计量学基础-量值的传递与溯源课件

1、计量学基础量值的传递与溯源课件计量学基础量值的传递与溯源课件2第五章 量值的传递与溯源 量值传递与溯源是计量工作的最主要任务之一，是保证量值准确一致的重要手段，它为工农业生产、国防建设、科学实验、国内外贸易、环境保护以及人民生活等各个领域提供了计量保证。 量值传递体系大体上由3部分构成：从能复现量值的国家基准开始，通过各级（省、市、县、区）计量标准器具逐级传递，最后传递给工作器具。为解决量值传递体系的问题，就必须建立量值溯源体系。4第五章 量值的传递与溯源 量值传递与溯源是计量工3第一节 概述一、 量值传递与溯源的概念 量值传递：是将国家计量基准所复现的计量单位量值，通过检定（或其它传递）方式

2、传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被测量的量值准确一致。 量值准确一致的前提：测量结果必须具有溯源性，具有溯源性的被测量的量值必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。5第一节 概述一、 量值传递与溯源的概念 量值传递：4 第一节 概述一、 量值传递与溯源的概念 溯源性：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或计量标准的值，能够与规定的参考标准，通常是与国家计量标准或国际计量标准联系起来的特性。 任何一项测量业务，其结果都可以按照这条溯源链一直追溯到国家基准上去，若需要，则可溯源到国际基准上去。6 第一节 概述一、 量值传递与溯源的概念5二、

3、 量值传递及溯源的必要性第一节 概述 1、任何计量器具都具有不同程度的误差，如果没有国家计量基准、计量标准及进行量值传递或溯源，计量工作将无法进行。 2、对于新制的、修理后的和使用中的计量器具，必须用适当等级的计量标准来确认其示值和其他计量性能。 7二、 量值传递及溯源的必要性第一节 概述 1、任何6三、 量值传递、溯源及保证量值准确一致的基础第一节 概述 1、科学基础：计量学理论、计量单位制等； 2、技术基础：计量器具的检定体系等； 3、法律基础：计量法及有关法规体系等； 4、组织基础：国家计量部门及其计量研究 机构等。8三、 量值传递、溯源及保证量值准确一致的基础第一节 概述7第一节 概述

4、四、 量值传递及溯源体系量值传递或溯源体系的形式 ：（a）三角形 （b）树枝形9第一节 概述四、 量值传递及溯源体系量值传递或溯源体系的8美国国家长度计量系统图10美国国家长度计量系统图9第二节 量值传递和溯源的方式一、 用计量基准及计量标准进行逐级传递 这是传统的量值传递方式，即把受检计量器具送到具有高一等级计量标准的计量技术机构检定。 大型、笨重或安装在线的计量器具不便于送检，这时可将能搬运的计量标准包括辅助设备，组装成检定车，到现场对受检计量器具进行检定。有时检定车本身就是一个计量标准，如用检衡车检定轨道衡。 11第二节 量值传递和溯源的方式一、 用计量基准及计量标准10第二节 量值传递

5、和溯源的方式二、 发布有证标准物质（CRM）进行传递 1、用有证标准物质进行传递的特点 标准物质又称“参考物质”，是一种或多种足够均匀和很好地确定了性质的、用以校准测量装置（计量器具）、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。 标准物质必须由国家计量部门或由它授权的单位进行制造，并附有合格证书才有效。12第二节 量值传递和溯源的方式二、 发布有证标准物质（C11二、 发布有证标准物质（CRM）进行传递第二节 量值传递和溯源的方式 2、用CRM进行传递的一般环节 第一环节为“基本单位”,它说明CRM均可溯源到国家计量基准。 第二环节为“公认的定义测量法”，也称“权威性方法”，它是指有正确的理论

