仪器管理和校准实施.ppt

1,仪器管理与校准实施 计量培训中心,2,目录,第一章 计量基础 第二章 测量误差与数据处理 第三章 仪器的管理 第四章 仪器的检定校准 第五章 期间核查实施 第六章 实验室技术要求 第七章 常用测量器具的使用注意事项,3,第一章 计量基础,定义：$计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。计量学是关于测量的科学。计量工作的重要性体现在以下三个方面，而计量工作的展开离不开计量仪器。 计量仪器是试验数据可靠性的保障 计量的特点：1.准确性 指测量结果与被测量真值的一致程度。 2.一致性 指在统一计量单位的基础上，无论在何时何地采用何种方法、使用何种计量器具，以及由何人测量，只要符合有关要求，其测量结果就应该在给定的区间内有其一致性。,4,3.溯源性 指任何一个测量结果或测量标准的值，都能通过一条具有规定不确定度的连续比较链，与计量基准联系起来。 4.法制性 来自计量的社会性，因为量值的准确可靠不但依赖科学技术手段，还要有相应的法律、法规和行政管理。,5,计量的内容 计量的内容通常可概括为以下六个方面： 1.计量单位与单位制； 2.计量器具（或测量仪器），包括实现或实现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具； 3.量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测; 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。,6,计量的分类 1、科学计量 科学计量主要是指基础性、探索性、先进性的计量科学研究,例如关于计量单位与单位制、计量基准与标准、物理常数、测量误差、测量不确定度与数据处理等。科学计量通常是计量科学研究单位,特别是国家计量科学研究机构的主要任务。 2、工程（工业）计量 工业计量也称工程计量,系指各种工程、工业企业中的应用计量。例如,关于能源、原材料的消耗、工艺流程的监控和产品质量与性能的计量测试等。工业计量涉及面广,是各行各业普遍开展的一种计量。,7,3、 法制计量 法制计量,是为了保证公众安全,国民经济和社会发展,根据法制、技术和行政管理的需要,由政府或官方授权进行强制管理的计量,包括计量单位、计量器具（特别是计量基准、标准）、计量方法以及计量人员的专业技能等的明确规定和具体要求。法制计量主要涉及安全防护、医疗卫生、环境监测和贸易结算等有利害冲突或特殊领域的强制计量。例如,关于衡器、压力表、电表、水表、煤气表、血压计等的计量。,8,计量的对象 在相当长的历史时期内，计量的主要对象是物理量，后来随着科技进步和社会发展而扩展到工程量、化学量、生理量，甚至心理量。 当前普遍开展和比较成熟的有几何量、温度、力学、电磁、无线电、时间频率、光学、电离辐射、声学和化学等计量，即所谓的十大计量,9,1、几何量计量,几何量计量通常称为长度计量,是最先形成和发展的一个计量科学领域。概括地说,几何量计量的内容是物体的几何尺寸、形状和位置,即几何量的“三大要素”。几何量计量的基本参量是长度和角度,以及由它们导出的平直度、表面粗糙度、园度、圆柱度、坡度、锥度、渐开线、螺旋线等,还包括万能量具的检定、光学仪器检定及生产中特殊零件的测量。几何量计量的基本单位是“米”,符号为“m”,它是国际单位制七个基本单位之一。 几何量计量常用的计量器具主要包括：量块、角度块、直尺、千分尺、游标卡尺、百分表、千分表、平晶、水平仪、测量显微镜、投影仪、园度仪、表面轮廓仪、齿轮测量仪器、测长仪、三座标测量机等。,10,2、温度计量,温度计量就是利用各种物质的热效应来计量物体的冷热程度。内容包括：超低温、低温、中温、高温、超高温、热量等项。温度计量单位为开尔文,符号为“K”。 温度计量常用的计量器具主要包括：水银温度计、热电偶、半导体点温计、体温计、动圈仪表、温度指示调节仪表、温度巡回检测仪、自动温度记录仪、干燥箱、恒温恒湿箱、培养箱、高低温试验箱等。,11,3、力学计量,力学计量包括质量、容量、密度、压力、真空、测力、力矩、硬度、冲击、速度、流量、振动、加速度等。力学计量常用的计量器具主要包括：砝码、天平、皮带秤、衡器、标准硬度块、硬度计、拉力表、测力机、负荷传感器、材料试验机、疲劳试验机、扭矩计、扭矩扳子、扭矩扳子检定装置、扭转试验机、测功机、加速度计、速度传感器、压力计、血压计、血压表、压力表、压力变送器、燃油加油机、密度计、流量计、水表、煤气表、雷达测速仪、测速仪、转速表等。,12,4、电磁计量,电磁计量是根据电磁原理,应用各种电磁标准器和电磁仪器、仪表,对各种电磁物理量进行测量。电磁计量包括电流、电动势、电阻、电感、电容、磁场强度、磁通量等。电磁计量常用的计量器具主要包括：标准电池、标准电压源、标准电流源、电阻器、电容器、互感器、电阻箱、电流表、电压表、功率表、兆欧表、磁通表、电能表、电能表检定装置、直流电位差计、直流电桥、交流电桥、万用表等。,13,5、无线电计量,无线电计量是指无线电技术所用全部频率范围内从超低频到微波的一切电气特性的测量。主要有高频电压、功率、相位、脉冲、阻抗、噪声、失真等。无线电计量常用的计量器具主要包括：信号发生器、调制分析仪、音频分析仪、失真度测量仪、示波器、函数发生器、脑电图机、心电图机、扫频仪、心电监护仪等。