计量学基础教学：第5章

1,第五章量值的传递与溯源,量值传递与溯源是计量工作的最主要任务之一，是保证量值准确一致的重要手段，它为工农业生产、国防建设、科学实验、国内外贸易、环境保护以及人民生活等各个领域提供了计量保证。量值传递体系大体上由3部分构成：从能复现量值的国家基准开始，通过各级（省、市、县、区）计量标准器具逐级传递，最后传递给工作器具。为解决量值传递体系的问题，就必须建立量值溯源体系。,2,第一节概述,一、量值传递与溯源的概念,量值传递：是将国家计量基准所复现的计量单位量值，通过检定（或其它传递）方式传递给下一等级的计量标准，并依次逐级传递到工作计量器具，以保证被测量的量值准确一致。量值准确一致的前提：测量结果必须具有溯源性，具有溯源性的被测量的量值必须具有能与国家计量基准或国际计量基准相联系的特性。,3,第一节概述,一、量值传递与溯源的概念,溯源性：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或计量标准的值，能够与规定的参考标准，通常是与国家计量标准或国际计量标准联系起来的特性。任何一项测量业务，其结果都可以按照这条溯源链一直追溯到国家基准上去，若需要，则可溯源到国际基准上去。,4,二、量值传递及溯源的必要性,第一节概述,1、任何计量器具都具有不同程度的误差，如果没有国家计量基准、计量标准及进行量值传递或溯源，计量工作将无法进行。2、对于新制的、修理后的和使用中的计量器具，必须用适当等级的计量标准来确认其示值和其他计量性能。,5,三、量值传递、溯源及保证量值准确一致的基础,第一节概述,1、科学基础：计量学理论、计量单位制等；2、技术基础：计量器具的检定体系等；3、法律基础：计量法及有关法规体系等；4、组织基础：国家计量部门及其计量研究机构等。,6,第一节概述,四、量值传递及溯源体系,量值传递或溯源体系的形式：（a）三角形（b）树枝形,7,美国国家长度计量系统图,8,第二节量值传递和溯源的方式,一、用计量基准及计量标准进行逐级传递,这是传统的量值传递方式，即把受检计量器具送到具有高一等级计量标准的计量技术机构检定。大型、笨重或安装在线的计量器具不便于送检，这时可将能搬运的计量标准包括辅助设备，组装成检定车，到现场对受检计量器具进行检定。有时检定车本身就是一个计量标准，如用检衡车检定轨道衡。,9,第二节量值传递和溯源的方式,二、发布有证标准物质（CRM）进行传递,1、用有证标准物质进行传递的特点标准物质又称“参考物质”，是一种或多种足够均匀和很好地确定了性质的、用以校准测量装置（计量器具）、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。标准物质必须由国家计量部门或由它授权的单位进行制造，并附有合格证书才有效。,10,二、发布有证标准物质（CRM）进行传递,第二节量值传递和溯源的方式,2、用CRM进行传递的一般环节第一环节为“基本单位”,它说明CRM均可溯源到国家计量基准。第二环节为“公认的定义测量法”，也称“权威性方法”，它是指有正确的理论基础，量值可直接由基本单位计算，方法的系统误差可以基本上消除。,11,第二节量值传递和溯源的方式,二、发布有证标准物质（CRM）进行传递,2、用CRM进行传递的一般环节第三环节为“一级CRM”,它是用来研究和评价标准方法，控制二级CRM的研制和生产，用于高精度计量器具的校准。第四环节为“标准方法”，它是指具有良好的测量重复性和再现性的方法。,12,第二节量值传递和溯源的方式,二、发布有证标准物质（CRM）进行传递,2、用CRM进行传递的一般环节第五环节为“二级CRM”，它是用来研究和评价现场方法及用于一般计量器具的校准。第六环节为“现场方法”，即大量应用于工厂、矿山、实验室和监测单位的各种测量方法。