6、基础，量值可直接由基本单位计算，方法的系统误差可以基本上消除。13二、 发布有证标准物质（CRM）进行传递第二节 量值传12第二节 量值传递和溯源的方式二、 发布有证标准物质（CRM）进行传递 2、用CRM进行传递的一般环节 第三环节为“一级CRM”,它是用来研究和评价标准方法，控制二级CRM的研制和生产，用于高精度计量器具的校准。 第四环节为“标准方法”，它是指具有良好的测量重复性和再现性的方法。14第二节 量值传递和溯源的方式二、 发布有证标准物质（C13第二节 量值传递和溯源的方式二、 发布有证标准物质（CRM）进行传递 2、用CRM进行传递的一般环节 第五环节为“二级CRM”，它是用来

7、研究和评价现场方法及用于一般计量器具的校准。 第六环节为“现场方法”，即大量应用于工厂、矿山、实验室和监测单位的各种测量方法。15第二节 量值传递和溯源的方式二、 发布有证标准物质（C14第二节 量值传递和溯源的方式CRM量值传递示意图16第二节 量值传递和溯源的方式CRM量值传递示意图15第二节 量值传递和溯源的方式三、 用发播标准信号进行传递 通过发播标准信号进行量值传递是一种简便、迅速和准确的方式,但目前只限于时间频率计量。 随着卫星技术的发展，出现了利用卫星发播标准时间频率信号的方式。卫星电视发播标准时间频率信号原理图如下页所示。17第二节 量值传递和溯源的方式三、 用发播标准信号进行

8、传16第二节 量值传递和溯源的方式18第二节 量值传递和溯源的方式17第二节 量值传递和溯源的方式四、 用计量保证方案（MAP）进行传递或溯源 MAP是一种测量过程的品质保证方案，它使参加MAP活动的计量技术机构的量值能更好地溯源到国家计量基准。 MAP用数理统计的方法，对参加的计量技术机构的校准质量进行控制，定量地确定校准的总不确定度，使总不确定度小到足以满足用户的要求的程度。19第二节 量值传递和溯源的方式四、 用计量保证方案（MA18MAP实施的方框图 1、实施MAP的一般步骤 传递标准在计量标准相互比较中用作媒介的计量标准。具体说是指一个或一组计量性能稳定的、特制的、可携带（或运输）的

9、计量标准。 核查标准也是一种计量标准，它要求随机误差小、长期稳定性好，并经久耐用。这种计量标准专门用于核查本实验室的计量标准。20MAP实施的方框图 1、实施MAP的一般步骤 19第一，NBS将传递标准在计量基准上进行校准，并考察传递标准的长期稳定性，当确认传递标准稳定可靠时才能使用；第二，NBS只将该传递标准、测量条件和方法寄给参加实验室，而该传递标准的校准结果则不寄出；第三，参加实验室收到传递标准后，作为“未知标准”，在本单位的计量标准上进行校准；第四，用该室内部的核查标准，对本单位的计量标准进行周期性的反复核查；第五，参加实验室将传递标准以及上述的校准与核查的数据均寄到NBS；第六，NB

10、S收到传递标准后，再进行复校，得出数据。如能证明传递标准稳定性符合要求，则有效；第七，在有效的前提下，NBS对全部数据用电子计算机进行分析处理，写出检测报告；最后，将检测报告寄到参加实验室，该室根据报告，决定本单位的计量标准是否需要修正，NBS对此负责技术指导和咨询。21第一，NBS将传递标准在计量基准上进行校准，并考察传递标20第二节 量值传递和溯源的方式四、 用计量保证方案（MAP）进行传递或溯源 2、 MAP与传统的量值传递方式的比较 MAP是“闭环”的，有数据反馈，而传统量值传递方式是“开环”的，无数据反馈。22第二节 量值传递和溯源的方式四、 用计量保证方案（MA21第三节 计量检定

