第一章计量学基础

1、第一章第一章 计量学基础知识计量学基础知识知识要点知识要点掌握：掌握：量量、计量、测量、计量学、计、计量、测量、计量学、计量学研究的主要内容、溯源性、法制计量学研究的主要内容、溯源性、法制计量量前前 言言不妨引用当代国际知名学者对计量事业的评价作为前言不妨引用当代国际知名学者对计量事业的评价作为前言 “计量犹如新鲜的空气，只有你缺少它时，才会感到它计量犹如新鲜的空气，只有你缺少它时，才会感到它存在的重要性存在的重要性”。 国际计量局荣誉局长、英国皇家科学院院士国际计量局荣誉局长、英国皇家科学院院士T 奎恩奎恩 “ “计量是一种计量是一种油油，它能保证市场贸易平滑进行，它能保证市场贸易平滑进行”

2、。 西兰经济学家西兰经济学家B伊思通伊思通 “计量是世界上最先进、难度最大的科学计量是世界上最先进、难度最大的科学”。 诺贝尔奖获得者、德国科学家冯诺贝尔奖获得者、德国科学家冯克里青克里青 第一节第一节 计量的一般概念计量的一般概念 一、一、 量量 自然界的一切现象或物质，都是通过一定的自然界的一切现象或物质，都是通过一定的“量量”来描来描述和体现的。也就是说，述和体现的。也就是说，“量量”是现象、物体或物质可定性是现象、物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性。区别与定量确定的一种属性。因此，要认识大千世界和造福因此，要认识大千世界和造福人类，就必须对各种人类，就必须对各种“量量”进行分析和

3、确认，既要区分量的进行分析和确认，既要区分量的性质，又要确定其量值。计量正是达到这种目的的重要手段性质，又要确定其量值。计量正是达到这种目的的重要手段之一。之一。 从广义上说，计量是对从广义上说，计量是对“量量”的定性分析和定量确认的定性分析和定量确认的过程。的过程。 二、二、 计量计量 1.1.定义定义 按按JJF1001-1998JJF1001-1998的定义，的定义， 计量是实现单位统计量是实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。一、保障量值准确可靠的活动。 目的：目的：是实现单位统一和量值可靠。是实现单位统一和量值可靠。 内容：内容：是为实现这一目的所进行的各项活动。是为实现这一目的所进

4、行的各项活动。 范围：范围：非常广泛，涉及生产、科技、法律、非常广泛，涉及生产、科技、法律、行政管理等各方面。最终目的是为国民经济、社行政管理等各方面。最终目的是为国民经济、社会发展和科技进步服务。会发展和科技进步服务。 单位统一：单位统一：包括建标、量传、溯源、标定、校准、包括建标、量传、溯源、标定、校准、 比对等。比对等。 准确：准确：给出合理的不确定度。给出合理的不确定度。 可靠：可靠：相同条件下，同类被测量量值具有可比性。相同条件下，同类被测量量值具有可比性。为此，必须由政府和社会组织一系列活动。为此，必须由政府和社会组织一系列活动。2. 2. 特点特点 1 1）准确性（计量的基础）准

5、确性（计量的基础） 准确性是计量的基本特点。它表征的是计量结果与被测量准确性是计量的基本特点。它表征的是计量结果与被测量 的真值的接近程度。严格地说，只有量值，而无准确程度的结的真值的接近程度。严格地说，只有量值，而无准确程度的结果，不是计量结果。也就是说，计量不仅应明确给出被测量的果，不是计量结果。也就是说，计量不仅应明确给出被测量的量值，而且还应给出该量值的不确定度量值，而且还应给出该量值的不确定度(或误差范围或误差范围)，即准确，即准确性。更严格地说，还应注明计量结果的影响量的值或范围。否性。更严格地说，还应注明计量结果的影响量的值或范围。否则，计量结果便不具备充分的社会实用价值。所谓量

