计量检测与仪器作业指导书

计量检测与仪器作业指导书TOC\o"1-2"\h\u638第1章计量检测基础理论 4123021.1计量的概念与分类 460631.1.1概念 4318191.1.2分类 4303791.2检测方法与原理 4242881.2.1机械检测法 4287821.2.2电气检测法 4114371.2.3光学检测法 5304381.2.4声学检测法 5261851.3测量误差与数据处理 533671.3.1测量误差 5235301.3.2数据处理 532311第2章计量法规与标准 585792.1计量法规体系 5141362.1.1计量法规概述 5237372.1.2计量法规体系构成 5184372.1.3计量法规体系的主要内容 69322.2计量检定规程 6259702.2.1计量检定规程概述 667742.2.2计量检定规程的制定原则 6252972.2.3计量检定规程的主要内容 6121582.3计量标准及建标 711352.3.1计量标准概述 741302.3.2计量标准的分类 7233322.3.3计量标准的建立与维护 7181152.3.4计量标准的作用 76438第3章计量检测仪器 7124583.1计量检测仪器概述 748053.2常用计量检测仪器 7134213.2.1长度测量仪器 7291163.2.2角度测量仪器 893243.2.3重量测量仪器 861923.2.4硬度测量仪器 8303003.2.5速度测量仪器 8226863.2.6温度测量仪器 8327593.2.7压力测量仪器 846763.2.8流量测量仪器 8108173.3计量检测仪器选用与维护 8322043.3.1选用原则 8225463.3.2仪器维护 85180第4章长度计量 9250204.1长度计量基本概念 926804.1.1长度单位 9222734.1.2测量误差 9281284.1.3长度计量器具选用原则 94494.2长度计量器具 1048154.2.1机械式长度计量器具 10140834.2.2电子式长度计量器具 10194524.3长度测量方法 10126084.3.1直接测量法 10230634.3.2间接测量法 1017951第5章力学计量 11156345.1力学计量基本概念 1169175.1.1力的单位 1174185.1.2测量准确度 11223045.1.3测量不确定度 11282365.2力学计量器具 1117575.2.1机械式测力计 11220495.2.2电子测力计 11173755.2.3液压测力计 12134925.3力学测量方法 1235785.3.1静态测量法 12125495.3.2动态测量法 12257925.3.3振动测量法 12139915.3.4转矩测量法 12283125.3.5压力测量法 127938第6章热工计量 1285756.1热工计量基本概念 12188236.2热工计量器具 13171216.2.1温度计 13170706.2.2热量计 13325576.2.3热容量计 13224496.3热工测量方法 1379506.3.1直接测量法 1395766.3.2间接测量法 1320341第7章电磁计量 13252637.1电磁计量基本概念 13232487.1.1量纲 14274447.1.2单位 14258927.1.3标准 14301267.2电磁计量器具 1425427.2.1分类 14309187.2.2原理 14291617.2.3功能 1472187.3电磁测量方法 15266717.3.1直接测量法 15163487.3.2间接测量法 15290167.3.3比较测量法 15125527.3.4转换测量法 15154827.3.5非接触测量法 1596817.3.6数字化测量法 1517717第8章光学计量 1565258.1光学计量基本概念 15305248.1.1光学量的定义 15144478.1.2光学测量的不确定度评定 16263528.1.3光学计量标准的建立与维护 16165898.2光学计量器具 1641068.2.1光谱仪 