11、一、 检定在计量工作中的地位 计量检定（简称检定）的目的在于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、检定必须执行计量检定规程。 2、计量器具的准确度等级、最大允许误差、测量不确定度都应当在规定的正常工作条件下来判定。23第三节 计量检定一、 检定在计量工作中的地位 计22第三节 计量检定一、 检定在计量工作中的地位 3、计量器具的稳定性，是指在规定工作条件下计量器具保持其计量特性恒定的能力。 4、受检的计量器具应当由哪一等级的计量标准对它进行检定，可以从该计量器具的检定系统中查出。24第三节 计量检定一、 检定在计量工作中的地位 323第三节 计

12、量检定二、 检定方法 整体检定法这种方法是直接用计量基准、计量标准来检定计量器具的计量特性。 单元检定法它分别测量影响受检计量器具准确度的各项因素所产生的误差，然后通过计算求出总误差或总不确定度，以确定受检计量器具是否合格。25第三节 计量检定二、 检定方法 整体检定法这种方24 1、整体检定法 a、用标准量具检定计量器具 b、用计量基准或标准仪器检定计量器具 c、用标准物质检定（或校准）计量器具 d、用标准时间频率信号检定时间频率计量 器具二、 检定方法第三节 计量检定26 1、整体检定法二、 检定方法第三节 计量检定25二、 检定方法第三节 计量检定 整体检定法的优点是：简便、可靠，并能求

13、得修正值。 整体检定法的缺点是：当受检计量器具不合格时，难以确定误差由计量器具的哪一部分或哪几部分所引起的。27二、 检定方法第三节 计量检定 整体检定法的优点26第三节 计量检定二、 检定方法 2、单元检定法 步骤如下： 1）分析影响受检计量器具准确度的各项因素 2）分别测量各项因素造成的误差 3）列出各分项误差对总误差的关系式 4）综合总误差或总不确定度，判断是否合格28第三节 计量检定二、 检定方法 2、单元检定法27第三节 计量检定二、 检定方法 单元检定法适用于下列几种情况： 1）按定义法建立的计量标准 2）只用整体检定法还不能完全满足的计量器具 3）一般比较仪的检定 4）误差因素比

14、较简单的计量器具 5）对于需要确定哪一个部件超差。29第三节 计量检定二、 检定方法 单元检定法适用于28二、 检定方法第三节 计量检定 单元检定法的优点是：可以弥补整体检定法的不足。 单元检定法的缺点是：测量及计算均很繁琐，有时还会因遗漏而不能保证受检计量器具的准确度。30二、 检定方法第三节 计量检定 单元检定法的优点29三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检定 1、检定的步骤 1）外观检查 2）正常性检查 3）计量特性的检定 4）检定结果的处理31三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检30第三节 计量检定 例如，某一个受检计量器具，允许误差为0.5%，示值

15、为100个分度，分10个点均匀检定，进程和回程的误差曲线见图。 32第三节 计量检定 例如，某一个受检计量器具，允许31三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检定 2、检定记录 1）计量器具的名称、型号、额定特性和参数。 2）检定条件，包括检定室或介质的温度。 3）检定时所用的计量标准的名称、型号及编号。 4）检定时间（年、月、日）。33三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检32三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检定 2、检定记录 5）检定过程中所进行的每一次独立测量的结果。 6）对记录进行分析，并做出是否合格的结论。 7）有效期。 8）检定员及

16、核验员签字。 34三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检33三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检定 3、对检定人员的要求 1）热爱计量事业，有良好的职业道德，有强烈的责任感； 2）精通业务，通晓计量法规，操作技术熟练，熟悉所使用的计量标准和受检计量器具的原理、结构及性能；35三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检34三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检定 3）具有细致、踏实的工作作风，养成良好的井井有条的习惯，记录认真、字迹清晰端正； 4）善于保养维护所使用的计量标准，能够及时判断它们是否处于正常状态； 5）善于分析问题，对检