,14,6、时间频率计量,时间和空间是描述各种客观事物的发展运动变化的基本参量,时间和频率是描述周期现象的两个不同侧面。时间和频率在数学上互为倒数,它们共用同一个基准。计量单位为秒“s”。时间频率计量常用的计量器具主要包括：频率合成器、石英晶体振荡器、频率计、通用电子计数器、秒表、时间间隔发生器、电子计时器、电话计时计费装置等。,15,7、电离辐射计量,也称放射性计量,是对那些能直接或间接引起电离的辐射(X射线、射线、伦琴射线、镭、铀钍元素的中子辐射)进行测量称之为电离辐射计量。电离辐射计量分为适度计量（或称强度计量）和剂量计量两个方面。它广泛应用于医疗卫生（如服用同位素、肝扫描都必须剂量诊断准确）、环保监测、原子能发电、探矿、探伤、石油管道去污定位以及应用于农业上的育种等。电离辐射计量常用的计量器具主要包括：工作用射线辐射源、医用CT扫描仪、辐射加工工作剂量计、X射线探伤机、X辐射防护仪器、剂量笔、辐射防护仪表、医用诊断X辐射源、固体工作剂量计、化学工作剂量计、伦琴计等。,16,8、光学计量,光学计量主要包括光强、光通量、亮度、照度、色度、辐射度、感光度、激光等。光学计量应用很广泛,现代建筑物的建造要进行光强度的计量,以达到规定的照度标准。在光谱学方面,需要测量光谱的光度。此外,软片、胶卷的感光度、光学玻璃的折射率、染印、颜料、电影、电视都需要准确的光度、色度、和色温计量。在国防上,如导弹的导向、特种摄影等更需要对激光、紫外线、红外线进行准确的测量。光学计量的基本单位是发光强度坎德拉,符号：cd。光学计量常用的计量器具主要包括：照度计、亮度计、标准色板、色差计、测色光谱光度计、医用激光源、焦度计、阿贝折射仪、角膜接触镜、瞳距测量仪、验光机、标准镜片、光谱分析仪、光泽度计、汽车前照灯检测仪等。,17,9、声学计量,声学计量是专门研究测量物质中声波的产生、转播、接收和影响特性。声强、声压、声功率是声学计量中三个重要的基本参量,其中声压应用最广泛。声学计量涉及到通信、广播、电影、电视、房屋建筑、医药卫生、航行、海防、语言、音乐、工农业生产,以及各种生产、生活与科学领域。声学计量常用的计量器具主要包括：传声器、声级计、超声探伤仪、超声测厚仪、医用超声源、超声功率源、听力计、助听器等。,18,10、化学计量,化学计量也称物理化学计量,是指对各种物质的成分和物理特性、基本物理常数的分析、测定。主要包括：酸碱度、气体分析、燃烧热、粘度、标准物质等。由计量部门通过发放标准物质进行量值传递是化学计量的显著特点。化学计量常用的计量器具主要包括：酸度计、浊度计、可见分光光度计、原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、滤光光电比色计、烟度计、粘度计、热量计、粉尘浓度测定仪、烟尘浓度测定仪、液相色谱仪、气相色谱仪、电导率仪、电解式水分仪、一氧化碳测定仪、二氧化硫分析仪、定碳定硫分析仪、自动电位滴定仪、有毒有害可燃气体分析检测报警仪、元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、水分测定仪、常用玻璃量器、工业分析仪、酒精探测器等。,19,法定计量单位,为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量称为单位，单位制是给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。以下是国际单位制中七个基本单位。,20,国际单位制-辅助单位,21,国际单位制-导出单位,22,国际单位制-词头,23,国家选定的非国际单位,24,计量单位使用方法,法定计量单位和词头名称 a.读写的顺序原则上是与该单位的国际符号表示的顺序一致。（但乘方形式的单位名称，要把指数名称读在指数所表示的单位之前） 如：密度单位kg/m3，其中文名称为“千克每立方米”,25,计量单位使用方法,b.单位的国际符号中的数字符号（“”、“”、 “Xn”）的读写 乘号（“”）无对应的符号，即不需读写 除号（ “” ）对应读写“每”字，无论分母中有几个单位，“每”字只出现一次 乘方中的指数的响应名称一般是数字加“次方”两字，但如果是长度单位的2次幂或3次幂，且用以表示面积或体积时，则相应读写为“平方”和 “立方”。,26,计量单位使用方法,法定计量单位和词头的组合书写形式 a.相乘形式 不能加词头的单位不应放在最前面。 如：瓦特小时应为“Wh”不应为“h W” 若组合单位中某单位的符号又同时是词头符号，并有可能发生混淆时，亦不应放在最前面。 如：力矩的单位应写为Nm，不能写为MN（以免误为兆牛）。,27,计量单位使用方法,法定计量单位和词头的组合书写形式 b.相除形式 当可能发生误解时，应尽量采用分式形式或中间乘号用居中圆点表示负数幂形式。 如：速度单位宜用“m/s” “ms-1”不应为“ms-1”以免误为每毫秒。,28,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则 a.优先使用国际符号； b.组合单位加词头的原则 *相乘形式的组合单位加词头，词头应加在组合单位中的第一个单位前。 如：Nm加词头M时，应写为MN m，不宜写为N Mm。,29,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则 b.组合单位加词头的原则 *相除形式的组合单位加词头，词头应加在分子中的第一个单位前。