1694788.2.2干涉仪 16211008.2.3激光测距仪 16265908.2.4光学厚度计 16262488.3光学测量方法 1696588.3.1直接测量法 1635888.3.2间接测量法 177470第9章声学计量 17108899.1声学计量基本概念 17228179.1.1声学计量定义 17296489.1.2声学计量单位 17289389.1.3声学计量标准 1739599.2声学计量器具 17143509.2.1声级计 1782289.2.2声强计 17148509.2.3频谱分析仪 17202149.2.4声学传感器 1775919.3声学测量方法 17105869.3.1声压级测量 17321539.3.2声强测量 18160689.3.3声音频率分析 1855669.3.4声学传感器测量 1812349.3.5声学测量不确定度分析 1820801第10章计量检测质量控制 183222710.1计量检测质量管理体系 182595010.1.1质量管理体系建立 181567010.1.2质量管理体系运行 181831010.1.3质量管理体系持续改进 183199510.2计量检测过程控制 1841910.2.1检测前准备 182406710.2.2检测过程控制 181575310.2.3检测后处理 192610610.3计量检测数据分析与处理 192683110.3.1数据收集与整理 191440510.3.2数据分析方法 19734410.3.3数据处理过程 19998110.4计量检测不确定度评定与表示 19450710.4.1不确定度评定的基本原理 192576210.4.2不确定度评定方法 192575610.4.3不确定度表示 19第1章计量检测基础理论1.1计量的概念与分类计量学是研究测量方法和测量单位的科学。计量主要包括以下概念与分类：1.1.1概念（1）计量：通过特定的方法，用已知量的标准对未知量进行确定的过程。（2）计量检定：对计量器具的计量功能和技术要求进行检验、评定、确认的活动。（3）量值：表示测量结果的数值和测量单位。1.1.2分类（1）直接计量：直接使用计量单位对被测量对象进行测量。（2）间接计量：通过测量与被测量有函数关系的其他量，然后计算得到被测量值。（3）绝对计量：采用绝对单位进行测量。（4）相对计量：采用相对单位进行测量。1.2检测方法与原理检测方法主要包括以下几种：1.2.1机械检测法机械检测法是利用机械量（如位移、力、扭矩等）的测量来实现被测量的检测。常见的机械检测方法有：杠杆原理、螺旋测微原理、光栅原理等。1.2.2电气检测法电气检测法是利用电气量（如电压、电流、电阻等）的测量来实现被测量的检测。常见的电气检测方法有：电压分压法、电流互感法、电阻测量法等。1.2.3光学检测法光学检测法是利用光的性质和光学器件来实现被测量的检测。常见的光学检测方法有：干涉法、衍射法、全息法等。1.2.4声学检测法声学检测法是利用声波在介质中的传播特性来实现被测量的检测。常见的声学检测方法有：超声波检测、声速测量、声强测量等。1.3测量误差与数据处理1.3.1测量误差测量误差是指测量结果与真实值之间的差异。按照性质可分为以下几类：（1）系统误差：由于测量方法、仪器设备、环境条件等固定因素引起的误差。（2）随机误差：由于各种偶然因素引起的误差，其大小和方向无法预测。（3）偶然误差：由于操作者主观因素引起的误差，如读数不准确、操作不当等。1.3.2数据处理为了减小测量误差，提高测量结果的可靠性，需要对测量数据进行处理。常见的数据处理方法有以下几种：（1）重复测量：通过多次重复测量，减小随机误差的影响。（2）平均值法：将多次测量结果求平均值，作为最终测量值。（3）最小二乘法：通过最小化误差的平方和，求解线性方程组，得到最佳拟合直线或曲线。（4）数据修约：根据测量不确定度，对数据进行修约，提高数据的可靠性。第2章计量法规与标准2.1计量法规体系2.1.1计量法规概述计量法规是我国为保障计量统一、准确、可靠，维护国家计量单位制的统一和量值的准确，对计量活动进行规范和管理的一系列法律、法规、规章和规范性文件。