计量与数据处理.ppt

* 水利工程质量检测员培训水利工程质量检测员培训 * 第一章第一章 绪论绪论 第一节第一节 水利水电工程质量管理水利水电工程质量管理 一、水利水电工程质量一、水利水电工程质量 二、水利水电工程质量管理二、水利水电工程质量管理 第二节第二节 水利水电工程质量检测水利水电工程质量检测 一、检测和检验一、检测和检验 二、质量检测的作用二、质量检测的作用 三、水利水电工程质量检测的依据三、水利水电工程质量检测的依据 四、水利水电工程质量检测的特点四、水利水电工程质量检测的特点 五、质量检测的步骤和要求五、质量检测的步骤和要求 六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求 七、影响检测结果准确性的因素七、影响检测结果准确性的因素 * 第二章第二章 计量与数据处理计量与数据处理 水利工程质量检测员培训水利工程质量检测员培训 * 第一节 术语 一、量和量值一、量和量值 量是现象、物体或物质可以定性区别和定量确定的属性。 它具有两个特性（1）可测；（2）可用数学形式表明其物理 含义。 只能定性区别，但不能定量测定的现象，不能称为量，只能 叫“性质” （1）一般意义的量：（长度、时间、质量、温 度、电阻、物质的量、浓度） （2）特定量：（某根棒的长度，某根导线的电 阻，某份酒样中乙醇的浓度） 1 （1）同种量：（可相互比较并按大小排序的量 ） （2）同类量：（若干同种量合在一起可称之为 同类量，如功、热、能；厚度、周长） 2 * 量值：由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小 。 例：5.34m，534cm，15kg，10s，-40 量的大小：不变、客观存在 量值：随单位的不同而不同（如1m=1000mm，量值只是 在一定单位下表示其量大小的一种表达形式） 量的数值：量的纯数部分，即量值与单位的比值。 约定参考标尺的某种特定量（例如莫氏硬度标尺、化学中 的pH标尺等） * 二、测量与计量 测量：以确定量值为目的的一组操作； 必须有一定的手段和方法； 结果均由具有确定单位的量值所表达。 计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动。 计量的目的：保证“测量统一”，保证量值准确可靠和一致 。 三、计量器具 计量器具：单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具 。 * 计量基准： 国家基准：作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具。 副基准：通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、 批准的计量器具。 工作基准：经与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实 际用以检定计量标准的计量器具。 计量基准由计量标准器具和标准物质两部分组成。 计量标准：按国家规定的准确度等级，作为检定依据用 的计量器具或物质。分为计量标准器具和标准物质。 工作用计量器具：不用于检定工作而只用于日常测量 的计量器具。 * 四、测量系统与测量设备 五、示值范围、测量范围和量程 由计量器具所显示或指示的最低 值到最高值的范围。 示值 范围 在允许误差限内，计量器具的被 测量值的范围。 测量 范围 测量范围上限值和下限值之差。量程 如光学高温计的示值范围为01400，而其测量范围 为7001400，量程则为1400700700 。 * 六、标准物质 标准物质或参考物质可以是纯的或混合的气体、液 体或固体。 （1）化学成分标准物质（金属材料、矿物岩石 、建筑材料、环境保护及医药制品等） （2）物理特性或物理化学特性标准物质（标准 溶液、粘度标准油、热量用苯甲酸等） （3）工程技术特性标准物质（纺织品色牢度、 标准橡胶、粉末材料粒度、水的浊度等） 七、测量传感器 * 八、实物量具和测量器具实际值 九、计量器具的检定 是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。 注意：对仪器设备、标识量具和标准物质 必须进行（ A ）检定/校准。 A 定期 B 不定期 * 十、测量不确定度 测量不确定度：表示由于测量误差的存在而对被 测量值不能肯定的程度，是指测量结果不能肯定的 误差范围。 国际上统一规定以表示不确定度的值。 作为一个测量结果，不仅要表示其量值大小， 而且要标出其测量的不确定度，才能叫一个完整的 测量结果，才能使人们知道其测量结果的准确可靠 程度。 * 十一、校准与校准测量能力 十二、计量单位、法定计量单位、国际单位制 法定计量法定计量 单位单位 国际单位国际单位 制（制（SISI） 1 2 3 计量单位计量单位 为定量表示同种量的大小而为定量表示同种量的大小而 约定的定义和采用的特定量。约定的定义和采用的特定量。 由国家以法令的形式规定允由国家以法令的形式规定允 许使用的计量单位。许使用的计量单位。 由国际计量大会（由国际计量大会（CGPMCGPM）采）采 纳和推荐的一种一贯单位制。纳和推荐的一种一贯单位制。 * 十三、溯源等级图与国家溯源等级图 溯源等级图：指一种代表等级顺序的框图，用以 表明计量器具的计量特性与给定量的基准之间的关 系。 国家溯源等级图：（也称国家计量检定系统表） 指在一个国家内，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。 * 第二节 计量基础 一、计量的内容、分类和特点 （一）内容 （6个方面 ） （二）分类 （三）计量的特点 准确性 、一致性 、溯源性 、法制性 二、计量的发展 计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量。 