标准化计量质量基础知识

第一节概述 一 标准及标准化定义 一 什么叫标准 国家标准 GB3935 1 83 标准化基本术语第一部分对标准作如下定义 标准是对重复性事标准是对重复性事 物和概念所做的统一规定物和概念所做的统一规定 它以科学 技术和实践经验的综合成果为基础 经有关方面协商一致 由 主管机构批准 以批准 以特定形式发布 作为共同遵守的准则和依据 该定义包含以下几个方面的含义 1 标准的本质属性是一种标准的本质属性是一种 统一规定统一规定 这种统一规定是作为有关各方 共同遵守的准则和依据 分为强制性标准和推荐性标准两类 2 标准制定的对象是重复性事物和概念标准制定的对象是重复性事物和概念 这里讲的 重复性 指的是同一事物或概念反复多次出 现的性质 只有当事物或概念具有重复出现的特性并处于相对稳定时才有制定标准的必要 3 标准产生的客观基础是 科学科学 技术和实践经验的综合成果技术和实践经验的综合成果 4 制定标准过程要 经有关方面协商一致 就是制定标准要发扬技术民主 与有关方面协商一致 做 到 三稿定标 即征求意见稿 送审稿 报批稿 5 标准文件有其自己一套特定格式和特定颁布的程序 二 什么是标准化 GB 3935 1 对标准化的定义是 在经济在经济 技术技术 科学及管理等社会实践中科学及管理等社会实践中 对重复性事物和概对重复性事物和概 念通过制定念通过制定 发定和实施标准发定和实施标准 达到统一达到统一 以获得最佳秩序和社会效益以获得最佳秩序和社会效益 1 标准化是一项活动过程 这个过程是由 3 个关联的环节组成 即制定 发布和实施标准 第三条规定 标准化工作的任务是制定标准标准化工作的任务是制定标准 组织实施标准和对标准的实施进行监督组织实施标准和对标准的实施进行监督 2 标标准化的目的是准化的目的是 获得最佳秩序和社会效益获得最佳秩序和社会效益 最佳秩序和社会效益可以体现多方面 如在生产 技术管理和各项管理工作中 按照 GB T 19000 建立质量保证体系 可保证和提高产品质量 保护 消费者和社会公共利益 简化设计 完善工艺 提高生产效率 扩大通用化程序 方便使用维修 消 除贸易壁垒 扩大国际贸易和交流等 第二节 标准的分级 分类和标准体系 一 标准的分级 根据 规定 我国标准分为 国家标准国家标准 行业标准行业标准 地方标准和企业地方标准和企业 标准标准 4 级级 一 国家标准 1 国家标准由国务院标准化行政主管部门负责组织制定和审批 二 行业标准 1 行业标准由国务院有关行政主管部门负责制定和审批 并报国务院标准化行政主管部门备案 2 行业标准制定对象 对没有国家标准又需要在行业范围内统一的下列技术要求 可以制定行业 标准 行业术语 符号 含代号 文件格式 制图方法等通用技术语言 工农业产品的品种 规格 性能参数 质量标准 试验方法以及安全 卫生要求 工农业产品的设计 生产 检验 包装 储存 运输 过程中的安全 卫生要求 通用零部件的技术要求 产品结构要素和互换配合要求 工程建设的勘察 规划 设计施工及验收的技术要求和方法 信息 能源 资源 交通运输的技术要求及其管理技术要求 行业标准不得与国家标准相抵触 在相应国家标准批准实施之后 该项目行业标准即行废止 三 地方标准 1 地方标准由省级政府标准化行政主管部门负责制定和审批 并报国务院标准化行政主管 部门和国务院有关行政主管部门备案 在相应国家标准或行业标准批准实施这后 该项地方标准 即行废止 2 地方标准制定对象 对没有国家标准和行业标准而又需要在省 自治区 直辖市范围内 统一的下列技术要求 可以制定地方标准 四 企业标准 企业标准由企业制定 由企业法人代表或者法人代表授权的主管领导批准 发布 由企业 法人代表授权的统一 企业标准有以下几种 企业生产的产品 没有国家标准 行业标准和地方标准的 应当制定的企业产品标准 为提高产品质量和促进技术进步制定严于国家标准 行业标准和地方标准的企业产品标准 对国家标准 行业标准的选择或补充的标准 