本节主要介绍我国计量法规体系的构成及主要内容。2.1.2计量法规体系构成我国计量法规体系主要包括以下层次：（1）宪法、法律层面：如《中华人民共和国计量法》等；（2）行政法规层面：如《中华人民共和国计量法实施条例》等；（3）部门规章层面：如《计量检定人员管理办法》等；（4）地方性法规和规章层面：如各省级人民制定的计量管理办法等；（5）规范性文件层面：如国家计量技术规范、行业标准等。2.1.3计量法规体系的主要内容计量法规体系的主要内容包括：（1）计量单位制和量值传递；（2）计量器具的生产、销售、使用、检定和管理；（3）计量人员的资格、培训和管理；（4）计量技术服务和监督管理；（5）计量违法行为的法律责任等。2.2计量检定规程2.2.1计量检定规程概述计量检定规程是对计量器具进行检定、校准的技术规范，是保证计量器具准确、可靠、有效运行的重要依据。2.2.2计量检定规程的制定原则计量检定规程的制定应遵循以下原则：（1）科学性：依据国家计量单位制和计量技术规范，保证检定方法的科学、合理；（2）适用性：结合计量器具的用途、特点，保证检定规程的实用性和可操作性；（3）前瞻性：适应计量技术的发展，充分考虑新技术、新方法的应用；（4）统一性：保持与国家相关法规、规章的协调一致。2.2.3计量检定规程的主要内容计量检定规程的主要内容包括：（1）检定的范围、对象和周期；（2）检定方法和步骤；（3）检定条件；（4）检定结果的评价；（5）检定记录和报告等。2.3计量标准及建标2.3.1计量标准概述计量标准是衡量计量器具功能、确定计量器具准确度等级的技术依据，是保障量值传递准确、可靠的基础。2.3.2计量标准的分类计量标准分为国家计量标准、部门计量标准和地方计量标准。其中，国家计量标准是最高等级的计量标准，具有权威性和普遍适用性。2.3.3计量标准的建立与维护（1）建立计量标准的原则：科学性、适用性、经济性、先进性；（2）建立计量标准的程序：申请、审批、建立、验收；（3）计量标准的维护：日常管理、周期检定、期间核查、降级与报废等。2.3.4计量标准的作用计量标准在计量活动中的作用主要体现在：（1）保证量值传递的准确、可靠；（2）为计量检定、校准提供技术依据；（3）推动计量技术发展，提高产品质量；（4）保障国民经济和社会发展的计量需求。第3章计量检测仪器3.1计量检测仪器概述计量检测仪器是用于测量、检测各种物理量、化学量及工程量的设备，其准确性、可靠性和稳定性对产品质量及生产过程控制具有重要意义。本章主要介绍计量检测仪器的基本概念、分类、技术要求及其在检测工作中的应用。3.2常用计量检测仪器3.2.1长度测量仪器长度测量仪器包括游标卡尺、外径千分尺、百分表、测高仪等。它们广泛应用于机械加工、精密测量等领域。3.2.2角度测量仪器角度测量仪器主要有角度块、角度仪、电子角度计等，用于测量和检测角度尺寸。3.2.3重量测量仪器重量测量仪器包括电子天平、机械天平、吊秤等，用于测量物体的质量。3.2.4硬度测量仪器硬度测量仪器包括洛氏硬度计、布氏硬度计、维氏硬度计等，用于测量材料的硬度。3.2.5速度测量仪器速度测量仪器主要有转速表、激光测速仪、雷达测速仪等，用于测量运动物体的速度。3.2.6温度测量仪器温度测量仪器包括温度计、热电偶、红外测温仪等，用于测量温度。3.2.7压力测量仪器压力测量仪器主要有压力表、压力传感器、压力变送器等，用于测量各种介质压力。3.2.8流量测量仪器流量测量仪器包括电磁流量计、涡街流量计、质量流量计等，用于测量流体流量。3.3计量检测仪器选用与维护3.3.1选用原则选用计量检测仪器时，应遵循以下原则：（1）符合测量要求，保证测量准确度；（2）结构简单、功能稳定、操作方便；（3）耐用性强，故障率低；（4）适应性强，能满足不同环境条件下的测量需求；（5）便于维修和校准。3.3.2仪器维护为保障计量检测仪器的正常运行，延长使用寿命，应做好以下维护工作：（1）保持仪器清洁，避免灰尘、油污等污染；（2）遵循操作规程，防止误操作；（3）定期进行校准，保证测量准确性；（4）及时发觉并排除故障；（5）妥善保管，避免潮湿、高温等不良环境因素影响；（6）定期对仪器进行保养，如更换易损件、润滑等。