《計(jì)量基礎(chǔ)中級(jí)》PPT課件.ppt

第五章 計(jì)量基礎(chǔ)（中級(jí)）,第一節(jié) 基本概念,一、計(jì)量的內(nèi)容、分類(lèi)和特點(diǎn),1計(jì)量與測(cè)量, 計(jì)量 實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一、保障量值準(zhǔn)確 可靠的活動(dòng)。, 測(cè)量 以確定量值為目的的一組操作。,（一）計(jì)量的內(nèi)容,2. 計(jì)量的對(duì)象與內(nèi)容,（1）計(jì)量對(duì)象, 物理量, 工程量, 心理量, 化學(xué)量, 生理量,（2）計(jì)量?jī)?nèi)容, 計(jì)量單位與單位制 計(jì)量器具（測(cè)量?jī)x器） 量值傳遞與溯源 物理常量、材料和物質(zhì)特性的測(cè)定 測(cè)量不確定度、數(shù)據(jù)處理、測(cè)量理論及其方法 計(jì)量管理（計(jì)量保證、監(jiān)督）,（二）計(jì)量的分類(lèi), 科學(xué)計(jì)量 基礎(chǔ)性、探索性、先行性的 計(jì)量科研, 工程計(jì)量（工業(yè)計(jì)量） 工程、工業(yè)、 企業(yè)中的實(shí)用 計(jì)量, 法制計(jì)量 由政府或授權(quán)機(jī)構(gòu)根據(jù)法制、 技術(shù)和行政的需要進(jìn)行強(qiáng)制 管理的一種社會(huì)公用事業(yè),（三）計(jì)量的特點(diǎn),1. 準(zhǔn)確性 測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值的一致 程度。,2. 一致性 在統(tǒng)一計(jì)量單位的基礎(chǔ)上，無(wú) 論在何時(shí)何地采用何種方法， 使用何種測(cè)量?jī)x器，及由何人 測(cè)量，只要符合有關(guān)要求，其 測(cè)量結(jié)果應(yīng)在給定區(qū)間內(nèi)有一 致性。,3. 溯源性 任何測(cè)量結(jié)果或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的值， 都能通過(guò)一條具有規(guī)定不確定度 的不間斷的比較鏈，與測(cè)量基準(zhǔn) 聯(lián)系起來(lái)的特性。,4. 法制性 計(jì)量必需的法制保障方面的特性。,二、計(jì)量法律和法規(guī),1計(jì)量法的基本內(nèi)容, 計(jì)量立法宗旨, 計(jì)量單位制, 計(jì)量監(jiān)督, 計(jì)量認(rèn)證, 計(jì)量法律責(zé)任, 調(diào)整范圍, 計(jì)量器具管理, 計(jì)量授權(quán), 計(jì)量糾紛處理,2計(jì)量法規(guī)體系, 計(jì)量法, 計(jì)量行政法規(guī)和規(guī)范性文件, 規(guī)章和規(guī)范性文件,三、量值的溯源、校準(zhǔn)和檢定,（一）量值溯源體系,1量值溯源性 通過(guò)一條具有規(guī)定不確 定度的不間斷的比較鏈， 使測(cè)量結(jié)果或測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 的值能夠與規(guī)定的參考 標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來(lái)的特性。, 實(shí)現(xiàn)量值溯源的主要技術(shù)手段是校準(zhǔn)和檢定,2溯源等級(jí)圖（量值溯源體系表）,（二）校準(zhǔn),1校準(zhǔn) 在規(guī)定條件下，為確定測(cè)量?jī)x器 （或測(cè)量系統(tǒng)）所指示的量值，或?qū)嵨锪烤?（或參考物質(zhì)）所代表的量值，與對(duì)應(yīng)的由 其測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組 操作。,2校準(zhǔn)的主要含義,3校準(zhǔn)目的, 確定示值誤差, 得出標(biāo)稱值偏差，進(jìn)行調(diào)整、修正, 賦值, 實(shí)現(xiàn)溯源性, 校準(zhǔn)依據(jù) 校準(zhǔn)規(guī)范或校準(zhǔn)方法，通常統(tǒng)一 規(guī)定，特殊情況下也可自行制定。