工艺 工装 半成品等方面的技术标准 生产 经营活动中的管理标准和工作标准 二 标准的分类 按标准发生作用的范围和审批标准级别分为国家标准 行业标准 地方标准和企业标准四级国家标准 行业标准 地方标准和企业标准四级 按标准的约束性 分为强制性标准与推荐性标准强制性标准与推荐性标准 保障人体健康 人身 财产安全的国家标 准或行业标准和法律及行政法规规定强制执行的标准是强制性标准 其它标准是推荐性标准 按在标准系统中的地位和作用 分为基础标准和一般标准基础标准和一般标准 基础标准是指在一定范围内作为 其它标准的基础并普遍使用 具有广泛指导意义的标准 标准化工作导则 标准编写的基本规定 特别强调每项标准的文本应和现有基础性国家标准条文协调一致 并列 出现有我国基础性国家标准 项名称 如 3100 3102 量和单位 4458 5 尺寸的公差与配合的注法 2822 标准尺寸 为了突出基础标准的地位 相对于基础标准的其它各类标准称为一般标准 按标准化对象在生产过程中的作用 可分为原材料标准 零部件标准 工艺和工艺装备 标准 设备维修标准 产品标准 检验与试验方法标准 包装标准等 按标准的性质分为技术标准 管理标准化和工作标准 第二章第二章 计量基础知识计量基础知识 概述 计量在我国已有 5 千年的历史 过去 计量在我国称为 度量衡 其原义是关于长度 容量和质量的测量 其主要的计量器具是尺 斗 秤 随着社会的发展和科学的进步 它的概 念和内容也在不断扩展和充实 远远超出 度量衡 的范畴 计量原本是物理学的一部分 或 者说是物理学的一个分支 现已发展形成一门研究测量理论和实践的综合性学科 计量学 计量学研究的内容包括 1 计量单位及其基准 标准的建立 复制 保存和使用 2 量值传递 计量原理 计量方法 计量不确定度以及计量器具的计量特性 3 计量人员行计量的能力 4 计量法制和管理 5 有关计量的一切理论和实际问题 计量学也研究物理常量 常数和标准物质 材料特性的准确测定 计量学的分类计量学的分类 目前我按专业把计量学划分为几何量几何量 温度温度 力力学 学 电磁学电磁学 电子电子 时间频率时间频率 电离辐射电离辐射 光学光学 声学声学 化学化学等 10 大类 计量的定义计量的定义 计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量 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 计量的发展大体可分为 3 个阶段 1 古典阶段 计量起源于量的概念 人类从利用工具到制造工具 包含着对事物大小 轻重 软硬等到的思维 过程 逐渐产生了形与量的概念 英王亨利一世将其手臂向前平伸 从其鼻尖到指尖的距离定为 码 英王查理曼大帝以自己的脚长为标准 把它定为 英尺 等 2 经典阶段 近代阶段 1985 年 米制公约 的签订 标志着计量经典阶段的开始 由于科学水平的限制 根据地球子午线 四分之一的一千万之一长度制成长度基准米原器 根据 1 立方分米的纯水在密度最大时的质量制 成了质量基准千克原器等 这类实物基准 随着时间的推移 由于腐蚀 磨损 量值难免发生微小变化 由于原理和技术的限制 准确度也难以大幅度提高 3 现代阶段 现代计量的标志是由以经典理为基础 转为以量子理论为基础 由宏观实物基准转为微观自然就 好 国际单位制中 7 个 SI 基本单位 已有 5 个实现了微观自然基准 即量子基准 三 计量的特点 1 准确性 准确性是计量的基本特点 是计量科学的命脉 计量技术工作的核心 它表征计量结果与被测量真 值的接近程序 2 一致性 一致性是计量学最本质的特性 计量单位统一和量值统一是计量一致性的两面个方面 单位统一 是量值统一的重要的前提 3 溯源性 为了使计量结果准确一致 任何量值都必须由同一个基准 国家基准或国际基准 传递而来 换句话 说 都必须能通过连续的比较链与计量基准联系起来 这就是溯源性 溯源性 