注意：具体仪器的选用和维护方法，请参照相关仪器的说明书和操作规程。第4章长度计量4.1长度计量基本概念长度计量是指对物体的长度、宽度、高度、间距等尺寸参数进行测量和评价的过程。长度计量是各类计量领域中最为基础的部分，具有广泛的应用。本节主要介绍长度计量的基本概念，包括长度单位、测量误差以及长度计量器具的选用原则。4.1.1长度单位国际单位制（SI）中，长度的基本单位是米（m）。还有千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）和纳米（nm）等衍生单位。4.1.2测量误差长度测量误差是指测量结果与真实值之间的偏差。测量误差可以分为系统误差、随机误差和过失误差。在长度计量中，应尽量减小这些误差，以提高测量精度。4.1.3长度计量器具选用原则选用长度计量器具时，应考虑以下原则：（1）满足测量要求：所选用的计量器具应能够满足被测对象的测量要求，包括测量范围、测量精度等。（2）适用性：根据被测对象的形状、尺寸和材质等因素，选择适当的计量器具。（3）可靠性：所选用的计量器具应具有较高的可靠性，以保证测量结果的准确性。（4）经济性：在满足测量要求的前提下，选择性价比高的计量器具。4.2长度计量器具长度计量器具是进行长度测量的重要工具。本节主要介绍常见的长度计量器具，包括机械式和电子式两大类。4.2.1机械式长度计量器具机械式长度计量器具主要包括以下几种：（1）直尺：用于测量直线距离，如钢直尺、木直尺等。（2）卷尺：用于测量较长距离，如皮卷尺、钢卷尺等。（3）游标卡尺：用于测量内径、外径、深度等尺寸，具有较高的测量精度。（4）螺旋测微计：用于测量微小尺寸，如千分尺、万分尺等。4.2.2电子式长度计量器具电子式长度计量器具主要包括以下几种：（1）电子尺：采用电子传感器进行长度测量，具有高精度和易读数的特点。（2）数显游标卡尺：具有游标卡尺的测量功能，同时具备数字显示功能，提高测量精度和效率。（3）激光测距仪：利用激光进行距离测量，具有非接触、快速、高精度的特点。（4）三坐标测量机：用于测量物体在三维空间内的尺寸，具有高精度、高效率的特点。4.3长度测量方法长度测量方法是进行长度计量工作的关键环节。本节主要介绍常见的长度测量方法。4.3.1直接测量法直接测量法是指直接使用计量器具对被测对象进行测量。常见的直接测量法有以下几种：（1）比较法：通过比较被测尺寸与标准尺寸，得出测量结果。（2）固定式测量法：将被测对象固定在测量器具上，直接读取测量结果。（3）滑动式测量法：通过移动计量器具上的测量头，读取被测尺寸。4.3.2间接测量法间接测量法是指通过测量与被测尺寸相关的其他尺寸，进而计算出被测尺寸的方法。常见的间接测量法有以下几种：（1）几何法：利用几何关系，通过测量相关尺寸计算出被测尺寸。（2）坐标法：通过建立坐标系，测量被测对象在坐标系中的位置，计算出被测尺寸。（3）三角法：利用三角函数关系，通过测量角度和已知长度，计算出被测尺寸。（4）光学法：利用光学原理，通过测量光线的传播距离或干涉条纹，计算出被测尺寸。第5章力学计量5.1力学计量基本概念力学计量主要涉及力的测量、长度测量、时间测量以及由此派生出的其他物理量的测量。本节将介绍力学计量中的基本概念，包括力的单位、测量准确度、测量不确定度等。5.1.1力的单位力的单位采用国际单位制（SI）中的牛顿（N），1牛顿定义为使1千克质量的物体产生1米/秒²的加速度所需的力。5.1.2测量准确度测量准确度是指测量结果与真实值之间的接近程度。在力学计量中，测量准确度通常通过不确定度来评价。5.1.3测量不确定度测量不确定度是对测量结果可信程度的定量描述。它包括随机不确定度和系统误差两部分。5.2力学计量器具力学计量器具包括各种用于测量力的仪器、设备和方法。本节主要介绍常见的力学计量器具及其特点。5.2.1机械式测力计机械式测力计主要包括弹簧测力计、杠杆测力计等。它们通过机械变形或位移来测量力的大小。5.2.2电子测力计电子测力计采用传感器将力转换为电信号，具有高精度、高稳定性等优点。