6、值的统一，则，计量结果便不具备充分的社会实用价值。所谓量值的统一，也是指在一定准确程度内的统一。也是指在一定准确程度内的统一。2 2）一致性（计量的目的）一致性（计量的目的） 计量单位的统一是量值一致的重要前提。无计量单位的统一是量值一致的重要前提。无论在任何时间、任何地点，采用任何方法、使用论在任何时间、任何地点，采用任何方法、使用任何器具以及任何人进行计量，只要符合有关计任何器具以及任何人进行计量，只要符合有关计量的要求，计量结果就应在给定的不确定度（或量的要求，计量结果就应在给定的不确定度（或误差范围）内一致。否则，计量将失去其社会意误差范围）内一致。否则，计量将失去其社会意义。计量的一

7、致性，不仅限于国内，而且也适用义。计量的一致性，不仅限于国内，而且也适用于国际。于国际。3 3）溯源性（方法和途径）溯源性（方法和途径） 在实际工作中，由于目的和条件的不同，对计算结果在实际工作中，由于目的和条件的不同，对计算结果的要求也各不相同。为使计量结果准确一致，所有的同种的要求也各不相同。为使计量结果准确一致，所有的同种量值都必须由同一个计量基准量值都必须由同一个计量基准(或原始标准或原始标准)传递而来。换句传递而来。换句话说，任何一个计量结果，都能通过连续的比较链溯源到话说，任何一个计量结果，都能通过连续的比较链溯源到计量基准。这就是溯源性。计量基准。这就是溯源性。 “溯源溯源”可以

8、使计量科技与人可以使计量科技与人们的认识相对统一，从而使计量的们的认识相对统一，从而使计量的“准确准确”和和“一致一致”得得到技术保证。就一国而论，所有的量值都应溯源于国家计到技术保证。就一国而论，所有的量值都应溯源于国家计量基准；就国际而论，则应溯源于国际计量基准或约定的量基准；就国际而论，则应溯源于国际计量基准或约定的计量标准。否则，量值出于多源，不仅无准确一致可言，计量标准。否则，量值出于多源，不仅无准确一致可言，而且势必造成技术上和应用上的混乱，以致酿成严重的后而且势必造成技术上和应用上的混乱，以致酿成严重的后果果。4 4）法制性（计量的手段）法制性（计量的手段） 计量本身的社会性就要

9、求有一定的法制保障。也就是说，计量本身的社会性就要求有一定的法制保障。也就是说，量值的准确一致，不仅要有一定的技术手段，而且还要有量值的准确一致，不仅要有一定的技术手段，而且还要有相应的法律、法规的行政管理，特别是那些对国计民生有相应的法律、法规的行政管理，特别是那些对国计民生有明显影响的计量，诸如社会安全、医疗保健、环境保护以明显影响的计量，诸如社会安全、医疗保健、环境保护以及贸易结算中的计量，更必须有法制保障。否则，量值的及贸易结算中的计量，更必须有法制保障。否则，量值的准确一致便不能实现，计量的作用也就无法发挥。准确一致便不能实现，计量的作用也就无法发挥。 可见，可见，计量与一般的测量不

10、同。测量是为确定量值而计量与一般的测量不同。测量是为确定量值而进行的全部操作，通常不具备、也无需具备上述的计量特进行的全部操作，通常不具备、也无需具备上述的计量特点。计量属于测量，而又严于一般测量；也可以说，计量点。计量属于测量，而又严于一般测量；也可以说，计量是量值确切统一的测量。是量值确切统一的测量。 3.分类1）法制计量法制计量：是政府行为及职责。包括计量立法、统一计量单是政府行为及职责。包括计量立法、统一计量单位、测量方法器具及测量结果的控制、法定计量检定机构及测位、测量方法器具及测量结果的控制、法定计量检定机构及测量实验室管理等。量实验室管理等。 2）科学计量科学计量：是计量的基础。

11、包括以最新的科技成果定义计量是计量的基础。包括以最新的科技成果定义计量单位、为科技发展提供基础支撑等。单位、为科技发展提供基础支撑等。3）工程计量工程计量：是计量的应用。包括建立企业计量检测体系、建是计量的应用。包括建立企业计量检测体系、建立校准测试服务市场、发展仪器仪表产业等。是国家工业竞争立校准测试服务市场、发展仪器仪表产业等。是国家工业竞争力的重要标志之一。力的重要标志之一。4. 计量的内容计量的内容 包括计量理论、计量技术和计量管理等。具包括计量理论、计量技术和计量管理等。具体有：体有： 1）计量（测量）单位与单位制。）计量（测量）单位与单位制。 2）计量器具（测量仪器）。）计量器具（