毕竟使计量科技与 人们的认识相一致 使计量的 准确 与 一致 得到基本保证 4 法制性 计量的社会性本身就要求有一定的法制来保障 否则 计量的准确性 一致性就无法实现 其作用 也无法发挥 三 计量器具 一 计量器具的定义及其分类 计量器具是指可单独地或与辅助设备一起 用以直接或间接确定被测对象量值的器具或装置 计 量器具根据结构形式一般可分为 实物实物 量具量具 计量仪器计量仪器 仪表仪表 计量装置计量装置以及用于统一量值的标标 准物质准物质 1 实物 量具 实物 量具是指具有固定形式 用来复现或提供给定量的的一个或多个已知量值的计量器具 它 们一没有指示器 在测量过程中没有附带运动的测量器具 量具根据其复现或提供给定量已知值的多少 可分为单值量具 如法码 量块 标准电池等 和 多值量具如有分度的线纹米尺 标准信号发生器等 成组量具 如砝码 量块组 也可视为多值量 具 2 计量仪器 仪表 计量仪器 仪表 是指将被测量值转换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具 例如 天平 温 度计 电流表 压力表等都是常用的计量仪器 判断某计量器具是否属于计量仪器 主要看其用于测量时 被测量是否在该器具上被 转换 一般说来 计量仪器按其计量功能分为指示计量仪器 记录式计量仪器 比较式计量仪器 3 计量装置 计量装置是指为确定被测量值所必须的计量器具和辅助设备的总体 例如 光学高温计检定装置 晶体管图示仪校准装置等 4 标准物质 标准物质通常是指有证标准物质 其定义为 具有一种或多种准确确定的特性值 用于校准计量器 具 评价测量方法或给材料赋值 并附有经批准的鉴定机构发给证书的物质或材料 从广义来说 标 准物质属于计量标准 且属于 实物 量具的范畴 计量器具按其计量学的技术性能和用途以及在检定系统表中的位置分为计量基准 计量标准和 工作计量器具 其中 工作计量器具 是指用于现场测量而不用于检定工作的计量器具 二 计量器具的主要计量特性 1 示值示值 计量器具的示值 是指由计量器具所指定的 或提供的 被测量值 它用被测量的单位表示 而与标在 标尺上的单位无关 有些具有线性标尺的计量仪器 标在标尺上的值还不是示值 需将它乘以仪器 常数才得到示值 此时标在标尺上的值称为标尺值 有时称为直接示值或直接读数 量具的表示值就是它的标称值 2 测量范围和量程测量范围和量程 测量器具的测量范围 标尺范围 标称范围 量程在概念上极易混淆 应加以区别 对模拟显示而言 标尺范围是指在给定的标尺上 两端标尺标记之间标尺值的范围 它用标在标尺 上的被测量的单位无关 标称范围也可称为示值范围 测量范围是指使计量器具的误差处于允许限内的一组被测量的范围 在标称范围中 只有计量器 具的误差处于允许极限内的那一部分才是测量范围 有时又把测量范围称为 工作范围 或 有效范 围 量程的正确定义是标尺范围的上下限之差的模 绝对值 首先 测量范围应覆盖尽可能多的被测量值 最好是全部待测量值 且测量范围内规定的相应误差 极限满足预定的要求 一般建议 让被测量落在量程的 1 5 2 3 之间为宜 3 准确度和误差准确度和误差 准确度 它包括两个方面的含义 即测量的准确度和计量器具的准确度 前者是对测量而言 后者是 对计量器具而言 计量器具的准确度是指计量器具给出接近于被测量真值的示值的能力 它反映了在计量器具所给 出的示值中 由于系统误差和随机误差的影响 示值接近真值和程度 它不仅反映了计量器具本身 的质量 而且是测量准确度的重要基础和条件 计量器具的示值误差是指计量器具的示值与 约定 真值之差 对于量具而言 它等于量具的标称值 与其 约定 直值之差 对于计量仪器而言 它等于计量仪器的示值与被测量的 约定 真值之差 计量器具的准确度用示值误差进行定量表达时 具体评定方式有如下几种 1 可将实验得到的计量器具的偏移误差与重复性误差归纳为 A 类和 B 类不确定度的综合 所谓偏移误差指计量器具示值误差中系统误差的分量 