,13,第二节量值传递和溯源的方式,CRM量值传递示意图,14,第二节量值传递和溯源的方式,三、用发播标准信号进行传递,通过发播标准信号进行量值传递是一种简便、迅速和准确的方式,但目前只限于时间频率计量。随着卫星技术的发展，出现了利用卫星发播标准时间频率信号的方式。卫星电视发播标准时间频率信号原理图如下页所示。,15,第二节量值传递和溯源的方式,16,第二节量值传递和溯源的方式,四、用计量保证方案（MAP）进行传递或溯源,MAP是一种测量过程的品质保证方案，它使参加MAP活动的计量技术机构的量值能更好地溯源到国家计量基准。MAP用数理统计的方法，对参加的计量技术机构的校准质量进行控制，定量地确定校准的总不确定度，使总不确定度小到足以满足用户的要求的程度。,17,MAP实施的方框图,1、实施MAP的一般步骤,传递标准在计量标准相互比较中用作媒介的计量标准。具体说是指一个或一组计量性能稳定的、特制的、可携带（或运输）的计量标准。,核查标准也是一种计量标准，它要求随机误差小、长期稳定性好，并经久耐用。这种计量标准专门用于核查本实验室的计量标准。,18,第一，NBS将传递标准在计量基准上进行校准，并考察传递标准的长期稳定性，当确认传递标准稳定可靠时才能使用；第二，NBS只将该传递标准、测量条件和方法寄给参加实验室，而该传递标准的校准结果则不寄出；第三，参加实验室收到传递标准后，作为“未知标准”，在本单位的计量标准上进行校准；第四，用该室内部的核查标准，对本单位的计量标准进行周期性的反复核查；第五，参加实验室将传递标准以及上述的校准与核查的数据均寄到NBS；第六，NBS收到传递标准后，再进行复校，得出数据。如能证明传递标准稳定性符合要求，则有效；第七，在有效的前提下，NBS对全部数据用电子计算机进行分析处理，写出检测报告；最后，将检测报告寄到参加实验室，该室根据报告，决定本单位的计量标准是否需要修正，NBS对此负责技术指导和咨询。,19,第二节量值传递和溯源的方式,四、用计量保证方案（MAP）进行传递或溯源,2、MAP与传统的量值传递方式的比较,MAP是“闭环”的，有数据反馈，而传统量值传递方式是“开环”的，无数据反馈。,20,第三节计量检定,一、检定在计量工作中的地位,计量检定（简称检定）的目的在于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。1、检定必须执行计量检定规程。2、计量器具的准确度等级、最大允许误差、测量不确定度都应当在规定的正常工作条件下来判定。,21,第三节计量检定,一、检定在计量工作中的地位,3、计量器具的稳定性，是指在规定工作条件下计量器具保持其计量特性恒定的能力。4、受检的计量器具应当由哪一等级的计量标准对它进行检定，可以从该计量器具的检定系统中查出。,22,第三节计量检定,二、检定方法,整体检定法这种方法是直接用计量基准、计量标准来检定计量器具的计量特性。单元检定法它分别测量影响受检计量器具准确度的各项因素所产生的误差，然后通过计算求出总误差或总不确定度，以确定受检计量器具是否合格。,23,1、整体检定法a、用标准量具检定计量器具b、用计量基准或标准仪器检定计量器具c、用标准物质检定（或校准）计量器具d、用标准时间频率信号检定时间频率计量器具,二、检定方法,第三节计量检定,24,二、检定方法,第三节计量检定,整体检定法的优点是：简便、可靠，并能求得修正值。整体检定法的缺点是：当受检计量器具不合格时，难以确定误差由计量器具的哪一部分或哪几部分所引起的。,25,第三节计量检定,二、检定方法,2、单元检定法步骤如下：1）分析影响受检计量器具准确度的各项因素2）分别测量各项因素造成的误差3）列出各分项误差对总误差的关系式4）综合总误差或总不确定度，判断是否合格,26,二、检定方法,第三节计量检定,单元检定法的优点是：可以弥补整体检定法的不足。单元检定法的缺点是：测量及计算均很繁琐，有时还会因遗漏而不能保证受检计量器具的准确度。