质量技术专业人员职业资格考试计量基础教学讲义(ppt)
二○○三年质量技术专业人员职业资格考试计 量 基 础
第一节 基本概念
一、计量的内容、分类和特点
（一）计量的内容
1、[可测量的]量：现象、物体或物质可定
性区别与定量确定的属性。
2、测量（measurement）：以确定量值为
目的的一组操作。

3、计量：实现单位统一、量值准确可靠的
活动。
4、计量学：是关于测量的科学。
5、计量的对象：在相当长的历史时期内，主要是物理量，现已逐渐扩展到工程量、化学量、生理量、甚至心理量。


计量的内容可概括为六个方面：
1、计量单位与单位制
2、计量器具（或测量仪器）
3、量值传递与溯源
4、物理常量、材料与物质特性的测定
5、测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法
6、计量管理，包括计量保证与计量监督等

（二）计量的分类
计量涉及社会的各个领域。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。
1、科学计量：
2、工程计量：
3、法制计量：

（三）计量的特点
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：计量的核心，权威性的象征
2、一致性：计量最本质的特征
3、溯源性：准确性、一致性的技术保证
4、法制性：计量必需的法制保障

综上所述，
计量的定义：实现单位统一、量值准确可靠的活动。
计量的分类：科学计量、工程计量和法制计量分别代表计量的基础性、公益性和公益性三个方面。
计量的特点：准确性、一致性、溯源性、法制性。
对“计量”的理解：
（广义）计量是对“量”的定性分析和定量确认的过程。
（狭义）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测量。


二、计量的法律和法规
第一层次是法律：《中华人民共和国计量法》。
第二层次是法规：包括
1、国务院依据《计量法》所制定或批准的计量行政法规；
２、省、直辖市、自治区人大常委会制定的地方计量法规。
第三层次是规章：包括
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；
2、国务院有关主管部门制定的部门计量管理办法。
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。


《中华人民共和国计量法》
1、《计量法》于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。
2、《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，共6章35条。
3、《计量法》的基本内容
4、制定《计量法》的目的
5、 《计量法》的调整对象


三、量值的溯源、校准和检定
（一）量值溯源体系
量值溯源性：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使得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之间关系的一种代表等级顺序的框图。
实现量值溯源的最主要的技术手段是校准和检定。

☆补充：量值传递
定义：量值传递就是通过对计量器具的检定或校准，将国家基准（标准）所复现的计量单位量值，通过计量标准逐级传递到工作计量器具，以保证对被测对象量值的准确一致。
☆补充： 量值传递系统
定义：量值传递系统是指国家计量基准复现的单位量值，通过各级计量技术机构建立的计量标准，逐级传递到工作计量器具的完整体系。



☆补充：量值传递与量值溯源的比较
1、 “量值传递”含有自上而下的意志，体现出一种政府的行为，有一种强制性的含义；
“量值溯源”是自下而上，体现出一种自发性、自觉地寻找溯源，反映出企业自身的需要。
2、两种传递方法不一样。
3、“量值传递”一般按等级传递；而“量值溯源”由于“比较链”的存在可以越级，也可以逐级溯源。
4、 “量值传递”强调传递到“工作用计量器具”；而“量值溯源”强调把“测量结果与有关标准”联系起来。


（二）校准
校准的定义：在规定的条件下，为确定测量仪器（或测量系统）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。
1、校准的主要含义：
2、校准的主要目的：
3、校准的依据：
4、校准的结果：

（三）检定
1、定义： [计量器具的]检定：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。
2、检定依据：是按法定程序审批公布的计量检定规程。
3、检定结果：必须作出合格与否的结论，并出具证书或加盖印记。


4、计量检定的分类
按计量器具的管理形式分
强制检定和非强制检定两类
按检定性质分
（1）首次检定：
（2）周期检定：
（3）监督检定：
（4）仲裁检定：
（5）临时检定：
（6）抽样检定：


5、强制检定与非强制检定
强制检定
(1)定义：由县级以上政府计量行政部门对强制检定范围的计量器具所实行的强制性定点定期检定。
(2)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定，结合实际使用情况确定。


（3）强制检定的范围：
①社会公用计量标准
②部门和企业、事业单位的各项最高计量标准
③用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测四个方面并列入《中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录》的工工作计量器具。

非强制检定
（1）定义：是指由使用单位自已或委托具有社会公用计量标准或授权的计量检定机构，对强检以外的其他测量仪器依法进行的一种定期检定。
（2）非强制检定的特点：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。