, 校準(zhǔn)結(jié)果 記在校準(zhǔn)證書(shū)（報(bào)告）中，也可 用校準(zhǔn)因數(shù)（或曲線）表示。,（三）檢定, 檢定 查明和確認(rèn)測(cè)量?jī)x器是否符合法 定要求的程序，其包括檢查、加 標(biāo)記和（或）出具檢定證書(shū)。, 檢定分強(qiáng)制檢定和非強(qiáng)制檢定, 強(qiáng)制檢定（范圍） 用于貿(mào)易結(jié)算、安全 防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)且列入強(qiáng)檢目 錄的測(cè)量?jī)x器；社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，部門(mén)、 企（事）業(yè)單位的最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。, 強(qiáng)檢特點(diǎn) 計(jì)量行政部門(mén)統(tǒng)管，法定/授權(quán) 機(jī)構(gòu)進(jìn)行，定點(diǎn)送檢，檢定周 期由執(zhí)行機(jī)構(gòu)按檢定規(guī)程并結(jié) 合實(shí)際確定。, 非強(qiáng)制檢定 強(qiáng)制檢定以外的，使用單位 依法自主管理，自由送檢，自求溯源，自定 檢定周期, 檢定依據(jù) 計(jì)量檢定規(guī)程, 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對(duì)大量非強(qiáng)檢測(cè)量?jī)x器，為達(dá) 到統(tǒng)一量值的目的，應(yīng)以校準(zhǔn)為主。,第二節(jié) 計(jì)量單位,一、概述, 計(jì)量單位（定義）：定量表示同種量的大小 而約定地定義和采用的 特定量。, 計(jì)量單位制：為給定量值按給定規(guī)則確定的 一組基本單位和導(dǎo)出單位。, 一貫單位：由比例因數(shù)為1的基本單位冪的乘 積表示的導(dǎo)出單位。,如：牛頓（N） kgm/s2 焦?fàn)枺↗） Nm,二、法定計(jì)量單位的構(gòu)成,1. 法定計(jì)量單位 由國(guó)家法律承認(rèn)、具有 法定地位的計(jì)量單位。,2. 我國(guó)法定計(jì)量單位的構(gòu)成 以國(guó)際單位制 （SI）為主體，包括國(guó)際單位制單位和國(guó)家選 定的其他計(jì)量單位。,中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位構(gòu)成的示意圖,3SI單位組成 SI基本單位、SI導(dǎo)出單位、 SI單位的倍數(shù)單位,（一）SI基本單位,（二）SI導(dǎo)出單位,包括SI輔助單位在內(nèi)的具有專門(mén)名稱的SI導(dǎo)出單位,（三）SI單位的倍數(shù)單位, SI詞頭（倍數(shù)單位的詞頭）（常見(jiàn)）,（四）可與SI單位并用的我國(guó)法定計(jì)量單位,三、法定計(jì)量單位的基本使用方法,1. 法定單位名稱, 全稱與簡(jiǎn)稱：牛（頓）、焦（爾）、 瓦（特）、伏（特）, 符號(hào)乘/除讀法： Nm 牛（頓）米 r/min 轉(zhuǎn)每分 J/kgK 焦（耳）每千克開(kāi)（爾文）,5kg/m2 5千克每平方米,2. 詞頭與符號(hào),3. 詞頭使用規(guī)則, 詞頭不得重疊使用,（正：nm； 誤：mm）, 選用詞頭，一般應(yīng)使量的數(shù)值處于0.11000 范圍內(nèi),（正：0.1F，誤：100000pF）, 詞頭通常加在組合單位的第一個(gè)單位之前,（正：kNm 誤：Nkm）, 由相除構(gòu)成的組合單位中，分母不用詞頭,（正：kJ/mol 誤：J/mmol）, 詞頭與單位應(yīng)視為一體,第三節(jié) 測(cè)量?jī)x器,一、概述,（一）測(cè)量?jī)x器的分類(lèi),1測(cè)量?jī)x器（計(jì)量器具） 單獨(dú)地或連 同輔助設(shè)備用以進(jìn)行測(cè)量的器具,2測(cè)量?jī)x器按結(jié)構(gòu)、功能特點(diǎn)分為：, 顯示式測(cè)量?jī)x器 比較式測(cè)量?jī)x器 積分式測(cè)量?jī)x器 