17、定中出现的异常现象能及时发现并做出正确的判断。 36三、 检定的步骤、记录及对检定人员的要求第三节 计量检35第三节 计量检定四、 检定的分类1、按计量器具的管理形式分类 可分为强制检定和非强制检定2、按检定性质分类 1）首次检定 2）后续检定 3）临时检定 4）监督检定 5）仲裁检定 37第三节 计量检定四、 检定的分类1、按计量器具的管理形36四、 检定的分类第三节 计量检定 我国计量法规定了下列六类计量器具必须执行国家强制检定。 1）社会公用计量标准； 2）部门和企业、事业单位使用的最高计量标准； 3）用于贸易结算的工作计量器具；38四、 检定的分类第三节 计量检定 我国计量法规37四、

18、 检定的分类第三节 计量检定 我国计量法规定了下列六类计量器具必须执行国家强制检定。 4）用于安全防护的工作计量器具； 5）用于医疗卫生的工作计量器具； 6）用于环境监测方面的工作计量器具。39四、 检定的分类第三节 计量检定 我国计量法规38第四节 比对一、 比对在量值传递中作用合组织方式 定义：在规定条件下，对相同准确度等级的同类计量基准、计量标准或工作计量器具的量值进行相互比较，称为比对。 在国际上，比对获得广泛的应用，成为使国际上测量结果一致的主要手段。 40第四节 比对一、 比对在量值传递中作用合组织方式 39第四节 比对一、 比对在量值传递中作用合组织方式 比对应具备的条件： 1）

19、确定发起者； 2）确定参加单位； 3）确定一个主持单位； 4）选择传递标准； 5）由主持单位制订比对计划。41第四节 比对一、 比对在量值传递中作用合组织方式 40第四节 比对二、 比对方式 1、一字式 主持单位“O” 参加单位“A” 参加单位“A” 主持单位“O” 2、环式 主持单位“O” 参加单位“A” 参加单位“B” 主持单位“O” 42第四节 比对二、 比对方式 1、一字式 41第四节 比对二、 比对方式 3、连环式 当参加比对单位较多时，可采用连环式，这时必须有两套传递标准，其余同环式。 4、花瓣式 即由三个小的环式所组成，需要三套传递标准，优点是可缩短比对周期。 5、星式 星式比对

20、相当于五个一字式组成。主持单位需同时发出五套传递标准。43第四节 比对二、 比对方式 3、连环式 当参加比42第四节 比对三、 比对的应用 1、国际比对 国际计量组织可以发起，各国的国家计量研究机构也可以发起。 2、准确度旁证 当研究一台计量基准或计量标准时，仅靠误差分析来确定其准确度是不够的，因为这还不足以证明其误差分析是否周全、结构是否完好 44第四节 比对三、 比对的应用 1、国际比对 43第四节 比对三、 比对的应用 3、临时统一量值 当某一量尚未建立国家计量基准，而国内又有若干个单位持有同等准确度的计量标准时，可用比对的方法临时统一国内量值。 如这几台计量标准是同一制造厂生产的同一型

21、号一起，则比对结果往往发现不了其系统误差，因此不宜做临时基准组。45第四节 比对三、 比对的应用 3、临时统一量值 44第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程一、 国家计量检定系统表概述 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。” 制定鉴定系统的根本目的，是为了保证工作计量器具在许可的不确定度或误差范围内。制定检定系统时，各等级计量标准的准确度要求，必须从工作计量器具的准确度要求开始，由下向上地逐级确定，而不应由计量基准的准确度开始，从上往下地进行“误差分配”。 46第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程一、 国家计量45 检定

22、系统的重要性主要如下： 1、决定了本国的量值传递或溯源的体系。 2、按照检定系统进行检定，既可以确保被检计量器具的准确度，又可避免用过高准确度的计量标准检定低准确度的计量器具。 3、对计量基准、计量标准的建立，可以起到指导和预测作用。一、 国家计量检定系统表概述第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程47 检定系统的重要性主要如下：一、 国家计量检定系统46 检定系统的重要性主要如下： 4、可指导企业、事业单位编制本单位的计量器具的检定系统及周期检定表。 5、一个好的检定系统，可以使用最少的人力、物力以保证全国量值准确一致，因此具有重大的经济效益和社会效益。一、 国家计量检定系统表概述第五节