但以下3种情况例外：kg允许在分母中；当组合单位中分母是长度、面积或体积时可；分子为1的组合单位加词头时可。,30,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则 c.单位的名称或符号要作为整体使用。 如：1cm2=1(cm)2； 1cm210-2m2 d.不能单独使用词头。,31,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则 e.词头不能重叠使用。 f.量值应正确表述。 如：57kg不应写为5kg7kg； 646mm不应写为64 mm 6mm； 1.75m不应写为1m75亦不应写为1m75cm。(但非十进制可以，6时30分),32,第二章 测量与数据处理,测量方法 数据修约 有效数字 误差 精度,偏差、标准偏差和公差 不确定度 测量次数,33,测量方法,直接测量法 直接测量法是将被测量的量直接地用同类标准的量来比较得到被测量值的测量方法，在进行中不必测量与被测的量有函数关系的其它量，但要对不属于测量对象而却影响被测量值的影响量进行修正。 间接测量法 间接测量法是通过对被测量的量有函数关系的其它量的测量，能得到被测量值的测量方法。如：通过测量液柱高度来求得压力量值。,34,测量方法,绝对测量法 计量器具可以直接测得被测量的整个量值，这种测量称为绝对测量。 相对测量法 计量器具仅指示被测量相对于标准量的偏差，从而得到被测量的方法称为相对测量。例如用接触式干涉仪检定量块。 接触测量法/非接触测量法 离线测量法/在线测量法,35,数据有效位数的确定与修约,计量数据是计量检定校准工作的产品，是评价产品质量与工作质量的重要依据。要取得准确可靠的数据，除了科学认真负责的测量外，根据被测量计量器具的允许误差极限对测量数据进行正确的数据处理计算也是非常重要的一个环节。,36,根据GB8170-87数值修约规则规定的修约方法有三种：整数倍、0.5倍和0.2倍修约。计量检定校准工作中一般采用整数倍修约方法，根据实际工作和误差理论相结合，简述如下。,37,修约数值有效位数的确定,从左边起第一个非0数字算起所有有效数字的个数，即为有效数字的位数，简称有效位数。 1.首先是上一级计量检定机构给出的有效位数作为确定有效位数的依据，其次是计量标准器能够读出的有效数据的位数作为确定有效位数的依据。,38,2.数学运算中有效位数的确定。 （1）加减法运算以各数据中小数部分位数最少的为准，运算结果比其多保留一位有效位数。 例：5.89+15.2551=21.145 （2）乘除法运算以各数据中有效位数最少的为准，运算结果比其多保留一位有效位数。 例：2.13.124=6.55,39,（3）开方或乘方的数据中的有效位数比被开方或乘方的数多保留一位有效位数。 例：1.42=1.96；1.232=1.861 （4）对数运算的数据中的有效位数应与真数的有效位数相等。 例：logl2.3=1.09,40,有效位数修约规则,为了便于记忆把规则编成顺口溜：4舍6入5求偶，5后非0则进1， 5后皆0视奇偶，5前为偶应舍去，5前为奇则进1。 实例分析：请将下列数值修约到只保留二位小数，302.21549； 302.22499； 302.22600； 302.22500； 302.21500 实例分析参考答案：302.22 （5后非0则进1）， 302.22 （4舍6入5求偶），302.23 （4舍6入5求偶），302.22 （5前为偶应舍去），302.22 （5前为奇则进1）。,41,GB8170-1987数值修约规则规定,拟修约数字应在确定修约位数后一次修约获得结果。而不得多次连续修约。 举例：将数值15.4546修约到个数位。 正确修约方法：15.454615。 不正确修约方法：15.454615.45515.4615.516。,42,有效数字,有效数字:所谓有效数字就是从仪器上能直接读出（包括一位估计读数在内）的几位数字。 1.0005g 五位有效数字 0.5000g 四位有效数字 0.0540g 三位有效数字 0.0054g 二位有效数字 0.5g 一位有效数字,43,规律,数字1、2、39都可作为有效数字，只有“0”比较特殊。 一般0在数字中间或数字后面都是有效数字。 0在数字前面时，它只是定位数字，用来表示小数点的位置，而不是有效数字。,44,有效数字位数:,加减后有效数字位数 在加减计算中，计算结果的小数点后位数，应与各加减数值中的小数点后的位数最少的相同。 如：0.0213+2.0657+15.53其结果应写为： 17.62 思考：为什么？,45,有效数字位数:,乘除后有效数字位数 在乘除计算中，计算结果有效数字位数，应与各数值中的有效数字的位数最少的相同。而与小数点的位置无关。 如：0.2122.0468812.528=5.43638277968其结果应写为： 5.44,46,误 差,按来源分类： （1） 标准器及测量仪器的误差； （2） 测量方法的误差； （3） 操作者的误差； （4） 测量环境引起的误差。 （5） 测量对象本身的缺陷引起的误差。 按性质分类： （1） 系统误差； （2） 偶然误差； （3） 其它误差（如：粗大误差）。,47,图：测量系统误差分析,48,系统误差,系统误差：在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变；或在条件变化时，按某一确定的规律变化。 