计量方法与误差理论CH1课件

计量方法与误差理论C2-303电话：61830316邮箱：计量方法与误差理论第1章测试计量基础测试计量有关的基本概念量值传递与检定测试计量误差第2章基本测试计量方法第3章各种物理量的测试计量时间频率电磁学电子计量温度光学计量…第4章经典误差理论误差性质与处理误差的合成与分配第5章测量不确定度度量方法合成方法第6章静态测量数据处理最小二乘法回归分析第7章动态误差理论及数据处理动态测试基本理论动态测试误差理论动态测试数据处理方法第一章测试计量基础计量的概念计量学的研究内容和意义量和单位制计量器具量值传递与检定测试计量误差

第1节计量的概念以确定量值为目的的一组操作（用一定的仪器和工具测定某一参数或指标）。测量是认识世界和改造世界不可缺少的一种重要方法；具有试验性质的测量，也可以理解为“试验和测量的综合”（加入一定激励信号后，用一定的测量仪器测量某一参数的变化或响应）。它与测量的不同主要在于它是具有探索、分析、研究和试验特征。但测试的本质特征也是测量，属于测量范畴，是测量的扩展和外延；实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量是为保证计量单位统一和量值准确可靠这一特定目的的测量，是以公认的计量基准为基础，依据计量法规和法定的计量检定系统进行量值传递来保证测量准确的一种特定形式的测量，是具有重大现实意义的测量。计量源于测量，而又严于测量。测量：测试：计量：计量的特点：准确性：给定的误差范围（不确定度）一致性：计量单位统一是量值统一的重要前提。溯源性：任何一个计量结果都能通过连续的比较链与原始的标准器具联系起来。溯源性是准确性和一致性的技术归宗法制性：计量需要一定的法制保障

计量，有其特定的要求：一要采用统一的计量单位；二要配备适用的、性能可靠的计量器具；三是这些器具必须经过校淮，其准确度要能溯源到国家统一的计量基准；四是要采用标准的测量方法和数据处理方法。为了实现这些要求，国家需要设置专门的计量机构和计量法规计量学：研究测量、保证测量统一和准确的科学，关于计量理论与实践的知识领域。计量单位及其基准、标准的建立，基准和标准的复制、保存和传递；拟订测试计量方法、设计计量器具，以便实施计量；分析和估计测量结果的不确定度，设法减小误差，提高计量精度；采取措施保证国家内部和国际间计量量值的统一性，研究计量的法制和管理。第2节计量学的研究内容和意义国防类：增设光电子、微电子、火炸药、军用医学按计量专业划分时间频率计量电磁学计量电子学计量几何量计量温度计量力学计量光学计量声学计量电离辐射计量标准物质计量计量的意义：国际组织把每年的5月20日作为世界计量日。我国政府非常重视计量工作，在1986年7月1日就施行了《中华人民共和国计量法》，以法的形式保障计量工作。—科学技术—工农业生产—商业贸易—国防应用—人民生活单位和单位制2.单位和单位制单位：“约定采用的特定量，用以定量表示具有相同量纲的量”。“习惯上公认数值为1的一个量值”基本单位和导出单位：基本单位是“给定量制中基本量的单位”，导出单位是“给定量制中导出量的计量单位”。 例如：MKS（米千克秒）制中，cm为导出单位。单位制：由选定的一组基本单位和根据定义方程式及一定的比例因数构成的导出单位所组成的单位体系。量纲：以量制中基本量的幂的乘积表示该量制中一个量的表达式。dimQ=AαBβCγ…

例如：长度、质量和时间量制中，力的量纲为LMT-2 在给定量制中，其表达式内基本量的指数为零的量称为“无量纲量”。

“量纲法则”：任何表达式，等号两边必须具有相同的量纲式。3.国际单位制国际单位制

1960年第十一届国际计量大会决定以米、千克、秒、安培、开尔文和坎德拉这六个单位为基本单位的实用计量单位制命名为国际单位制（SI）。1974年第十四届国际计量大会又决定增加物质量的单位摩尔作为基本单位。国际单位制的构成

SI单位（基本单位、辅助单位和导出单位）

SI单位的十进制倍数和分数单位(由SI词头和SI单位构成的新单位,如cm)

SI词头（与SI单位一起构成十进制倍/分数单位，如MHz）国际单位制国际单位制SI辅助单位：弧度：圆内两条半径间的平面角，在圆周上所截取的弧长与半径相等。球面度：顶点位于球心的立体角，在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形的面积。SI导出单位：用SI基本单位表示的：如m2，m/s2