计量与测试不同，测试是具有试验性质的测量，也可理 解为测量和试验的综合，它具有探索、分析、研究和试验的 特征。 计量根据其对象主要可分为物理计量、化学计量、工程 计量、生物计量等。 计量的发展阶段：古典阶段、近代阶段、现代阶段 * 三、计量科技的主要领域 共十二大领域：几何量 、力学 、热工、电磁 、电子、时间 频率 、声学 、光学、化学、电离辐射 、振动 和气象。 四、计量单位制 量制：指彼此间存在确定关系的一组量。 量纲：以给定量制中基本量的幂的乘积表示该 量制中某量的表达式，其数字系数为1 * 计量单位：指为定量表示同种量的大小而约 定的定义和采用的特定量。 单位制：为给定量制按给定规则确定的一组 基本单位和导出单位。 国际单位制是在米制基础上发展起来的 ，用符号SI 表示，包括 SI单位、SI词头和 SI单位的十进倍数与分 数单位三部分。 按国际上的规定，国际单位制的基本单位、辅助单 位、具有专门名称的导出单位以及直接由以上单位构成 的组合形式的单位(系数为l)都称之为 SI单位。 * 国际单国际单 位制位制SISI SISI单位单位 SISI导导 出单位出单位 SISI基基 本单位本单位 SISI单位的倍数单位单位的倍数单位 长 度 质 量 时 间 电 流 热力学温度 物质的量 发光强度 米 千克 秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉 m kg s A K mol cd SI基本单位共7个 * 包括 SI 辅助单位在内的具有专门名称的 SI 导出 单位共有21个 ，见表2-2。 SI单位的倍数、分数单位，见表2-3。 km是倍数单位，kg是质量单位而不是倍数单位 。 中国选定的非国际单位制单位，见表2-4。 常出现的一些错误用法 （见讲义中P25法定计量单位的使用规则） 比热容单位的符号是 J(kgK)，其单位名称 是“焦耳每千克开尔文”而不是“每千克开尔文 焦耳”或“焦耳每千克每开尔文”。 * 第三节 数据处理 一、算术平均值与最小二乘法原理 （1）算术平均值 当计量次数n 足够大时，系列计量值的算术平均值趋 近于真值，并且n 越大算术平均值越趋近于真值 （2） 最小二乘法的基本原理 在一系列等精度计量的计量值中最佳值，是使所有计 量值的误差的平方和最小的值 * 二、有效数字及其运算规则 通常是将计量结果最后一位数取至与保留误差 数字同一量级；中间运算的数据可以多取几位， 但最终书写结果必须与误差保持同一量级。 在判断有效数字时，要特别注意“0”这个数。 0.002740.27410-2，其真值区间为（0.2735 0.2745）10-2，极限误差为0.000510-2 0.000005，而0.00274的极限误差也是0.000005 ，去掉前面两个0后，极限误差不变。 274真值区间为（273.5274.5），极限误差为 0.5；274.00真值区间为（273.995274.005）， 绝对误差为0.005。 0.00340的极限误差为0.5 10-5 5800和58 102的极限误差分别为0.5和0.5 102 * 有效数字的运算规则 (1) 加、减法计算规则 (2) 乘、除计算规则 (3)开方、乘方计算规则 (4)复合运算规则 (5)计算平均值 (6)对数计算 (7)其它规则 * 三、数字修约规则（GB/T 8170-2008数 值修约规则与极限数值的表示和判定） 四舍六入 五看后面有没有非零的数，有则进一；没有非 零的数则看前一位，前一位为奇数则进一，前一位为 偶数则不进。 14.263-14.3（6进1） 14.3426-14.3（4舍去） 14.2501-14.3（5后非0进1） 14.1500-14.2（5后都为0，5前为奇数进1） 14.2500-14.2（5后都为0，5前为偶数应舍去） 20.499修约为3位有效数字20.4 20.155修约为3位有效数字20.1 * 第四节 数据表达方式 一、数值表示法 平均值： 标准偏差： 样本标准偏差 总体标准偏差 二、图形表示法 三、列表表示法 * 第五节 测量误差 一、误差的概念 绝对误差指计量结果与被计量的量的真值之间的差异。 = X - X0 相对误差是测量结果的绝对误差与真值之比，即 /Xo 。 误差 分类 设备误差 、方法误差 、环境误差 、人员误 差（人为误差） 系统误差 、随机 误差 、粗大误差 * 从计量测量数据处理需要，按其性质一般将误差 分为两类，即系统误差和随机误差。 系统误差是指在重复条件下，对同一量进行无限 多次计量时，保持固定不变的误差，或在条件改变 时按某一确定规律变化的计量误差分量。系统误差 决定测量结果的正确程度。 随机误差：是指测量结果与在重复条件下，对同 一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差 。随机误差决定计量结果的精密程度。 * 测量结果的正确度、精密度和准确度 正确度反映了系统误差的大小，表明计量值与真值的 接近程度。精密度反映计量值偏移真值大小的程度。准确度 也叫精确度直接表示计量量与真值之差大小的程度。准确度 是精密度与正确度的综合表达。 正确但不精密 精密但不正确 准确 * 二、测量不确定度 表征合理赋予被测量之值的分散性、与测量结 果相联系的参数。是说明测量结果不可信程度的一 个参数 以标准差表示的测量不确定度，称为标准不确 定度。 包括不确定度的A类评定、不确定度的B 类评定和合成不确定度的评定。 * 误差与不确定度的区别（见表2-7） 对同一个被测量不论其测量程序、条件如 何，测量结果相同的，其误差相同；而在重 复性条件下，则不同结果可有相同的不确定 度。 * 第六节 数据统计分析 一、有限数据的统计处理 数据集中趋势的表示 （1）算术平均值： （2）中位数： 数据分散程度的表示 （1） 极差 ： （2）平均偏差： （3）标准偏差：