的科技、经济和社 会发展程度的重要标志之一第29页，共40页。计量在学科上的双重性： 从科

14、学技术角度来说，它属于自然科学， 从经济与管理学、社会学的概念方面理解，它又属于社会科学范畴。第30页，共40页。 1计量与人民生活 家用电表、水表和煤气表是否合格，公共交通的时刻是否准确，都直接关系到人们的切身利益； 所以粮食及粮食制品的生。产、贮存和加工过程都离不开计量测试； 在医疗卫生方面，计量和化验的数据不准，将会产生严重的后果。第31页，共40页。 2计量与工农业生产 从原材料的筛选到定额投料，从工艺流程见空到产品质量的检验，都离不开计量。优质的原材料、先进的工艺设备和现代化的计量检测手段，是现代化生产的三大支柱。第32页，共40页。3计量与国防科学 计量在国防建设中具有非常重要作用

15、，国防尖端系统庞大复杂，涉及到许多科学技术领域，技术难度高，要求计量的参数多、精度高、量程大、频带宽，所以计量在国防尖端技术领域更显得尤为重要。第33页，共40页。 4计量与贸易 国际贸易要有公正的、统一的计量器具来保障双方交易的公平合理性。将计量精度提高到接近国际计量水平，可避免不应有的经济损失。第34页，共40页。 5计量与科学技术 计量本身是科学技术的一个组成部分 近几年的科技成果的涌现，如原子对撞机、深水探测机器人、地球资源卫星及卫星测控技术、航天工程“神州号”试验飞船、储氢纳米碳管的研制成功、三峡工程建设的飞速发展，都与计量科学的发展密不可分。第35页，共40页。1.4 近年来仪器与

16、测量技术的发展 仪器是实施计量的最重要的物质基础。仪器与测量技术的内容及其发展和计量学之间有着密切的联系。第36页，共40页。 1.4.1 测量技术与仪器的技术内涵及发展重点测量技术与仪器，科学技术和工业生产的发展互相支持和制约；新技术的发展为测量技术与仪器提供了新的原理和软硬件技术的支持；测量技术与仪器的进步促使了科学技术的进一步发展。第37页，共40页。 在计量测试技术研究领域内，与仪器构成及发展关系最密切的有以下几方面：1. 传感器和变换器；2. 信号和图象处理；3. 系统ID（识别）；4. 计算机虚拟系统；5. ADC与数据采集；6. 神经网络和模糊处理；7. 光学检测技术；8. 电源；9. 微波与EMI通讯 (Electric-Magnetic Inte