23、国家计量检定系统表及计量检定规程48 检定系统的重要性主要如下：一、 国家计量检定系统47第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统的主要内容 在我国，国家计量检定系统的主要内容包括：引言、计量基准、计量标准、工作计量器具和检定系统框图。 1）引言 主要说明该检定系统的适用范围。 2）计量基准 包括国家计量基准的用途；组成国家计量基准的全套主要计量器具名称；国家计量基准复现的量的范围；国家计量基准的不确定度。49第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统48第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统的主要内容 3）计量标准 包括各等级计量标准的测量范围、不确

24、定度或允许误差。 4）工作计量器具 包括各种工作计量器具的测量范围；按各专业有关规定给出的工作计量器具的不确定度或允许误差。 5）检定系统框图 检定系统框图的格式见图。50第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统49 一等标准XX （测量范围） （不确定度或允许） 检定方法 二等标准XX （测量范围） （不确定度或允许） （名称） （测量范围） （误差） （名称） （测量范围） （误差） （名称） （测量范围） （误差） XX国家基准 （复现的量） （不确定度） 检定方法 检定方法计量基准器具计量标准器具工作计量器具国家溯源等级图51 一等标准XX 检定方法 二等50第五节 国家

25、计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统的主要内容 国家溯源等级图在一个国家内，是对给定量的计量器具有效的一种溯源等级图，它包括推荐（或允许）的比较方法和手段。 国家溯源等级图内容包括： （1）测量设备或基准、标准的名称； （2）测量范围；（3）准确度等级、测量不确定度 或最大允许误差；（4）比较方法和手段。52第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统51第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统的主要内容 制定国家溯源等级图主要目的是确定我国某类计量器具的量值传递体系，指导计量检定，即确保被检计量器具的准确度，又考虑到量值传递的经济性、合理性。 建立测量标准的单位

26、可以参考国家溯源等级图，在编制时，除按国家溯源等级图内容外，还得增加检测机构或部门，应具有所建计量标准溯源到上一级和量传下一级计量器具的量值传递（检定系统）框图。53第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程二、 检定系统52 检定方法 计量标准名称 测量范围 测量不确定度（或允许误差或准确等级） 检定方法 计量标准名称 测量范围 测量不确定度（或允许误差或准确等级） 计量标准名称 测量范围 测量不确定度（或允许误差或准确等级） 上级计量标准社会公用计量标准 上级计量标准社会公用计量标准 上级计量标准社会公用计量标准所建计量标准溯源到国家计量基准和传递到下一级计量器具的框图54 检定方法 53国

27、家质量计量器具检定系统55国家质量计量器具检定系统54第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程三、 计量检定规程概述 按我国“计量法”第十条中规定：“计量检定必须执行计量检定规程。国家计量检定规程由国务院计量行政部门制定。没有国家计量检定规程的，由国务院有关主管部门和省、自治区、直辖市人民政府计量行政部门分别制定部门计量检定规程和地方计量检定规程，并向国务院计量行政部门备案。”56第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程三、 计量检定55第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程三、 计量检定规程概述 由此可见，在计量工作中，计量检定规程是十分重要的技术法规，因为它对计量器具的计量特性、检定项目、检定条件、检定方法、检定周期以及检定结果处理等，都做了具体的规定。有了这样的技术法规，计量检定才可有序地进行。 在国际上，与计量检定规程相似的是由国际法制计量组织（OIML）发布的国际建议和国际文件。为了和国际接轨，我国在制定计量检定规程时，已根据国情，积极地等同或等效采用国际建议57第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程三、 计量检定56第五节 国家计量检定系统表及计量检定规程三、 计量检定规程概述 在JJF1002-1998国家计