系统误差可分为定值和变值系统误差,49,定值系统误差,定值系统误差的发现 定值系统误差可用实验法发现，如千分尺调零时就会发现定值系统误差。 定值系统误差的消除 定值系统误差可用修正法消除。,50,变值系统误差,变值系统误差的发现 变值系统误差通过对随机误差分布规律的检查来发现，常用残差观察法，如残差大体正负相间无明显规律变化可认为无变值系统误差；如呈周期或线形分布规律则可判定存在变值系统误差。 变值系统误差的消除 变值系统误差可用抵消法消除。,51,偶然误差,偶然误差 在一定测量条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号以不可预定的方式变化的测量误差。 偶然误差一般呈正态分布且有界。 偶然误差可通过概率和数理统计方法，估算其范围，通过对测量数据的分析处理，减少其对测量结果的影响。,52,粗大误差,粗大误差 超出在规定条件下预计的测量误差。这种误差是由于某种不正常的原因所造成的，如读数错误、突然振动等。 粗大误差明显歪曲了测量结果，应予以剔除。,53,可疑测定值的舍弃,3法则（又称拉依达准则） |X-x| 3 则为可信值,54,精 度,1. 正确度 定义：重复测量的平均值与真实值的差。 系统误差的影响程度 2. 精密度 定义：重复测量时，其测量数据间差异的程度。 随机误差的影响程度 3. 准确度-综合影响程度(不确定度或极限误差表示),55,正确度和精密度,56,偏差、标准偏差和公差,偏差 是指某一测量值减其参考真值所得的代数差。 标准偏差 多次测量，反映数据分散程度的量。 公差 某一数据允许的变动范围。,57,标准偏差,标准偏差 Si2/（N-1） i=Xi 为参考真值 常用算术平均值估计真值。,58,标准偏差,误差理论证明,测量列算术平均值xi的标准偏差x与单次测量的标准偏差有下列关系: x / N x 比小 N 倍，其分布较集中；因此，多次测量取平均值是提高测量精密度的主要措施之一。,59,极限误差的确定,随机误差的有界性可知,随机误差不会超过某一范围，测量极限误差就是指测量结果的误差极限范围。 一般认为在测量中任意测量一次，测得值对真值的差不会超过3即： lim= 3 测量列算术平均值的测量极限误差为： lim(x)= 3 (x) 多次测量的结果Xe可表示为: Xe=X 3 (x),60,直接测量列的数据处理,步骤: 判断系统误差。若发现则加以消除; 求算术平均值; 求残余误差； 计算单次测量的标准偏差； 判断并剔除粗大误差； 求算术平均值的标准偏差； 确定测量结果。,61,间接测量列的数据处理,函数误差的基本计算式 y=f(x1, x2, xn) 该函数的增量可用全微分表示 dy=(f/ x1)dx1+( f/ x2)dx2+. (f/ xn) dxn 若各直接测量值存在系统误差x1, x2, xn则函数（被测值）也相应存在系统误差y : y=(f/ x1) x1+( f/ x2) x2+. (f/ xn) xn （上式称为系统误差传递式）,62,间接测量列的数据处理,若各直接测量值存在随机误差则函数也相应存在随机误差。根据误差理论，函数标准偏差y与各直接测量列测得值的标准偏差 x1, x2, xn 的关系如下 : y = (f/ x1) 2 x1 2+( f/ x2) 2 x2 2+. (f/ xn) 2 xn 2 上式称为随机误差的传递式,63,间接测量列的数据处理,若各直接测量值的随机误差服从正态分布。则函数的测量极限误差计算公式为: lim(y) = (f/ x1) 2 2 lim(x1) +( f/ x2) 2 2 lim(x2) +. (f/ xn) 2 2 lim(xn) 式中: lim(y) = 函数的测量极限误差 lim(xi) = 各直接测量列测得值的极限误差,64,间接测量列的数据处理,间接测量列测量结果的表达： Ye=(Y- Y) lim(y),65,例1. 直接测量的数据处理 对一工件12次测量，数据如下，求测量结果,讨论,66,讨论,例2. 间接测量的数据处理 在万能工具显微镜上用弓高弦长法测得弓高H=20mm，弦长L=100mm，其系统误差和测量极限误差分别为： H=4m lim(H) =1 m L=5m lim(L) =2 m 试确定该圆弧半径的测量结果。 注：R=L2/（8H）+H/2,67,原始记录的要求,原始记录数据不得随意涂改。如果将数据写错，必须在错误数字上划两横线，然后将正确的数字写在错误数字的右上角，并加盖私章。 原始记录数据必须用钢笔或签字笔填写，不得使用铅笔或圆珠笔填写。 原始记录应永久保存,68,原始数据的处理方法,程控校验台在使用过程中，必须严格按检定规程要求制定检定方案（校验点），计算机采集的原始数据必须按要求保存。 计算机采集的原始数据必须定期备份 计算机采集的原始数据如采用网络（局域网）集中管理，必须按要求将校验数据上传至网络数据库中。,69,网络（局域网）数据库的原始校验数据必须定期、可靠的进行备份，校验数据永久保存。,70,CNAS-CL07:2011测量不确定度的要求,通用要求 对校准实验室的要求 对标准物质/标准样品生产者的要求 对校准和测量能力（CMC）的要求 对检测实验室的要求,71,对检测实验室的要求,应制定评估程序，并用于检测工作 应有能力评估 当不确定度与检测结果的有效性或应用有关 在用户有要求时 当不确定度影响到对标准规范限度的符合性判定时 当测试方法中有规定时 CNAS有要求时,72,73,测量不确定度,前面对误差的分类，我们得知： 随机误差有其不可修正的特性。 