3、校准与检定的主要区别：
（1）校准不具有法制性，是企业自愿溯源的行为。
检定具有法制性，是属法制计量管理范畴的执法行为。
（2）校准主要用以确定测量器具的示值误差。
检定是对测量器具的计量特性及技术要求的全面评定。
（3）校准的依据是校准规范、校准方法，可作统一规定，也可自行制定。
检定的依据必须是计量检定规程。不能自行制定。
（4）校准不判断测量器具合格与否，但当需要时，可确定测量器具的某一性能是否符合预期的要求。
检定要对所检的测量器具作出合格与否的结论。
（5）校准结果通常是发校准证书或校准报告。
检定结果合格的发检定证书，不合格的发不合格通知书。



☆补充：测量标准及其管理
1、测量标准：是指为了定义、实现、保存和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。
2、国际计量基准：经国际协议承认的，在国际上作为对有关量的其他测量标准定值的依据的测量标准，称为国际[测量]标准，在我国也称为国际计量基准。

3、国家计量基准：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。
4、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，在该处所做的测量均从它导出。
5、社会公用标准：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计量标准。

6、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。
7、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。
8、计量标准考核：应按计量技术规范JJF1033-2001《计量标准考核规范》进行。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。
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。
第二节 计 量 单 位
一、概述
1、量值：
定义：由一个数乘以计量单位所表示的特定量的大小。即，Q = ｛Q｝·[Q]
[Q] — 量Q所选用的计量单位；
｛Q｝— 用计量单位[Q]表示时量Q的数值。
注意区别数值和量值。


2、计量单位
定义：为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量。
3、计量单位制
定义：为给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。
4、法定计量单位：
定义：由国家法律承认、具有法定地位的计量单位。



二、法定计量单位的构成
我国的法定计量单位由三部分构成：
1、国际单位制单位；
2、国家选定的作为法定计量单位的非国际单位制单位
3、由以上单位构成的组合形式的单位

我国法定计量单位的构成


国际单位制单位
（一）SI基本单位


（二）SI导出单位
定义：SI导出单位是用SI单位以代数形式表示的单位。
SI导出单位由两部分构成：一部分是
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；另一部分是组合形式
的SI导出单位，即用SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位（含辅助单位）以代数形式表示的单位。


（三）SI单位的倍数单位
1、SI词头：在SI中，用以表示倍数单位的词头称为SI词头。
表5·2-3共列出20个SI词头，所代表的因数的覆盖范围为10-24 ~ 1024。
2、SI倍数单位：用SI词头附加在SI单位之前构成的单位称为SI倍数单位（十进倍数和分数单位）。

（四）可与SI单位并用的我国法定计量单位
由于实用上的广泛性和重要性，在我国法定计量单位中，为11个物理量选定了16个与SI单位并用的非SI单位。其中10个是国际计量大会同意并用的非SI单位，它们是：时间单位——分、[小]时、日（天）；[平面]角单位——度、[角]分、[角]秒；体积单位——升；质量单位——吨和原子质量单位；能量单位——电子伏。另外6个，即海里、节、公顷、转每分、分贝、特[克斯]，则是根据国内外的实际情况选用的。



可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位



三、法定计量单位的基本使用方法
（一）法定计量单位的名称
1、法定计量单位的名称，除特别说明外，一般指法定计量单位的中文名称，用于叙述性文字的口语中。
2、名称中去掉方括号中的部分是单位的简称，否则是全称。简称和全称可任意选用，以表达清楚明了为原则。
3、组合单位的中文名称，原则上与其符号表示的顺序一致。单位符号中的乘号没有对应的名称，只要将单位名称接连读出即可。而表示相除的斜线（/）对应的名称为“每”，且无论分母中有几个单位，“每”只在分母的前面出现一次。
4、如果单位中带有幂，则幂的名称应在单位之前。如长度的二次和三次幂分别表示面积和体积，则相应的指数名称分别为平方和立方。负数幂的含义为除，既可用幂的名称，也可用“每”。


（二）法定计量单位和词头的符号
1、法定计量单位和词头的符号，是代表单位和词头名称的字母或特种符号，它们应采用国际通用符号。在中、小学课本和普通书刊中，必要时也可将单位的简称（包括带有词头的单位简称）作为符号使用，这样的符号称为“中文符号”。
2、法定计量单位和词头的符号，不论拉丁字母或希腊字母，一律用正体。单位符号一般为小写字母，只有单位名称来源于人名时，其符号的第一个字母大写；只有“升”的符号例外，可以用L。
3、单位符号没有复数形式，不得附加任何其他标记或符号来表示量的特性或测量过程的信息。
4、词头符号的字母，当其所表示的因数小于106 时，一律用小写体；而当大于或等于106 时，则用大写体。