所谓重复性误差是指计量器具示值误差中 的随机误差分量 2 在日常使用中 计量器具的准确度大多用计量器具的 最大 允许误差 或称为极限允许误差 来表达 所谓允许误差是指技术标准 检定规程对计量器具所规定的允许误差极限值 允许误差表示了计量器具所允许的不能超出的误差范围 反映了误差综合大小所允许的界限 3 计量器具的准确度也可以使其示值误差保持在规定极限以内的计量器具准确度等级来表征 测量正确度是指测量结果中系统误差大小的程度 在日常工作中很少使用 也不宜推广 至于精密 度 是指测量结果中随机误差大小和程度 在了解准确度和误差等概念以后 一般要求选择计量器具时 应使其允差为测量允差的 1 10 1 3 4 灵敏度与分辨力灵敏度与分辨力 灵敏度是计量器具的重要静态应特性之一 它反映在规定条件下 激励与对应之间的关系 即计量 器具对被测量变化 激励 的反应能力 灵敏度的定义是 计量仪器的响应变化 y 除以相应的激励变化 x 也就是说 计量仪 器的灵敏度 S 可用被观测量的增值 y 与相应的被测量增量 x 之商来表示 即 S 式中 y 被观测量变量的增量 响应变化 x 被测量的增量 激励变化 在分子分母即响应与激励是同种量的情况下 灵敏度也可称为放大比或放大倍数 鉴别力是计量仪器对激励值微小变化的响应能力 分辨力是对计量器具 的显示装置而言 它是指显示装置对紧密相邻量值有效辨别的能力 它用显 示装置能有效辨别的最小示值差来表示 一般认为 模拟式指示装置的分辨力为标尺分度值的一半 数字式指示装置的分辨力为末位数的 一个字码 了解了灵敏度 鉴别力和分辨力等概念以后 在配备计量器具时 就可以根据检测的要求 结合实 际情况 正确合理地选择计量器具的计量特性 例如 在选择灵敏度 鉴别力或分辨力时 过低会 影响测量准确度 过高示值难以稳定 一般建议计量仪器的鉴别力或分辨力应小于被检测参数允 差的 1 10 5 漂移和稳定度漂移和稳定度 漂移仅对计量仪器而言 它是指计量仪器的计量特性随时间的慢变化 在规定条件下 对一个恒定的激励 即被测量值 在规定时间内的响应变化 称为点漂 标称范围最低 值为零时的点漂称为零点漂移 简称零漂 当最低值不为零时 通常称为始点漂移 稳定度是指在规定的条件下 计量仪器保持其计量特性恒定不变的能力 通常稳定度是对时间而言 当对其他量 如电源电压波动 考虑稳定度时 则应明确说明 在表述稳定 度时 应指明保持计量特性的幅度和时间间隔 可靠性是指计量仪器在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力 三 计量器具的准确度等级 它定义为 符合一定的计量要求 使其误差保持在规定极限以内的计量器具的等别或级别 所谓按级使用 即按计量器具的标称值使用 其系统误差为该级的标值偏离其实际值的允许误差 所谓按等使用 即按计量器具检定证书上给出的实际值使用 这时 其系统误差为实际值的总不确 定度 四 计量基准 1 计量基准的定义 计量基准计量基准是指在特定领域内 用定义 实现 保持或复现计量单位或一个或多个已知量值 并具 有当代 或本国 最高计量特性的计量器具 是统一量值的最高依据 经国际协议承认 具有现代科学技术所能达到的最高计量学特性 在国际上作为对有关量的计量 标准定值依据的计量器具 称为国际计量基准 简称国际基准 在特定的计量领域内复现和保存计量单位并具有最高计量学特性 经国家鉴定 批准作为统一全 国量值最高依据的计量器具 称为国家计量基准 简称国家基准 2 计量基准的分类 计量基准按其在计量检定系统表中的位置通常还有主基准 副基准和工作基准之分 五 计量标准 1 计量标准的定义 计量标准计量标准是指准确度低于计量基准 按国家计量检定系统表规定的准确度等级 用于检定较低等 级计量器具 含工作计量器具 的计量器具 四 计量检定 一 计量检定的定义 所谓计量检定所谓计量检定 简称检定简称检定 是指为评定计量器具的主要的计量特性 确定其是符合法定要求 