系统误差虽可加以修正，但修正因子或修正量的本身，亦可能隐含有不确定性。 所以由以上两点我们引申出：测量误差必存在于每一测量作业中，而此误差在评估及修正的过程中所衍生出来的不确定性，若加以量化，即为“测量不确定度”而ISO国际标准对“测量不确定度”给了一个定义：是一个测量量的真值其存在范围的估计值。 因此测量不确定度的表达是以一区间范围表示之：YUt,74,测量不确定度,标准不确定度的A类评价 用统计方法评定的不确定度。（用实验标准偏差表征） 标准不确定度的B类评价 用统计方法评定的不确定度，用根据经验或资料及假设的概率分布估计的标准偏差表征。,75,测量不确定度,A类评定法 对被测量X，在同一条件下进行n次测量，X的实验标准偏差S( x )即不确定度： U(x)= S( x )= S( x ) / n,76,测量不确定度,B类评定法 根据经验或资料分析判断被测量的可能值区间(-a,a)假设的概率分布,由要求的置信水平(包含概率)估计包含因子k ,则测量不确定度为: U(x)=a / k a为区间的半宽度.,77,测量不确定度,合成标准不确定度 若测量结果的标准不确定度由若干个不确定度分量时,可用各不确定度分量合成得到.当各分量互不相关时,合成不确定度Uc为: Uc= Ui2,78,测量不确定度,扩散不确定度U U=k Uc k为包含因子 , 测量结果可表示成Ye=yU. 被测量Y的可能值以较高的置信概率落在该区间内. 即: y-UYy+U,79,测量不确定度,包含因子k的选择 一般包含因子k = 23, 当k=2时,区间的置信水平约为95% 当k=3时,区间的置信水平约为99% 测量不确定度评定与表示指南 测量不确定度评定与表示实例,80,评不确定度的八个主要步骤,1 确定你从测量需要得出什么。 2 实施所需要的测量。 3 估计供给最终结果的各输入量的不确定度。 4 确定各输入量的误差是否彼此不相关。 5 计算你的测量结果（包括像校准等事的已知修正值） 6 根据所有各个方面情况求合成标准不确定度。 7 用包含因子，与不确定度范围的大小一起，表述不确定度，并说明置信概率。 8 写下测量结果和不确定度，并说明你是如何得到它们的。,81,不确定度计算前应该注意事项,标准不确定度 所有有贡献的不确定度，都应以相同的置信概率并将它们换算称标准不确定度来表示。 标准不确定度是可以认为其大小为“正负一倍标准偏差”的范围。 标准不确定度告知了我们关于平均值的不确定度（不只是各个值的分散度）。标准不确定度通常用符号u（小写u）或u（y）（y的标准不确定度）来表示。,82,1对A类评定计算标准不确定度 当取了一组若干个重复读数（对A类不确定度估计），则对该组值可计算出平均值，以及估计的标准偏差s。据此，对平均值的估计的标准不确定度u按下式计算： u=s/n 式中，n是该组值的测量次数。（平均值的标准不确定度在历史上也曾称作平均值的标准偏差，或平均值的标准误差。）,83,对B类评定计算标准不确定度 在信息比较欠缺的场合（在某些B类估计中），你也许只能估计不确定度的上限和下限。然后你可能不得不假定每个值都以相同可能性落在上、下限之间的任何地方，也就是矩形分布或者均匀分布。对矩形分布的标准不确定度由下式来求：a /3 式中a是上下限与下限之间的半区间（或者称半宽度）。,84,把不确定度从一个单位换算成其它单位 在各不确定度分量合成以前，它们必须是相同单位的。 例如，做长度测量，最终还是用长度来表述测量不确定度。有一项不确定度来源可能是室温的变化。虽然这项不确定度的来源是温度，但效应是用长度来表示的，并必须用长度单位来计算它。你要是知道对被测材料温度每升高一度就膨胀0.1%。在这样情况下，对一根100cm长的材料，如果温度的不确定度为2摄氏度，长度的不确定度就是0.2cm。一旦标准不确定度都用一致的单位表示，就可用下述技巧之一来求合成不确定度。,85,合成标准不确定度 由A类或B类评定所计算的的多个标准不确定度可以用“平方和法”（众所周知的“方和根法”）有效地进行合成。这样合成的结果成为合成标准不确定度，用uc和uc（y）表示。 在用加减法就得到测量结果的场合，平方和法是最简便的。,86,对加、减关系的平方和法 测量结果是一些列被测量值之和（或相加或相减）的情况是最简单的。 举例来说，你可能需要求得由不同宽度围墙壁围成围墙的总长度。如果每块围墙壁长度的标准不确定度（以米为单位）由a、b、c等等给定，那么就可通过对多不确定度乘方，再将它们加在一起，然后对总和取平方跟，来求得总围墙的合成标准不确定度（以米为单位）。即合成不确定度,87,对乘、除关系的平方和法 对有的较复杂情况，用相对不确定度或分数表示的不确定度来简化计算工作可能是有效的。 例如，你可能需要对一块矩形地毯通过其长度L乘以宽度W来求得它的面积A（即A=L X W）。地毯面积的相对不确定度或分数不确定度可以根据长度和宽度的分数不确定度求得。对具有不确定度u（L）的长度L，相对不确定度为u（L）/L。对宽度W，则相对不确定度为u（W）/W。那么面积的相对不确定度u（A）/A由下式给出：,88,对更复杂函数的平方和法 在最终测量结果的计算中对某值乘方（如Z2）的场合，那么对乘方分量的相对不确定度用下式表示：,89,对测量结果的部分计算是平方根的地方，那么对该分量的相对不确定度用下式表示：,90,有些测量是用由加、减、乘、除等等复合形式的关系式来处理的。 