5、组合单位符号的书写规则：
（1）相乘形式构成的组合单位
国际符号——用居中圆点：N·m；紧排：Nm
中文符号——用居中圆点：牛·米
（2）相除形式构成的组合单位
国际符号—— 用斜线：kg/m3；
用负指数：kg·m-3 ；
用水平线：
中文符号——用斜线：千克/米3 ；
用负指数：千克·米3


（3）单位中分子为1时，只用负数幂：用m-3 ，而不用1/m3
（4）表示相除的斜线在一个单位中最多只有一条
用W/（K· m），而不用W/K/ m 或 W/ K· m
（5）词头的符号与单位符号之间不得有间隙，也不加相乘的符号 ，也不必加圆括号。但在中文符号中，有可能混淆时，需加圆括号。
（6）口述单位符号时应使用单位名称而非字母名称。


三、法定计量单位使用规则
1、单位名称与符号使用场合的规定
2、单位的名称或符号要作为整体使用
3、不能单独或重迭使用词头
4、量值应正确表述
5、限制作用SI词头的单位
6、组合单位加词头的原则
7、避免单位名称与符号、单位的国际符号与中文符号的混用


第三节 测 量 仪 器
一、概述
（一）测量仪器的分类
测量仪器定义：单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具，称为测量仪器，又称为计量器具。
实物量具：使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的测量仪器称之为实物量具，简称量具。


按其结构和功能特点分：
1、显示式测量仪器；
2、比较式测量仪器；
3、积分式测量仪器；
4、累积式测量仪器。
按计量学用途或在统一单位量值中的作用分：
1、计量基准；
2、计量标准；
3、工作用计量器具。



（二）测量系统和测量设备
测量系统：通常是指用于特定测量目的，由全套测量仪器和有关的其他设备组装起来所形成的一个系统。
测量设备：测量设备通常是指测量仪器、测量标准，、参考物质、辅助设备以及进行测量所必须的资料的一种总称。

二、测量仪器的计量特性
计量特性：是指其影响测量结果的一些明显特征，其中包括测量范围、偏移、重复性、稳定性、分辨力、鉴别力[阈]和示值误差等。
测量仪器控制：确定测量仪器的特性，并签发关于其法定地位的官方文件。这种控制可包括对测量仪器的下列运作中的一项、两项或三项。
—— 型式批准；
—— 检定；
——检验。

（一）标称范围、量程和测量范围
（二）额定操作条件、极限条件和参考条件
（三）示值误差和最大允许误差
（四）灵敏度
（五）分辨力
（六）稳定性和漂移

三、测量仪器的选用原则
（一）技术性
1、最大允许误差
2、测量范围
3、灵敏度
4、稳定性
5、额定操作条件和极限操作条件
6、尽量选用标准化、系列化、通用化的测量仪器



（二）经济性
测量仪器的经济性是指该仪器的成本，它包括基本成本、安装成本及维护成本。
—— 基本成本：设计制造成本和运行成本
—— 安装成本：
—— 维护成本：
所以，应考虑和选择易于安装、容易维修、互换性好、校准简单的测量仪器。
第四节 测 量 结 果
一、测量准确度和精密度
（一）测量准确度
定义：测量准确度是指测量结果与被测量真值之间的一致程度。
精密度 ：反映随机误差的大小
准确度
正确度：反映系统误差的大小

（二）测量精密度
测量精密度是指在规定条件下获得的各个观测值之间的一致程度。
不要用术语“精密度”来表示“准确度”。精密度反映分散性，即指随机效应所致的测量结果的不可重复性或不可再现性；准确度是指在随机效应和系统效应的综合作用下，测量结果与真值的不一致。

二、测量重复性和再现性
（一）测量重复性
在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。
重复性条件： (1)相同的测量程序；(2)相同的观测者；(3)在相同的条件下使用相同的测量仪器；(4)相同的地点；(5)在短时间内重复测量。
（二）测量再现性
在改变了的测量条件下，对同一被测量的测量结果之间的一致性。

☆补充：测量数据修约
一、有效数字和数据修约
有效数字：
数据修约：
修约间隔：
确定修约保留位数的方法：
— 修约间隔；
— 保留到某数位；
— 保留几位有效数字


二、测量数据修约方法
我国国家标准GB8170－87《数值修约规则》，对：“1”、“2”、“5”间隔的修约方法分别作了规定。
国家标准GB8170－87《数值修约规则》介绍的修约方法，我们可以用几句口诀来归纳：“四舍六入五考虑，五后非零皆进一，五后皆零视奇偶，五前为奇则进一，五前为偶则舍去（“0”视作偶数）”。


