计量基础知识

计量基础知识一、基本概念1、量：现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。2、量值：一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。3、［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。4、计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动。5、计量学：关于测量的科学。计量学的研究内容主要有：■计量单位、计量基准和标准的建立、复现、维护和保存；■量值传递和溯源的方法；■测量误差理论及测量数据处理方法；■测量方法及其应用；■计量器具的性能评定、校准、检定和使用；■标准物质特性测定；■计量法制和管理；■计量人员的培养、教育和考核方法等。计量是支撑社会、经济和科技发展的重要基础。现代计量包括科学计量、法制计量和工程计量。科学计量是研制和建立计量基标准装置，提供量值传递和溯源的依据；法制计量是对关系国计民生的重要计量器具和商品计量行为依法进行监管，确保相关量值准确；工程计量是为全社会的其他测量活动进行量值溯源提供计量校准和检测服务。二、计量单位1、1、际单位制国际单位制是由国际计量大会(CGPM)采纳和推荐的一种一贯单位制。它的国际通用符号为〃SI”(1)SI基本单位(7个，见表1)SI导出单位：由一个或几个SI基本单位或SI辅助单位通过相乘或相除等代数式表示的单位。a、包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位(21个，见表2)。b组合形式的SI导出单位。(3)SI单位的倍数单位，由SI词头(20个，见表3)与SI单位构成。3、法定计量单位法定计量单位是由国家法律承认，具有法定地位的计量单位。现行的法定计量单位是1984年2月27日由国务院发布的《关于在我国统一实行法定计量单位的命令》中规定的。4、法定计量单位的构成《中华人民共和国计量法》第三条规定：国际单位制单位和国家选定的其它计量单位，为国家法定计量单位。法定计量单位的内容包括：SI基本单位SI导出单位我国选定的可与国际单位制单位并用的非国际单位制单位(16个，见表4)由以上单位构成的组合形式单位由SI词头与以上单位构成的倍数单位世界计量日1875年5月20日，17个国家在法国巴黎签署“米制公约”，这是一项在全球范围内采用国际单位制和保证测量结果一致的政府间协议。100多年来，国际米制公约组织对保证国际计量标准统一、促进国际贸易和加速科技发展发挥了巨大作用。1999年，第21届国际计量大会决定把每年的5月20日确定为“世界计量日”。

表1SI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］K物质的量摩［尔］mol发光强度坎［德拉］cd表2包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位量的名称单位名称单位符号其它表示式例平面角弧度rad立体角球面度sr频率赫［兹］Hzs-i力；重力牛［顿］Nkg•m/s2压力，压强；应力帕［斯卡］PaN/m2能量；功；热焦［尔］JN•m功率；辐射通量瓦［特］WJ/s电荷量库［伦］CA•s电位；电压；电动势伏［特］VW/A电容法［拉］FC/V电阻欧［姆］QV/A电导西［门子］SA/V磁通里韦［伯］WbV・s磁通密度，磁感应强度特［斯拉］TWb/m2电感亨［利］HWb/A摄氏温度摄氏度°C光通量流［明］lmcd•sr光照度勒［克斯］lxlm/m2放射性活度贝可［勒尔］Bqs-i吸收剂量戈［瑞］GyJ/kg亠卄口.、r才口剂里当里希［沃特］SvJ/kg