例如：你可能测量的是电阻R和电压V，然后用下列关系式计算形成功率P的结果：,91,在这种情况下，功率值的相对不确定度u（P）/P由下式给出,92,相关性 在以上用来计算合成标准不确定度的关系式，如果输入量的标准不确定度都不是相互有关系或者说不相关，那才是正确的。这意味着我们通常必须要问是否所有的不确定度分量都是独立的。一个输入量的大误差会造成另一输入量的大误差吗？某些外界的影响，如温度，会同时对不确定度的几个方面有明显的相似影响吗？通常多个误差都是独立的。但如果他们不独立，那么就需要做额外的计算。这些就不再详述了,93,包含因子k 为了求得合成标准不确定度，统一的换算了不确定度分量，然后我们还会要在换算测量结果。 合成标准不确定度可被看作相当于“一倍的标准偏差“，但我们还会希望具有在另外置信概率下，（如95%）表述的总不确定度。 包含因子k 可以用包含因子k来做这种再估计。用包含因子k乘以合成标准不确定度uC所给出的结果称为扩展不确定度，通常用符号U表示，即,94,包含因子的特定值就给出了对扩展不确定度的特定置信概率。 最常见到，我们是用包含因子k=2来估计总不确定度，给出的置信概率约为95%。 几个其它包含因子（对正态分布）为： k=1 置信概率约为68% k=2. 58 置信概率约为99% k=3 置信概率约为99.7%,95,举例-不确定度的基本算法,举例-不确定度的基本算法 测量-一根绳子有多长？ 步骤一：确定你从你的测量中需要得到的是什么，为产生最终结果，要决定需要什么样的实际测量和计算。你要测量长度而使卷尺。除了在卷尺上的实际长度读数外，你也许有必要考虑：,96,（1）卷尺的可能误差 卷尺是否需要修正或者是否有了表明其正确读数的校准 那么校准的不确定度是多少？ 卷尺易于拉长吗？ 可能因弯曲而使其缩短吗？从它校准以来，它会改变多少？ 分辨力是多少？即卷尺上得分度值是多少？（如mm）,97,（2） 由于被测对象的可能误差 绳子伸直了吗？欠直还是过直？ 通常的温度或湿度（或任何其它因素）会影响其实际长度吗？ 绳的两端是界限清晰的，还是两端是破损的？,98,（3）由于测量过程和测量人员的可能误差 绳的起始端与卷尺的起始端你能对的有多齐？ 卷尺能放的与绳子完全平行吗？ 测量如何能重复？ 你还能想到其它问题吗？,99,步骤二：实施所需要的测量，并记录测量长度。 为了格外充分，你进行重复测量总计10次，每一次都重新对准卷尺（实际上也许并不十分合理）。让我们假设你计算的平均值为5.017米，估计的标准不确定度为0.0021m（即2.1mm）。 对于仔细测量你还可以记录： 你在什么时间测量的 你是如何测的，如沿着地面还是竖直的，卷尺反向测量与否，以及你如何使卷尺对准绳子的其它详细情况 你使用的是哪一个卷尺 环境条件（如果你认为会影响你测量结果的那些条件） 其它可能相关的事项,100,步骤三：估计供给最终结果的各输入量的不确定度。 以同类项（标准不确定度）表述所有的不确定度。你要检查所有的不确定度可能来源，并估计其每一项大小。假定是这样的情况： 卷尺已校准过。 卷尺上得分度值为毫米。 卷尺处于伸直状态 以上是B类判定,101,A类评定。 标准偏差告诉我们的是卷尺位置可重复到什么程度，及其对平均值的不确定度贡献了多少。10次读数平均值的估计的标准偏差用下面公式来求：,102,步骤四：确定各输入量的误差是否彼此不相关。 步骤五：计算你的测量结果 改测量结果取自平均读数值，加上卷尺放的稍歪的必要修正值，即 5.017m+0.010m=5.027m 步骤六：根据所有各个方面情况求合成标准不确定度。 求测量结果所用的唯一计算是加修正值，所以能以最简单的方式采用平方和法（5.2.1中所采用的公式）。标准不确定度被合成如下： 合成标准不确定度=,103,步骤七：用包含因子，与不确定度范围的大小一起，表述不确定度。并说明置信概率。对包含因子k=2，就用2乘以合成标准不确定度，则给出扩展不确定度为12.8mm（即0.0128m）。这赋予的置信概率约为95%。,104,步骤8：记下测量结果和不确定度，并说明你是如何得到它们的。你可以记述如下： “绳子的长度为5.027m0.013m。报告的扩展不确定度是根据标准不确定度乘以包含因子k=2得出的，提供的置信概率约为95%。“ “报告的长度是对水平放置的绳子做10次重复测量的平均值。估计了测量时绳子放置不完全直的影响，而对测量结果作了修正。,105,仪器主要特性,（一） 有关工作范围的特性 （二） 有关工作条件的特性 （三） 有关响应方面的特性 （四） 有关准确度方面的特性 （五） 有关性能方面的特性,106,（一） 有关工作范围的特性,测量仪器的示值测量仪器所给出的量的值。 标称值测量仪器上表明其特性或指导其使用的量值，该值为修约值或近似值。 标称范围测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。 量程标称范围两极限之差的模。 测量范围（工作范围）测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。,107,（二） 有关工作条件的特性,额定操作条件测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。一般规定被测量和影响量的范围或额定值。 