常见的电子测力计有应变片式、压电式等。5.2.3液压测力计液压测力计利用液体传递压力，通过测量压力差来计算力的大小。它们具有结构简单、测量范围宽等特点。5.3力学测量方法力学测量方法包括直接测量法和间接测量法。本节主要介绍几种常见的力学测量方法。5.3.1静态测量法静态测量法是指在测量过程中，力的作用速度相对较慢，可以忽略动态效应的测量方法。常见的静态测量法有直接测力法、称重法等。5.3.2动态测量法动态测量法是指在力的作用速度较快，需要考虑动态效应的测量方法。常见的动态测量法有应变片测量法、激光测速法等。5.3.3振动测量法振动测量法是利用振动传感器测量物体振动参数，从而推算出力的大小。这种方法常用于测量旋转机械的振动、噪声等。5.3.4转矩测量法转矩测量法是通过测量旋转轴的扭矩来推算力的大小。常见的转矩测量方法有扭转测力计法、应变片法等。5.3.5压力测量法压力测量法是通过测量物体表面受到的压力来推算力的大小。常见的压力测量方法有压力表法、压力传感器法等。第6章热工计量6.1热工计量基本概念热工计量是指在热工学领域内，对热量、温度、热容量等热工参数进行测量和计量的活动。其目的在于保证热工设备的安全、可靠运行，提高能源利用效率，以及为科学研究提供准确的数据支持。热工计量涉及的基本概念包括温度、热量、热容量等物理量的定义、单位以及测量方法。6.2热工计量器具热工计量器具主要包括温度计、热量计、热容量计等，以下对几种常见热工计量器具进行简要介绍。6.2.1温度计温度计用于测量温度，常见的温度计有水银温度计、酒精温度计、电阻温度计、热电偶温度计等。各类温度计应根据实际测量需求和测量范围进行选用。6.2.2热量计热量计用于测量系统吸收或放出的热量，主要有卡计、量热计等。热量计的选用应根据测量精度、测量范围和测量对象的特点来确定。6.2.3热容量计热容量计用于测量物质的热容量，常见的有差热分析法、等温量热法等。热容量计的选用应根据测量精度、测量范围和被测物质的特点来确定。6.3热工测量方法热工测量方法主要包括直接测量法和间接测量法。6.3.1直接测量法直接测量法是指直接测量热工参数的方法，如利用温度计测量温度、热量计测量热量等。直接测量法具有简单、直观的特点，但受测量环境和设备精度的影响较大。6.3.2间接测量法间接测量法是指通过测量其他与热工参数相关的物理量，进而推算出热工参数的方法。例如，通过测量流体流量、进出口温差等参数，计算热交换器中的热量传递。间接测量法具有较高的测量精度，但计算过程相对复杂，对测量设备的要求也较高。通过本章的学习，读者应掌握热工计量基本概念、热工计量器具及其使用方法，以及热工测量方法，为实际工程应用和科学研究提供基础。第7章电磁计量7.1电磁计量基本概念电磁计量是研究和运用电磁现象进行量值传递和测量的学科。它主要包括电流、电压、电阻、电功率、电感、电容等电磁量的测量。本节主要介绍电磁计量的基本概念，包括量纲、单位和标准等方面。7.1.1量纲电磁计量涉及的量纲主要包括基本量纲和导出量纲。基本量纲有长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和光强度。电磁量的导出量纲包括电荷、电势、电场强度、磁通量、磁感应强度等。7.1.2单位电磁计量的单位制主要有国际单位制（SI）和电磁单位制。国际单位制中，电流的单位为安培（A），电压的单位为伏特（V），电阻的单位为欧姆（Ω），电功率的单位为瓦特（W），电感的单位为亨利（H），电容的单位为法拉（F）。7.1.3标准电磁计量的标准主要包括国家基准、地方标准和行业标准。国家基准是我国电磁计量的最高标准，地方标准和行业标准是在国家和行业范围内进行量值传递和测量的依据。7.2电磁计量器具电磁计量器具是指用于电磁量测量的仪器、仪表和设备。本节主要介绍电磁计量器具的分类、原理和功能。7.2.1分类电磁计量器具可分为以下几类：（1）电流表、电压表、电阻表：用于测量电路中的电流、电压和电阻。（2）电功率表：用于测量电路的电功率。（3）电感表、电容表：用于测量电路的电感和电容。（4）电磁场测量仪器：用于测量电磁场的强度、分布等。