累積式測(cè)量?jī)x器,3測(cè)量?jī)x器按計(jì)量學(xué)用途分為：, 測(cè)量基準(zhǔn) 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn) 工作用測(cè)量?jī)x器,（二）測(cè)量設(shè)備, 測(cè)量設(shè)備 測(cè)量?jī)x器、軟件、測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)、 參考物質(zhì)、輔助設(shè)備及它們 的組合, 輔助設(shè)備 本身不能給出量值而沒(méi)有它 又不能進(jìn)行測(cè)量的設(shè)備及作 為檢驗(yàn)手段用的工具、工裝、 定位器等,二、測(cè)量?jī)x器的計(jì)量特性, 測(cè)量?jī)x器的控制,（型式批準(zhǔn)、檢定、檢驗(yàn)）,（一）標(biāo)稱范圍、量程和測(cè)量范圍, 標(biāo)稱范圍 操縱器件調(diào)到特定位置時(shí) 可得到的示值范圍, 量程 標(biāo)稱范圍的上、下限之差的絕 對(duì)值, 測(cè)量范圍（或工作范圍） 誤差處于規(guī) 定極限范圍內(nèi)的被測(cè)量的示值范圍, 示值范圍 測(cè)量?jī)x器的標(biāo)尺或顯示裝置 所能指示的范圍,（二）額定操作條件、極限條件和參考條件, 額定操作條件 測(cè)量?jī)x器的正常工作條件, 極限條件 計(jì)量特性不受損、不降低，其 后仍可在額定操作條件下運(yùn)行 所能承受的極端條件, 參考（標(biāo)準(zhǔn)）條件 在性能試驗(yàn)或進(jìn)行檢 定、校準(zhǔn)、對(duì)比時(shí)的 使用條件,（三）示值誤差和最大允許誤差, 示值 由測(cè)量?jī)x器所指示的被測(cè)量值, 示值誤差 測(cè)量?jī)x器示值與對(duì)應(yīng)的輸入 量的真值之差（簡(jiǎn)稱測(cè)量?jī)x 器的誤差）, 真值 與被測(cè)量定義一致的值,由于真值不能確定，實(shí)際用約定真值（常稱實(shí)際值、校準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值）,對(duì)指示式儀器,示值誤差=示值-實(shí)際值,對(duì)實(shí)物量值,示值誤差=標(biāo)稱值-實(shí)際值, 最大允許誤差 對(duì)給定的測(cè)量?jī)x器，由 規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值,（四）靈敏度 測(cè)量?jī)x器響應(yīng)的變化除以對(duì) 應(yīng)的激勵(lì)變化,（五）分辨力 顯示裝置能有效辨別的最小 示值差, 模擬式顯示裝置的分辨力：,標(biāo)尺分度值的1/2, 數(shù)字式顯示裝置的分辨力：,末位數(shù)字的一個(gè)數(shù)碼,（六）穩(wěn)定性和漂移, 穩(wěn)定性 測(cè)量?jī)x器保持其計(jì)量特性隨 時(shí)間恒定的能力, 漂移 測(cè)量?jī)x器計(jì)量特性的慢變化,三、測(cè)量?jī)x器的選用原則,（一）技術(shù)性,（二）經(jīng)濟(jì)性,第四節(jié) 測(cè)量結(jié)果,一、測(cè)量準(zhǔn)確度和精密度,（一）測(cè)量準(zhǔn)確度 測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值 之間的一致性,（二）精密度 在規(guī)定條件下獲得的各個(gè)獨(dú) 立觀測(cè)值之間的一致程度,二、測(cè)量重復(fù)性和復(fù)現(xiàn)性,（一）測(cè)量重復(fù)性 在相同測(cè)量條件下，對(duì) 同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果 之間的一致性,（常用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差表示）,（二）測(cè)量復(fù)現(xiàn)性 在改變了的測(cè)量條件下， 對(duì)同一被測(cè)量的測(cè)量結(jié)果之間的一致性,（常用組間標(biāo)準(zhǔn)差表示）, 實(shí)際中，測(cè)量條件改變只限于操作者,第五節(jié) 