表3用于构成十进倍数和分数单位的SI词头所表示的因数词头名称词头符号所表示的因数词头名称词头符号1024尧［它］(yotta)Y10-1分(deci)d1021泽［它］(zetta)Z10-2厘(centi)c1018艾［可萨］（exa）E10-3毫(milli)m1015拍［它］(peta)P10-6微(micro)u1012太［拉］(tera)T10-9纳［诺］(nano)n109吉［咖］(giga)G10-12皮［可］(pico)p106兆(mega)M10-15飞［母托］femto)f103千(kilo)k10-18阿［托］(atto)a102百(hecto)h10-21仄［普托］(zepto)z101十(deka)da10-24幺［科托］(yocto)y表4国家选定的可与国际单位单位并用的非国际单位制单位量的名称单位名称单位符号与SI单位的关系时间分［小］时日（天）minhd1min=60s1h=60min=3600s1d=24h=86400s［平面］角度［角］分［角］秒o/1°=(n/180)rad1，=(1/60)°=(n/10800)rad1〃=(1/60)'=(n/648000)rad体积，容积升L⑴1L=1dm3=10-3m3质量吨原子质量单位tu1t=103kg1u~1°660540X10-27kg旋转速度转每分r/min1r/min=(1/60)s-1长度海里nmile1nmile=1852m（只用于航行）速度节kn1kn=1nmile/h=(1852/3600)m/s(只用于航行)能电子伏eV1eV~1°602177X10-19j级差分贝dB线密度特［克斯］tex1tex=10-6kg/m面积公顷hm21hm2=104m2

附表1：检定工作中常用的计量单位计量器具量的名称单位名称单位符号直尺长度米M分米dm厘米cm毫米mm秤、衡器、天平、砝码质量千克（公斤）kg克g压力表压力兆帕［斯卡］MPa千帕［斯卡］kPa血压计压力千帕［斯卡］kPa毫米汞柱mmHg电能表电能千瓦时kWh加油机体积升L,(l)水表体积立方米m3煤气表体积立方米m3出租车计价器长度千米（公里）km附表2：容易用错的计量单位使用场合错用的计量单位正确的计量单位及符号电视机屏幕尺寸寸、英寸厘米cm质量（重量）斤千克（公斤）kg两克g土地面积亩公顷hm25、计量单位的使用规则单位名称(读法)：单一单位的名称：可以用全称，也可以用简称；相乘单位的名称：要按符号的顺序读，中间没有乘的符号。如力矩的单位符号为N・m。其名称为“牛顿米”，或简称为〃牛米”；相除单位的名称：除〃/”对应〃每〃字，顺序从左往右读。如质量热容的单位符号为J/(kg・K)，其名称为〃焦耳每千克开尔文”,或简称为“焦每千克开”；乘方单位的读法：指数的名称在前，单位的名称在后，相应的指数名称由数字加“次方”二字组成。如：断面惯性矩的单位m4的名称为〃四次方米〃。在长度计量的面积和体积应用时，“二次方”、“三次方”可读成〃平方”、〃立方〃。含词头时，词头与单位一起读，如km2。读作〃平方千米”。单位符号(写法)提倡尽量用字母符号，少用中文符号。所有单位的符号一律用正体，不加省略点，没有复数的形式；单位的名称一般用小写体，但来源于人名的单位符号，第一个字母要大写，如压力单位〃帕斯卡”的单位称号是〃Pa〃。例外：容量〃升”的符号可以用〃L”，也可以用〃1”，因为印刷体〃I”与数字“1”相似，不易识别时，可用大写体〃L”10ml1L。词头中106以上(含106M)要大写。⑧单位符号与词头符号容易混淆时，要将其放置在右侧。如力矩单位若写成mN就变成了〃毫牛顿〃，这时正确应写成Nm或N・m;〃除”的符号〃/”只能出现一条；如热导率单位符号是W/(m・k)，不是W/m/k。词头符号要放在最前面，不留空，不加乘点及任何符号。如毫米应写成mm。一般不在分子分母中同时使用词头；不能使用重叠的词头。如纳米不能写成〃m^m”，而应写成“nm”；带词头的单位的乘方是包括词头在内的。女口1cm2=1x（10_2）2m2=1x10_4m2；单位的名称与符号不能混用；数值是区间时，应都带单位或数值带括号。如5m〜7m,或（5〜7）m等；（11） 数值与符号之间一般留半格空间，以免引起混淆；（12） 〃ppm〃和〃ppb〃在国际上还在用，但都不是我国的法定计量单位，应不用，而写成“X10-6〃和〃x10-9〃。三、检定、校准和测试1、 检定：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。2、 校准：在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。注：1）校准结果既可给出被测量的示值，又可确定示值的修正值。2） 校准也可确定其他计量特性，如影响量的作用。3） 校准结果可以记录在校准证书或校准报告中。3、 计量器具：单独地或连同辅助设备一起使用以进行测量的器具。4、 首次检定：对未曾检定过的新计量器具进行的检定。5、 后续检定：计量器具首次检定后的任何一种检定：1）强制性周期检定；2）修理后检定；3）周期检定有效期内的检定，不论是由用户提出请求，或者由于某种理由，在有效期内封印不再有效。6、周期检定：按时间间隔和规定程序，对计量器具定期进行的一种后续检定。7、检定证书：证明计量器具已经过检定获得满意结果的文件。8、检定结果通知书（不合格通知书）：声明计量器具不符合有关法定要求的文件。9、测试：具有试验性的测量。测试出具测试证书或测试报告。实物量具^计量仪器（仪表）按结构分是』量装置&准物质计量器具的分类厂计量基准—按计量学用途分计量标准—工作计量器具四、计量器具的指标和特性1、 标称值：测量仪器上表明或指导其使用的量值，该值为圆整值或近似值。2、 示值：由计量器具所指示的被测量值。3、 量程：标称范围两极限之差的值。如标称范围为-10V〜+10V时，其量程为20V。标称范围(0~16)MPa(-0.1~0.3)MPa-(0.1~0)MPa(2~8)MPa量程16MPa0.4MPa0.1MPa6MPa说明|16-0|=16|0.3-(-0.1)|=0.4|-0.1-0)|=0.1|8-2|=6