拟舍弃数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不变（“四舍”）。
[例1] 将12.1498修约到一位小数，得12.1。
[例2] 将12.1498修约成两位有效位数，得12。
拟舍弃数字的最左一位数大于5（“六入”）或者是5，而其后有并非全为零的数字（“五后非零”）时，则进一，即保留的末位数字加1。
[例3] 将1268修约到“百”数位，得13×102 （特定时可写为1300）。
[例4] 将1268修约成三位有效位数，得127×10（特定时可写为1270）。


拟舍弃数字的最左一位数字为5，而右面无数字或皆为零时，若所保留的数字末位数为奇数（1，3，5，7，9），则进一；为偶数（2，4，6，8，0）则舍弃（“五后皆零视奇偶，五前为奇则进一，五前为偶则舍去”）。
[例5] 修约间隔为0.1（或10-1），拟修约数值 1 .050和0.350，则修约数为1 .0和0.4。
[例6] 修约间隔为1000（或103），拟修约数值为2500和3500，则修约数为2×103（特定时可写成2000）和4×103（特定时可写成4000）。


0.5单位修约规则
将拟修约数乘以2，按指定数位依规则修约，所得数值再除以2。
将下列数字修约到个数位的0.5单位。
拟修约数 乘以2 2A修约值 A修约值
（A） （2A）（修约间隔1）（修约间隔0.5）
60.25 120.50 120 60.0
60.38 120.76 121 60.5
-60.75 -120.50 -122 -61.0

0.2单位修约
将拟修约数乘以5，按指定数位依规则修约，所得数值再除以5。
将下列数字修约到“百”数位的0.2单位。
拟修约数 乘以5 5A修约值 A修约值
（A） （5A）（修约间隔100）（修约间隔20）
830 4150 4200 840
842 4210 4200 840
-930 - 4650 - 4600 - 920
第五节 测量误差和测量不确定度
一、测量误差和测量结果修正
（一）测量误差
测量误差 = 测量结果－真值
又：误差 = 测量结果－真值
= （测量结果－总体均值）+（总体均值－真值）
= 随机误差 + 系统误差

（二）测量结果修正
1、未修正结果：对系统误差尚未进行修正的测量结果。
2、已修正结果：对系统误差进行修正后的测量结果。
3、修正值：等于负的系统误差。
真值=测量结果+修正值=测量结果－误差
4、偏差：测量值减去其参考值，称为偏差。
偏差与修正值相等，或与误差等值而反向。

二、测量不确定度
（一）基本概念
测量不确定度是对测量结果的定量表征
测量不确定度定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数
不要把误差与不确定度混为一谈
A类标准不确定度
标准不确定度 B类标准不确定度
测量不确定度 合成标准不确定度
U（k=2，3）
扩展不确定度
Up（p为置信概率）

（二）测量不确定度的来源
1、对被测量的定义不完整或不完善
2、实现被测量定义的方法不理想
3、取样的代表性不够，即样本不能代表被测量
4、对被测量过程受环境条件的影响认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善
5、对模拟仪器的读数存在人为偏差（偏移）
6、测量仪器的分辨力或鉴别力不够
7、赋予测量标准或标准物质的值不准
8、用于数量计算的常量或其他参数不准
9、测量方法和测量程序的近似性和假定性
10、在重复性条件下，被测量重复观测值的变化

（三）测量不确定度的评定
1、测量模型的建立

2、输入估计值测量不确定度的评定
（1）概述（见教材P211）
（2）标准不确定度的A类评定


（3）标准不确定度的B类评定
用于不确定度B类评定的信息来源
B类不确定度评定的最常用方法
（a）已知扩展不确定度和包含因子
（b）已知扩展不确定度和置信水准的正态分布
（c）其他几种常见的分布
（d）由重复性限或复现性限求不确定度
（4）合成标准不确定度的评定


3、输出估计值标准不确定度的评定
设测量模型为：
则输出估计值y的标准不确定度为：


当全部输入量彼此独立或不相关时，

4、扩展不确定度的评定
U（k=2，3）
扩展不确定度
Up（p为置信概率）

5、测量不确定度的报告
（1）用合成标准不确定度表达
（2）用扩展不确定度表达
第六节 测量过程控制
一、概述
二、测量设备的计量确认
三、测量过程的实施控制

质量技术专业人员职业资格考试计量基础教学讲义(ppt)