用SI辅助单位表示的：如角速度rad/s、辐射强度W/sr（瓦每球面度）具有专门名称的：如Hz、N、Pa、JSI词头：

与SI单位组合在一起构成十进制的倍数和分数单位，SI规定了16个：da[十]、h[百]、k、M、G、T[太]、P[拍]、E[艾]d[分]、c[厘]、m、u、n、p、f[飞]、a[阿]制外单位：不属于给定单位制的计量单位，如分、时、日；度；升；吨等计量器具2.分类

按用途和在统一单位量值的作用，分为三类:计量基准

原始标准或最高标准，在特定领域具有当代最高计量特性的计量标准，计量的最高依据。国际基准、国家基准。计量标准用以定义、实现、保持或复现计量单位或一个或多个已知量值的实物量具、物质、计量仪器或系统。计量标准应该包括计量基准——最高的计量标准。标准的等级划分：零级最高工作用计量器具

虽不是计量标准，但有计量性能。计量基准3.计量基准分类主基准：最高计量特性，不轻易使用作证基准：用于核对主基准的变化，也不用于日常计量副基准：通过直接或间接与主基准比较或用于基准法来定值的基准，一般可以代替主基准使用。参考基准：在给定地区或组织内，通常具有最高计量特性的计量标准，在该处所作的计量均由它导出。工作基准：日常校准或核查实物量具、计量仪器或参考物质的计量标准，通常由参考基准校准。计量基准主要特性符合或最接近计量单位定义所依据的基本原理；良好的复现性，所定义、实现、保持或复现的计量单位具有当代（或本国）最高精度；性能稳定、计量特性长期不变；能将所定义、实现、保持或复现的计量单位通过一定的方法或手段传递下去。量值传递的概念量值传递将国家计量基准所复现的计量单位量值，通过检定或者其它方式传递给下一等级计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被计量对象量值准确一致。

由于传递方式的进步，出现了通过无线电方式的跨级传递，如时间、频率量值传递。第5节量值传递与检定测试量值准确一致的前提——溯源性

被计量量必须具有能与最高基准相联系的特性。逐级往上追溯，量值传递概念的逆过程。量值传递与检定测试量值传递与检定测试量值传递与保证量值准确一致的基础科学基础：计量理论技术基础：

-保证以最高准确度复现计量单位的国家计量基准体系；

-将国家计量基准的量值传递到工作计量器具的计量标准体系；

-用以保证计量器具准确一致的标准物质体系；

-计量器具的研制、定型鉴定、生产及修理体系；

-计量器具的检定体系。法制基础：计量法及有关法规、计量检定系统、计量检定规程、法定性质的操作规范。组织基础：国家计量部门、各级地方计量部门、各部委系统的计量部门及有关研究结构、各单位计量机构及实现室、培养计量人才的院校。量值传递与检定测试校准:计量校准则是企业为了保证产品质量、提高市场竞争力，对与产品质量有关的计量器具及检测设备，按照实际使用的需要，依据计量校准规范进行的检测活动。计量校准的要求完全决定于用户的需要，供需双方可用服务合同的形式予以规定量值传递与检定测试检定测试中器具合格的判断标准器具误差可忽略的条件:设标准器具误差△Xs，被检器具误差为△X，总误差△Xt △Xt

=△Xs+△X△Xs

、△X都只含系统误差 △Xs<△X/10△Xs

、△X都只含随机误差△Xs

、△X同时含有系统误差和随机误差

n、e分别为标准和被检的容许误差限量值传递与检定测试根据被测器具的容许误差限判断

（假设标准器具误差可忽略）△Xmax>e不合格，反之则合格根据标准和被测器具的容许误差限判断

设标准和被测器具的容许误差限分别为n和e标准和被测器具都只含系统误差 总误差|△Xt|>n+e不合格 总误差|△Xt|<=e-n

合格 其它情况需要进一步验证标准和被测器具都只含随机误差且服从正态分布 |△Xmax|>不合格，反之则合格计量误差2、计量误差的表征——绝对误差与相对误差实际相对误差标称相对误差满度相对误差-电工仪表按最大引用误差分7级：0.1,0.2,0.5,1,1.5,2.5,5.0。-引用误差实际给出的是绝对误差，为了减小相对误差，选择量程时应使指针尽可能接近满度值。(可结合相对误差进行推导)分贝误差 对电压/电流类参量：

对功率类参量：计量误差3、计量误差的分类系统误差、随机误差、粗大误差精密度、正确度、精确度4、近似与有效数字测量值是真值的近似，近似值取值多少应以测量所能达到的精度为依据。小数点的位置决定不了精度，如35.6mm、0.0356m数据位数精度不能超过测量所能达到的精度。由数字组成的一个数，除最末一位数字是不确切或可疑的外，其它数字均是可靠的，则组成该数的所有数字包括末位数字称为有效数字。 从测量的角度看，23表示测量结果，误差可能为±0.5；而23.00误差可能为±0.005。计量误差有效数字的舍入规则

四舍六入五凑偶有效