,27,三、检定的步骤、记录及对检定人员的要求,第三节计量检定,2、检定记录1）计量器具的名称、型号、额定特性和参数。2）检定条件，包括检定室或介质的温度。3）检定时所用的计量标准的名称、型号及编号。4）检定时间（年、月、日）。,28,三、检定的步骤、记录及对检定人员的要求,第三节计量检定,2、检定记录5）检定过程中所进行的每一次独立测量的结果。6）对记录进行分析，并做出是否合格的结论。7）有效期。8）检定员及核验员签字。,29,三、检定的步骤、记录及对检定人员的要求,第三节计量检定,3、对检定人员的要求1）热爱计量事业，有良好的职业道德，有强烈的责任感；2）精通业务，通晓计量法规，操作技术熟练，熟悉所使用的计量标准和受检计量器具的原理、结构及性能；,30,三、检定的步骤、记录及对检定人员的要求,第三节计量检定,3）具有细致、踏实的工作作风，养成良好的井井有条的习惯，记录认真、字迹清晰端正；4）善于保养维护所使用的计量标准，能够及时判断它们是否处于正常状态；5）善于分析问题，对检定中出现的异常现象能及时发现并做出正确的判断。,31,第三节计量检定,四、检定的分类,1、按计量器具的管理形式分类可分为强制检定和非强制检定2、按检定性质分类1）首次检定2）后续检定3）临时检定4）监督检定5）仲裁检定,32,四、检定的分类,第三节计量检定,我国计量法规定了下列六类计量器具必须执行国家强制检定。1）社会公用计量标准；2）部门和企业、事业单位使用的最高计量标准；3）用于贸易结算的工作计量器具；,33,四、检定的分类,第三节计量检定,我国计量法规定了下列六类计量器具必须执行国家强制检定。4）用于安全防护的工作计量器具；5）用于医疗卫生的工作计量器具；6）用于环境监测方面的工作计量器具。,34,第四节比对,一、比对在量值传递中作用合组织方式,定义：在规定条件下，对相同准确度等级的同类计量基准、计量标准或工作计量器具的量值进行相互比较，称为比对。在国际上，比对获得广泛的应用，成为使国际上测量结果一致的主要手段。,35,第五节国家计量检定系统表及计量检定规程,一、国家计量检定系统表概述,我国计量法规定：“计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。”制定鉴定系统的根本目的，是为了保证工作计量器具在许可的不确定度或误差范围内。制定检定系统时，各等级计量标准的准确度要求，必须从工作计量器具的准确度要求开始，由下向上地逐级确定，而不应由计量基准的准确度开始，从上往下地进行“误差分配”。,36,第五节国家计量检定系统表及计量检定规程,二、检定系统的主要内容,在我国，国家计量检定系统的主要内容包括：引言、计量基准、计量标准、工作计量器具和检定系统框图。1）引言主要说明该检定系统的适用范围。2）计量基准包括国家计量基准的用途；组成国家计量基准的全套主要计量器具名称；国家计量基准复现的量的范围；国家计量基准的不确定度。,37,第五节国家计量检定系统表及计量检定规程,二、检定系统的主要内容,3）计量标准包括各等级计量标准的测量范围、不确定度或允许误差。4）工作计量器具包括各种工作计量器具的测量范围；按各专业有关规定给出的工作计量器具的不确定度或允许误差。5）检定系统框图检定系统框图的格式见图。,38,计量基准器具,计量标准器具,工作计量器具,国家溯源等级图,39,第五节国家计量检定系统表及计量检定规程,二、检定系统的主要内容,制定国家溯源等级图主要目的是确定我国某类计量器具的量值传递体系，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。建立测量标准的单位可以参考国家溯源等级图，在编制时，除按国家溯源等级图内容外，还得增加检测机构或部门，应具有所建计量标准溯源到上一级和量传下一级计量器具的量值传递（检定系统）框图。,40,上级计量标准社会公用计量标准,上级