即否 合格 所进行的全部工作 从此定义可以看出 检定具有以下特点 1 检定的对象是计量器具 2 检定主要评定的是计量器具的计量特性 如准确度 稳定度 灵敏度等基本计量性能 以及 影响准确度的其它计量性能如零漂 线性 滞后等 3 检定是指评定全部计量特性直至判断计量器具是否合格的全部工作 而不是指某一单项的具 体操作 4 检定的结论是确定计量是否符合法定要求 可否出厂或继续使用 5 检定作为计量工作的专门术语 在法制方面具有强制性 所谓校准所谓校准 是指在规定条件下 为确定计量器具示值误差的一组操作 也就是说 可以用校准结果确 定计量仪器 计量装置或实物量具的示值误差 可以给任何标尺上的标记赋值 校准也可以确定 其它计量特性 共同点 1 均属于量值溯源的一种有效合理的方法和手段 2 目的都是要实现量值的溯源 区别 1 检定具有强制性 必须按法定技术文件检定规程的要求进行 校准按国际惯例 属于非强制性 具有更多的灵活性 可以按照校准规范进行操作 而校准规范属于应遵守但非强制执行的推荐性 的指导文件 2 检定是评定计量器具的全部计量特性 并且要符合检定规程中的其它计量管理要求 3 检定完毕 应给出检定证书或检定结果通知书 赋于相应的检定标记或封印 并具有法律准备力 校 准完毕 则给出校准证书或校准报告 4 检定往往是由政府实施的一种管理和监督行为 校准往往是企业 事业单位内部实施管理的一 种行为 国际标准化组织在 IAO 10012 对计量检测设备的质量保证要求中 提出了 计量确认 的新概 念 它与检定 校准含义接近 所谓计量确认 是指为保证计量检测设备满足预定使用要求所需的一组操作 这里所说的 满足预定使用要求 指的是满足合同或法律责任的要求 计量确认 概念所 包括的范围已超过 检定 或 校准 它除了校准含义外 还增加调试或修理 封印和标记 等 二 计量检定的分类 1 根据检定的必要程度和我国对其依法管理的形式 可将检定分为强制检定和非强制检定 2 检定还可依照其目的和性质以及管理环节的不同等分为首次检定 随后检定 周期检定 抽 样检定 仲裁检定等 a 所谓首次检定 是指对从未检定过的计量器具所进行的检定 b 所谓随后检定 是指计量器具首次检定后的检定 c 所谓周期检定 是指根据检定规程规定的周期 对计量器具所进行的随后检定 确定检定周期的主要依据是 确定检定周期的主要依据是 1 计量器具的性能 特别是长期稳定性和可靠性的水平 2 使用条件 3 使用的频繁程度 4 使用单位的维护保养能力 5 历年周期检定合格情况 6 影响计量准确度和长期稳定度的其它因素等 三 国家计量检定系统 在国际上则称为计量器具等级图 我国 规定 计量检定必须按照国家计量检定系统表 进行 明确了其法律地位 国家计量检定系统表是国家对计量基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的检定主从关 系所作的技术规定 内容包括 计量基准 各等级计量标准 工作计量器具的名称 测量范围 准确度 或不确定度或允许误差 和检定的方法等 检定系统基本上是按各类计量器具分别制定的 制定检定系统表的意义在于 确立本国某类计量的量值传递体系 指导计量检定 即确保被检计量 器具的准确度 又考虑到量值传递的经济性 合理性 四 计量检定规程 计量检定规程属于计量技术法规 它是计量监督人员对计量器具实施监督管理 计量检定人员 执行计量检定的重要法定依据 其内容包括计量要求 技术要求和管理要求 即 适用范围 计量器具的计量特性 检定项 目 检定条件 检定方法 检定周期以及检定结果的处理和附录等 计量检定规程的主要作用 在于统一检定方法 确保计量器具量值的准确一致 它是协调生产需要 计量基准 标准的建 立和计量检定系统三者之间关系的纽带 五 计量检定印 证的种类及使用原则 计量检定印 证包括 1 检定证书 证明计量器具经过检定合格的文件 2 检定结果通知书 证明计量器具经过检定不合格的文件 3 检定印记 