12、测量仪器）。 3）量值传递和量值溯源。）量值传递和量值溯源。 4）物理常量、材料与物理特性的测定。）物理常量、材料与物理特性的测定。 5）测量理论与数据处理、不确定度及其方法。）测量理论与数据处理、不确定度及其方法。 6）计量管理、计量保证与计量监督。）计量管理、计量保证与计量监督。三、测量三、测量 以确定量值为目的的一组操作。以确定量值为目的的一组操作。 含义有：含义有： （1）测量是操作：可简单、也可复杂；可自动、）测量是操作：可简单、也可复杂；可自动、也可手动。也可手动。 （2）测量是一组操作：指操作的全过程，从确定）测量是一组操作：指操作的全过程，从确定被测量到测量结果。被测量到测量结

13、果。 （3）操作的目的：确定被测对象的量值。适用于）操作的目的：确定被测对象的量值。适用于各领域的测量。各领域的测量。 人们有时也把测量称为计量。人们有时也把测量称为计量。四、计量学四、计量学 1.定义定义 计量学是计量学是关于测量的科学。关于测量的科学。 它涵盖有关测量的理论与实践的各方面：它涵盖有关测量的理论与实践的各方面：可测的量、计量单位和单位制、计量基准、标可测的量、计量单位和单位制、计量基准、标准的建立复现保存及使用、测量理论及方法、准的建立复现保存及使用、测量理论及方法、测量仪器及特性、量传与溯源、人员及能力、测量仪器及特性、量传与溯源、人员及能力、测量结果及不确定度评定、计量法

14、制与管理等。测量结果及不确定度评定、计量法制与管理等。 作为一门科学，与其它学科最大的不同是同作为一门科学，与其它学科最大的不同是同国家法律法规及行政管理的结合密切国家法律法规及行政管理的结合密切 按专业可划分为按专业可划分为“十大计量十大计量”。2.计量学研究的主要对象 （l l）计量单位及其基准、标准的建立、复制、）计量单位及其基准、标准的建立、复制、保存和使用；保存和使用； （2 2）量值传递、计量原理、计量方法、计量）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；不确定度以及计量器具的计量特性； （3 3）计量人员进行计量的能力；）计量人员进行计量的能力； （4 4

15、）计量法制和管理；）计量法制和管理； （5 5）有关计量的一切理论和实际问题）有关计量的一切理论和实际问题。 计量的对象计量的对象主要是主要是物理量。物理量。 当前普遍开展的有当前普遍开展的有几何量、热学（温几何量、热学（温度）、力学、电磁学、（无线电）电子学、度）、力学、电磁学、（无线电）电子学、时间频率、光学、电离辐射、声学和化学时间频率、光学、电离辐射、声学和化学量计量，量计量，即所谓的即所谓的十大计量，十大计量，是传统的计是传统的计量对象。同时，在一些高新技术领域（如：量对象。同时，在一些高新技术领域（如：生物、医学、环保、信息、航天和软件等生物、医学、环保、信息、航天和软件等的专业领

16、域）的计量测试也已逐步开展起的专业领域）的计量测试也已逐步开展起来。来。3.专业计量简介专业计量简介 几何量计量几何量计量：描述物体大小、长短、形状和位置。它：描述物体大小、长短、形状和位置。它的基本参量是长度（米）和角度。的基本参量是长度（米）和角度。 热学（温度）计量热学（温度）计量：描述物体的冷热程度。它的单位：描述物体的冷热程度。它的单位名称为开尔文。名称为开尔文。 力学计量力学计量：研究的对象是物体力学量的计量和测试。：研究的对象是物体力学量的计量和测试。包括质量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、转速、包括质量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、转速、振动、冲击、压力、流量、真