极限条件测量仪器的规定计量特性不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件下运行而能承受的极限条件，极限条件可包括被测量和影响量的极限值。,108,（三） 有关响应方面的特性,响应特性在确定条件下，激励与对应响应之间的关系。 灵敏度测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。 鉴别力使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应缓慢而单调地进行。 显示装置的分辨力显示装置能有效辨别的最小的示值差。 死区不致引起测量仪器响应发生变化的激励双向变动的最大区间。 响应时间激励受到规定突变的瞬间，与响应达到并保持其最终稳定值在规定极限内的瞬间，这两者之间的时间间隔,109,（四） 有关准确度方面的特性,1. 最大允许误差对给定测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。 2. 基值误差为核查仪器而选用在规定的示值或规定的被测量值处的测量仪器误差。 零值误差被测量为零值的基值误差。,110,（五）有关性能方面的特性,稳定性测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。 超然性测量仪器不改变被测量的能力。 可靠性测量仪器在规定条件下和规定时间内，完成功能的能力。 测量仪器的重复性在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，测量仪器提供相近示值的能力。,111,测量系统各项定义,测量系统：是与量测结果有关的仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合. 偏移：量测结果的观测平均值与基准值的差值. 线性：指量测系统在预期的工作范围内偏倚的变化. 稳定性：量测系统在某持续时间内量测同一基准或零件的单一特性时获得的量测总变差 重复性：一人使用同一量具多次量测同一零件之差量 再现性：不同人所量测同一零件多次平均之间的差量,112,测量系統-偏移,偏移= 观察平均值- 参考平均值,偏移,观察平均值,113,测量系统-线性,参考值,观察平均值,末偏倚,偏倚,114,测量系统-稳定性,稳定性,第2次,第1次,115,测量系统-重复性,重复性,同一操作员 同一量具 同一零件,116,测量系统-再現性,人员 B,人员 C,人员 A,再現性,不同操作員 同一量具 同一零件,117,仪器的选择要求,在采购、选择计量仪器时，主要应考虑以下几个方面： 1. 应选择有资质的厂商生产的计量仪器。 2. 应考虑计量仪器的准确度、稳定度、量程、分辨力等因素。 3. 应考虑技术、经济性因素。 用于工艺过程监控的计量设备还要对动态性能予以考虑，如频率响应、响应时间及跟踪误差等指标要满足要求。 单件或小批量生产应选用通用（万能）计量仪器，大批量生产应选用专用计量仪器。,118,选配考虑因素,技术特性 a.使用方便、操作简单可靠； b.易于搬运、安装、拆卸；易于和检定（或校准）装置连接装配； c.使用期易于防护；防磁、防干扰等性能好； d. 所须专用辅助设施少； e.对环境、操作人员条件要求合理不苛刻。,119,选配考虑因素,经济特性 a.价钱便宜； b.操作、维护、保护和检定（或校准）费用少； c.能修理、寿命长； d. 利用率高； e.使用时所须场地少； f.需操作人员少。 g.测量仪器厂商可提供相关说明书、提供培训等售后服务。,120,第三章 计量仪器的管理,计量仪器的分类； 仪器的管理； 仪器的使用与保养；,121,第三章 仪器管理,4-1 计量仪器的分类 凡直接或间接从事量测、分析、校准、检验、测试等作业的设备统称之。 1、按被测量的量来分类，测量仪器可分为十类： （1） 几何量计量仪器： （2） 温度计量仪器： （3） 力学计量仪器： （4） 电磁学计量仪器： （5） 无线电（电子）计量仪器： （6） 时间频率计量仪器： （7） 电离辐射计量仪器； （8） 光学计量仪器； （9） 声学计量仪器； （10） 化学计量仪器或物质（标准物质）；,122,第三章 仪器管理,几何量计量仪器： 如光波干涉仪、量块（00、0、1、2、3、校准（k)、线位移动光栅尺（三次元）、一般线纹尺（直尺、卷尺、尺等）、游标卡尺、千分尺、塞尺（厚薄规）、角度块、角度测量仪、平晶、通止规、螺纹量规、皮革面积测量机等 温度计量仪器： （1） 膨胀式温度计。如玻璃液体温度计、双金属温度计； （2） 压力式温度计。如液体、蒸汽压力温度计； （3） 电阻温度计。 如铂、铜电阻温度计、热敏电阻温度计； （4） 热辐射温度计。如光学、光电温度计、辐射温度计、比色温度计； （5） 热电动势式温度计。如热电偶温度计。,123,计量仪器的管理,力学计量仪器： 如法码（法码按精度分为E1、E2、F1、F2、M1、M2、M3七个等级）、天平（扭力天平、架盘天平、液体比重天平）、衡器、硬度测试机、标准硬度块、粘度计、材料试验机、压力计、压力表、压力传感器、流量计（水表、蒸汽表、计量加油机）等 电磁学计量仪器： 如单相电度表、三相电度表、电流互感器、电压互感器、电流表、电压表、万用表等 无线电（电子）计量仪器： 如信号发生器、感应分压器、回转式衰减器等。 