測(cè)量誤差和測(cè)量不確定度,一、測(cè)量誤差和測(cè)量結(jié)果修正,（一）測(cè)量誤差,1測(cè)量誤差（誤差） 測(cè)量結(jié)果減去被測(cè) 量的真值, 真值本質(zhì)上不能確定，實(shí)際用約定真值, 約定真值可以是：校準(zhǔn)或檢定的值，由更 高準(zhǔn)確度等級(jí)的測(cè)量?jī)x器測(cè)得的值、多次 測(cè)量結(jié)果所確定的值, 誤差=測(cè)量結(jié)果-真值,=（測(cè)量結(jié)果-總體均值）+（總體均值-真值）,=隨機(jī)誤差+系統(tǒng)誤差,2隨機(jī)誤差 測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)條件下，對(duì) 同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平 均值之差,3系統(tǒng)誤差 在重復(fù)條件下，對(duì)同一被測(cè)量 進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè) 量的真值之差,（二）測(cè)量結(jié)果修正, 未修正結(jié)果, 已修正結(jié)果, 修正值 用代數(shù)方法與未修正結(jié)果相 加，以補(bǔ)償其系統(tǒng)誤差的值,修正值=負(fù)的系統(tǒng)誤差,真值=測(cè)量結(jié)果+修正值=測(cè)量結(jié)果-誤差,二、測(cè)量不確定度,（一）基本概念, 測(cè)量不確定度 表征合理地賦予被測(cè) 量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的 參數(shù),1標(biāo)準(zhǔn)不確定度 以標(biāo)準(zhǔn)差表示的測(cè)量 不確定度, 不確定度的A類(lèi)評(píng)定 用對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng) 計(jì)分析的方法來(lái)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度,符號(hào)：, 不確定度的B類(lèi)評(píng)定 用不同于對(duì)觀測(cè)列 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度,符號(hào)：, 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 當(dāng)測(cè)量結(jié)果是由若干 個(gè)其他量的值求得時(shí)，測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確 定度，等于這些其他量的方差與協(xié)方差適當(dāng) 和的正平方根,符號(hào)：,2擴(kuò)展不確定度, 用標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或說(shuō)明了置信水平的區(qū)間的 半寬表示的測(cè)量不確定度, 表示：,（二）測(cè)量不確定度的來(lái)源,1對(duì)被測(cè)量的定義不完整或不完善,2實(shí)現(xiàn)被測(cè)量定義的方法不理想,3取樣的代表性不夠，即被測(cè)量樣本不能 代表所定義的被測(cè)量,4對(duì)不測(cè)量過(guò)程受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不周全， 或?qū)Νh(huán)境條件的測(cè)量與控制不完善,5對(duì)模擬儀器的讀數(shù)存在人為偏差（偏移）,6測(cè)量?jī)x器的分辨力或鑒別力不夠,7賦予測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn),8用于數(shù)據(jù)計(jì)算的常量和其他參量不準(zhǔn),9測(cè)量方法和測(cè)量程序的近似性和假定性,10在表面看來(lái)完全相同的條件下，被測(cè)量重復(fù) 觀測(cè)值的變化,（三）測(cè)量不確定度的評(píng)定,1測(cè)量模型的建立,被測(cè)量由N個(gè)其他量 確定,Y的估計(jì)值y由 