（5）数字式电磁测量仪器：采用数字技术进行电磁量的测量，具有较高的准确度和可靠性。7.2.2原理电磁计量器具的原理主要包括电磁感应、电场作用、磁场作用等。不同的电磁计量器具依据不同的原理进行测量。7.2.3功能电磁计量器具的功能指标主要包括准确度、稳定性、灵敏度、分辨率等。选择电磁计量器具时，需根据实际测量需求和应用场合来考虑其功能指标。7.3电磁测量方法电磁测量方法是指采用电磁计量器具进行量值传递和测量的技术。本节主要介绍几种常见的电磁测量方法。7.3.1直接测量法直接测量法是指直接使用电磁计量器具对被测量进行测量的方法。该方法操作简便，但受仪器功能和测量环境的影响较大。7.3.2间接测量法间接测量法是指通过测量与被测量相关的其他量，再根据一定的关系计算出被测量的方法。该方法具有一定的灵活性和广泛性。7.3.3比较测量法比较测量法是指将被测量与已知量进行比较，从而得到被测量值的方法。该方法具有较高的准确度，但需要标准设备和较复杂的操作。7.3.4转换测量法转换测量法是指将被测量转换成其他形式的量进行测量的方法。例如，将电压转换为电流进行测量，或将电容量转换为电感量进行测量。7.3.5非接触测量法非接触测量法是指在不接触被测对象的情况下进行测量的方法。该方法适用于高温、高压等特殊环境，具有较高的安全性和可靠性。7.3.6数字化测量法数字化测量法是指采用数字技术进行电磁量的测量。该方法具有自动校准、抗干扰能力强、数据处理方便等优点。第8章光学计量8.1光学计量基本概念光学计量是应用光学原理和技术对被测对象的光学特性进行量值传递、检测和评定的科学领域。本章主要介绍光学计量的基本概念，包括光学量的定义、光学测量的不确定度评定以及光学计量标准的建立与维护。8.1.1光学量的定义光学量主要包括光强度、光波长、光频率、光程、光学厚度、折射率、光束直径、发散角等。这些光学量的定义和表示方法在光学计量中具有基础性地位。8.1.2光学测量的不确定度评定光学测量不确定度评定是对测量结果及其可信程度的评估。主要包括随机误差、系统误差和过失误差的评定方法，以及合成标准不确定度和扩展不确定度的计算。8.1.3光学计量标准的建立与维护光学计量标准的建立与维护是保证光学测量结果准确、可靠的关键。包括标准器的选择、校准、期间核查和更换等内容。8.2光学计量器具光学计量器具是光学计量的重要工具，主要包括光谱仪、干涉仪、激光测距仪、光学厚度计等。本节主要介绍这些光学计量器具的原理、结构、功能和操作方法。8.2.1光谱仪光谱仪是一种测量光波长和光强度的仪器。其原理是利用色散元件（如棱镜或衍射光栅）将光分解为不同波长的光，然后通过探测器检测各波长光的强度。8.2.2干涉仪干涉仪是一种利用光的干涉原理进行测量的仪器。其主要应用于光学元件的面形、光学厚度、折射率等参数的测量。8.2.3激光测距仪激光测距仪是利用激光束进行距离测量的仪器。其原理是通过测量激光往返被测距离所需的时间，计算出距离值。8.2.4光学厚度计光学厚度计是测量透明或半透明材料厚度的仪器。根据测量原理不同，可分为干涉法、光散射法、光吸收法等类型。8.3光学测量方法光学测量方法包括直接测量法和间接测量法。本节主要介绍光学测量中常用的直接测量法和间接测量法。8.3.1直接测量法直接测量法是指直接测量被测光学量的方法，如利用光栅尺测量位移、利用激光干涉仪测量距离等。8.3.2间接测量法间接测量法是指通过测量与被测光学量相关的其他量，然后通过计算得到被测光学量的方法。如利用干涉法测量光学元件的厚度、利用光谱法测量光波长等。第9章声学计量9.1声学计量基本概念9.1.1声学计量定义声学计量是指对声音及其相关物理量进行测量和校准的活动，旨在保证声学参数的量值准确可靠。9.1.2声学计量单位声学计量单位主要包括分贝（dB）、赫兹（Hz）、帕斯卡（Pa）等，用于表示声压级、频率、声强等参数。9.1.3声学计量标准声学计量标准主要包括国际、国家和行业的相关标准，如ISO、IEC、GB等。9.2声学计量器具9.2.1声级计声级计是用于测量声音级（声压级）的仪器，主要包括积分声级计和实时声级计。9.2.