时间频率计量仪器： 如钟、秒表、航海天文钟等,124,计量仪器的管理,电离辐射计量仪器； 如射线测量仪等 光学计量仪器； 如球形光度计、照度计、亮度计、标准色板、色度计、色差计、分光光度计、激光能量计、激光功率计、白度计、光泽计、光学密度计、雾度计（朦胧计）等 声学计量仪器； 如听力计、水声声压计 化学计量仪器或物质（标准物质）； 如PH值测试仪、化学标准物质,125,按性质分类,（1）计量基准 计量基准一般又分为国家基准、副基准和工作基准。“用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度，经国家签定并批准，作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具”称为国家计量基准。 （2）计量标准 计量标准是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。 （3）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称为工作用计量器具。,126,仪器设备管理的任务,1遵照工作上适用、技术上先进、经济上合算的基本原则选购仪器设备。 2做到购置时仪器设备主机、附件配套齐全，到货后及时安装调试、验收、投用，出现故障时及时修复。 3合理利用仪器设备，不保留过多剩余能力，也不能使高性能设备长期在低档运行或存储不用。 4做好仪器设备革新改造、更新换代工作，同时做好引进设备的研究、消化和改进。 5加强仪器设备维修与管理人员的技术培训，提高维修和保养技术，保证备件、配件的供应。 6开展经济核算，重视经济效益。,127,计量仪器的日常管理,测量设备和计量器具的流转 测量设备的封缄 测量设备的标志 测量设备的ABC分类管理 不合格设备及其数据处理 外购产品和外来服务的利用 补充：计量管理制度汇总,128,测量设备和计量器具的流转,计量器具采购申请审核 入库检定和验收 建立发放制度 降级、报废、销号 周期检定和校准 计量器具使用和保养制度,129,计量仪器的使用与保养,企业可根据测量仪器使用的复杂程度及测量仪器使用人员的素质决定是否编写测量仪器的使用说明书。 如投影机使用说明书 对于较为复杂的测量仪器，公司除了要编写使用说明书以外，还应对使用人员进行培训，确保使用人员了解测量仪器的原理、使用方法、操作步骤、注意事项等。 如三次元训练课程 对于精密度要求较高的测量仪器，公司还应规定仪器的保养内容。 如 块规保养指导书,130,测量设备的封缄,封缄的完整性 封印管理 封印的位置 封印的形式 封印破坏后的处理措施 编制封印管理的程序文件 测量设备的零位调整 包括测量仪器和设备： 辅助设备、夹具、定位器、样板、模具、软件等,131,测量设备的标志,对于一个拥有计量器具品种多、数量大的企业，如何实现有效的管理以防止乱用、误用和错用等现象发生，采用标志管理是一个有效的办法。 标志管理最显著的特点是标志要简洁、鲜明和易于被普通工作人员识别。 标志的固定可采用三种方式：即胶粘式、系带式和永久固定式。 目前，我国企业中所采用的标志主要有以下几种： 1、计量标准标志：表示是企业内的最高计量标准器和工作用计量标准器，一般设置在企业计量实验室内。它应按我国计量法要求，由政府计量行政部门考核并与更高准确度计量标准器建立固定的量值溯源关系。,132,标志要求和形式,2、合格证标志：它用于那些能够按国家计量检定系统表和相应的检定规程检定合格的计量器具。 3、准用证标志：用于这样一些计量器具，例如没有相应的检定规程作为检定依据的；有自校装置或功能的；直接由国外引进、国内尚无相应计量标准而企业通过一定的溯源途径能保障计量器具在一定准确度内满足生产要求的，也应准许使用。 4、限用证标志：由于测量对象的特殊性或者由于计量器具本身的局限（或缺陷），只能允许在某一测量范围或某一特定条件下使用。这种有条件有局限性的使用，尤其应有特殊标志以提醒人们不能像通常的计量器具那样随意使用。,133,测量设备的标志形式,5、禁用标志：对于那些经校准或检定已无法修复的不合格计量器具，或者国家已明令淘汰的计量器具未经批准均不准投入使用。 6、封存标志：暂不投入使用的或未经校准确认的计量器具，可暂予封存。封存的计量器具 不属受控范围，也不受国家监督。但在欲投入使用前仍应进行校准确认。 以上这些标志可以用不同的颜色加以明显地区分，并且根据不同的需要，在标志上标注一些重要提示项目。例如，有效期、校准日期、封存 日期、禁用日期、使用人、检定人、限用条件等。,134,测量设备的ABC分类管理,A类计量器具 B类计量器具 C类计量器具,135,A类计量器具,企业最高计量标准和计量标准器具 一级能源计量用器具 进出厂物料核算和散装产品出厂用器具 安全防护、环境检测、医疗卫生用、并列入强检工作计量器具目录内的计量器具 关键的原材料、原器件、外协外购件的关键质量验收用器具 产品的关键质量参数检验用器具 工艺过程中关键参数控制用器具 企业内部贵重物料、物品检测用器具,136,B类计量器具,新产品技术开发，新产品研制用器具 二三级能源计量用器具 企业内部物料管理用计量器具 安全防护、环境检测、医疗卫生用、并且未列入强检工作计量器具目录内的计量器具 一般原材料、原器件、外协外购件的质量验收用器具 产品质量的一般参数检验用器具 工艺过程中非关键参数控制用器具,137,C类计量器具,国务院计量行政部门明令允许一次性检定的计量器具。例如竹木直尺、玻璃