的估計(jì)值確定,2輸入估計(jì)值測(cè)量不確定度的評(píng)定,（1）采用A類(lèi)或B類(lèi)評(píng)定,（2）A類(lèi)評(píng)定,例5.5-1,最佳估計(jì)值：,實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差：,L的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：,例5.5-2,對(duì)在統(tǒng)計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)下的測(cè)量過(guò)程,（3）B類(lèi)評(píng)定, 已知擴(kuò)展不確定度和包含因子,（5.5-10）,例5.5-3,相對(duì)不確定度, 已知擴(kuò)展不確定度和置信水平的正態(tài)分布,（5.5-11）,置信水平p與包含因子的關(guān)系,例5.5-4,校準(zhǔn)證書(shū)給出：10標(biāo)準(zhǔn)電組RS在23時(shí),R（23）=（10.000740.00013）,置信水平P=99%,標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u(RS)=0.13m/2.58=50,（3）其它幾種常見(jiàn)的分布, t分布、均勻分布、反正弦分布、三角分布、 梯形分布, 對(duì)均勻分布,例5.5-5,手冊(cè)給出：純銅20時(shí)的線膨脹系數(shù) 的變化范圍0.4010-6-1,設(shè) 在此范圍為均勻分布,標(biāo)準(zhǔn)不確定度：,（4）由重復(fù)性限r(nóng)和再現(xiàn)性限R求不確定度標(biāo) 準(zhǔn)不確定度：,（置信水平為95%）,（置信水平為95%）,3輸出估計(jì)值標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算,（1）輸入量不相關(guān)：,（2）輸入量相關(guān)：,其中： 為靈敏系數(shù), 若,則：, 若,則：, 輸入量相互獨(dú)立/有一個(gè)可作常量/無(wú)相關(guān)性 跡象，可視為Ci=0,4擴(kuò)展不確定度的評(píng)定,5測(cè)量不確定度的報(bào)告,（1）用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度表達(dá),（2）用擴(kuò)展不確定度表達(dá),6測(cè)量不確定度的分類(lèi)和評(píng)定流程,（1）分類(lèi),（2）測(cè)量不確定度評(píng)定流程,（四）測(cè)量不確定度實(shí)例,（例 5.5-6） 高值電阻測(cè)量,（1）任務(wù)：測(cè)量1M電阻，設(shè)計(jì)要求允差 0.1,（2）方法：用數(shù)字多用表直接測(cè)量（如圖）,（3）測(cè)量?jī)x器選用,5位半數(shù)字多用表，技術(shù)指標(biāo)：,最大允許誤差(0.005讀數(shù)+3最低位數(shù)值)滿量程1999.9k，最低位數(shù)值0.01k,（4）實(shí)驗(yàn)記錄,測(cè)量次數(shù)n10,（5）測(cè)量不確定度分析, 數(shù)字模型 直讀，y=R, 測(cè)量不確定度來(lái)源, 數(shù)字多用表不準(zhǔn), 由于各種隨機(jī)因素使讀數(shù)不重復(fù), 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定, 讀數(shù)重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1,按A類(lèi)評(píng)定, 由多用表不準(zhǔn)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u2,按B類(lèi)評(píng)定,由最大允許誤差區(qū)間的半寬度2為：,設(shè)測(cè)量值在該區(qū)間為均勻分布,則, 計(jì)算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度,因u1和u2不相關(guān), 確定擴(kuò)展不確定度,取包含因子k2，則, 測(cè)量結(jié)果報(bào)告,第六節(jié) 測(cè)量控制體系,一、概述, 測(cè)量控制體系