17、空等计量项目。振动、冲击、压力、流量、真空等计量项目。电磁学计量电磁学计量：研究的对象是电学量领域的电流、电压、电阻、电容、电研究的对象是电学量领域的电流、电压、电阻、电容、电杆、功率等参量及磁学量领域的磁场、磁材料的测量杆、功率等参量及磁学量领域的磁场、磁材料的测量 光学计量光学计量：主要内容包括光度、色度、辐射、激光、：主要内容包括光度、色度、辐射、激光、材料光学等等。材料光学等等。 时间频率计量时间频率计量：研究时间频率基准建立、测量及相关：研究时间频率基准建立、测量及相关参量（如微波频率、频率稳定度）的测量。参量（如微波频率、频率稳定度）的测量。 声学计量：声学计量：研究声学基本参量（

18、如声压、声强）和主观研究声学基本参量（如声压、声强）和主观评价参量（如响度、听力损失）的测量。评价参量（如响度、听力损失）的测量。 ( (无线电）电子学计量：无线电）电子学计量：主要研究与电磁波有关的各种电主要研究与电磁波有关的各种电磁参量（电压、功率、衰减、噪声、失真系数、调幅系数等磁参量（电压、功率、衰减、噪声、失真系数、调幅系数等等）的计量。等）的计量。 化学计量：化学计量：关于物质成分、物理化学性质和物质结构的关于物质成分、物理化学性质和物质结构的测量。测量。 电离辐射计量：电离辐射计量：研究电离辐射相关量的测量方法。所谓研究电离辐射相关量的测量方法。所谓电离辐射是一切能引起物质电离的

19、辐射总称，其种类很多，电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，其种类很多，高速带电粒子有高速带电粒子有粒子、粒子、粒子、质子，不带电粒子有中子粒子、质子，不带电粒子有中子以及以及X X射线、射线、Y Y射线。射线。 标准物质：标准物质：所谓标准物质是具有一种或多种均匀并已确所谓标准物质是具有一种或多种均匀并已确定了特性值的，用于校准测量设备、评价测量方法或者给材定了特性值的，用于校准测量设备、评价测量方法或者给材料赋值的物质或材料。也称参考物质。可以是纯的或混合的料赋值的物质或材料。也称参考物质。可以是纯的或混合的气体、液体或固体。气体、液体或固体。五、测量与计量概念的区别五、测量与计量概念的

20、区别 如果非要对测量和计量的概念加以区分如果非要对测量和计量的概念加以区分的话，可以从二者的定义上看出区别。的话，可以从二者的定义上看出区别。 1.1.目的不同目的不同 2.2.方法和途径不同方法和途径不同 测量是一个实验过程，单位可以任意选定。测量是一个实验过程，单位可以任意选定。计量是通过建立基标准实现量值准确统一计量是通过建立基标准实现量值准确统一的测量活动，单位是法定的。从发展过程的测量活动，单位是法定的。从发展过程看，是先有测量，后形成计量方法。看，是先有测量，后形成计量方法。测量以确定量值为目的的一组操作。 计量实现单位统一、量值准确可靠的 活动。 计量学关于测量的科学。 六、我国

21、计量的起源和发展简史六、我国计量的起源和发展简史1.秦朝在计量发展过程中的贡献秦朝在计量发展过程中的贡献 1）以法令（诏书）建立全国统一的度量衡制度）以法令（诏书）建立全国统一的度量衡制度 2）使用标准器）使用标准器 3）采用先进的十进制）采用先进的十进制 4）规定度量衡器具的允许误差）规定度量衡器具的允许误差 5）度量衡器具的校正）度量衡器具的校正 6）减少温度、湿度的影响）减少温度、湿度的影响 在秦始皇陵中发现了数百个弩机的部件，在秦始皇陵中发现了数百个弩机的部件，同样的部件的轮廓误差不超过一毫米，同样的部件的轮廓误差不超过一毫米，这就是说，弩机中同样的部件可以通用，这就是说，弩机中同样的部件可以通用，这是现代工业化的标准工艺，这是现代工业化的标准工艺，在秦时代就使用了，非常了不起。在秦时代