证明计量器具经过检定合格而在计量器具上加盖的印 4 检定合格证 5 注销印 五 量值传递与溯源性的定义 量值传递是指通过对计量器具的检定或校准形式 将国家基准所复现的计量单位量值通过各等 级计量标准传递到工作计量器具 以保证被测对象量值的准确和一致 由此可见 量值传递是 一个过程 反过来说 量值准确一致的前提条件是测量结果必须具有 溯源性 即被测量值 能够与国家或国际基准联系起来的特性 也就是要求用于测量的工作计量器具必须经过相应的 计量标准检定或校准 这种检定或校准自下而上按照实际的准确度要求逐渐或越级往上追溯求 源 直到国家计量基准或国际计量基准 这就是通常所说的量值溯源 二 量值传递的基本方式 目前 实现量值传递 或溯源 的方式有以下 10 种 1 用实物计量标准进行检定或校准 2 发放标准物质 3 发播标准信号 4 发布标准 参考 数据 5 计量保证方案 MAP 6 统一标准方法 参考测量方法或仲裁测量方法 7 比率或互易测量 8 实验室之间比对或验证测试 9 按国家承认的有关专业标准溯源 10 按双方同意的互认标准溯源 第二节 法定计量单位 二 国际单位制的构成 国际单位是国际计量大会 CGPM 推荐彩的一种一贯单位制 简称 SI 它是法文国际单位制 的缩写 不应称为 SI 制 或 国际制 表 2 2 国际单位制的组成 SI 基本单位 包括 SI 辅助单位在内的 专门名称的 SI 导出单位 SI 单位SI 导出单位组合形式的 SI 导出单位 国际单位制 SI SI 单位的倍数单位 2 SI 基本单位 SI 基本单位是指表 2 3 所列的 7 个基本量的基本单位 表 2 3 SI 基本单位 量的名称 单位名称 单位符号 长度 米 m 质量 千克 公斤 kg 时间 秒 s 电流 安 培 A 热力学温度 开 尔文 教育 K 物质的量 摩 尔 mol 发光强度 坎 德拉 cd 3 SI 导出单位 SI 导出单位是用 SI 基本单位以代数形式表示的单位 共 21 个 4 SI 单位的倍数单位 在国际单位制中 用以表示倍数单位的词头 称为 SI 词头 它是一构词成分 用于附加在 SI 单位的倍数单位 十进倍数单位和分数单位 SI 词头现在共有 20 个 表 2 6 SI 词头 词头名称 因数符号 英文 中文 1024yotta尧 它 Y 1021zetta泽 它 Z 1018exa艾 可萨 E 1015peta拍 它 P 1012tera太 拉 T 109giga吉 咖 G 106mega兆M 103kilo千k 102hecto百h 101deca十da 10 1deci分d 10 2centi厘c 10 3milli毫m 10 6micro微 10 9nano纳 诺 n 10 12pico皮 可 p 10 15femto飞 母托 f 10 18atto阿a 10 21zepto仄 普托 z 10 24yocto幺 科托 y 由于历史原因 质量的 SI 基本单位名称 千克 中 已包含 SI 词头 千 所以 千克 的倍数单位加在 克 之前构成 例如 用毫克 mg 而不得用微千克 kg 表 2 7 可与国际单位制单位并用的我国法定计量单位 量的名称 单位名称 单位符合 与 SI 单位的关系 分min1min 60s 时间 小 时h1h 60min 3600s 日 天 d1d 24h 86400s 度 180 rad 平面 角 角 分 1 1 60 10800 rad 角 秒 1 1 60 648000 rad 体积 升 1 L 1L 1dm3 10 3m3 吨t1t 103kg 质量 原子质量单位u 1u 1 660 540 x10 27kg 旋转速度 转每分 r min 1r min 1 60 s 1 1 n mile 1 852m 长度海里 n mile 只用于航行 1kn 1 n mile h 1 852 3 600 m s 速度 节 kn 只用于航行 能 电子状 ev 1ev 1 602 177x10 19J