4、测量范测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。4、测量范测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。5、标称范是指测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。如：-10V〜+10V。6、 测量仪器的准确度：测量仪器给出接近于真值的响应能力。7、 准确度等级：符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别。8、 测量仪器的【示值】误差：测量仪器示值与对应输入量的真值之差。9、 【测量仪器的】最大允许误差：对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。五、测量误差及数据处理1、相关概念测量误差：测量结果减去被测量的真值。测量误差=测量结果一真值真值:与给定的特定量的定义一致的值，即与被测量定义一致的值。理论真值如三角形内角和等于180°四边形内角和等于360°等。约定真值：对于给定目的具有适当的不确定度的、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。有时也称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值。在实际测量中，通常利用被测量的实际值、多次测量结果的算术平均值、计量标准器所复现的量以及计量学约定值作为约定真值。⑴被测量的实际值：如某砝码名义上标注为1kg，测量时实际值为1.002kg。可把1.002kg当作约定真值。⑵算术平均值：用多次测量结果的平均值当做真值的近似值。n次测量结果的算术平均值为：-x+x++x+x工XX=2 n-1n=Lnn（3）计量标准器所复现的量值：高一级标准器允许误差为低一级标准或普通仪器（被测对象）允许误差的1/3〜1/10时，高一级标准器所复现的量值就作为被测量的约定真值。（4）计量学约定真值：国际计量人会决议通过基本量的单位（例如，长度单位，米是光在真空中在1／299792458秒的时间间隔内行程的长度）；国际常数委员会所公布推荐的基本物理常量（数）（例如，阿伏加德罗常数NA=6・0221367x1023moLi）;法定计量单位中所规定的数值（例如：标准重力加速度：g=9・80665m/s2。）等均作为约定真值。尽管约定真值是相对的，本身存在一定的不确定度。然而，正是我们承认了约定真值的可知性，使得在计量学的实际应用成为可能。此时约定真值与真值之差对特定目的来说，可以忽略不计。残余误差：测量列中的某个测得值和该测量列的算术平均值x之差称为残余误差V简称残差。xv=x—xxi实验标准差:对同一被测量作n次测量，表征测量结果分散性的量s，可按贝塞尔公式计算得到单次测量结果的实验标准差:s= 兰（x一x）2n一1ii=1算术平均值的实验标准差:S（x）=S戶，表征任一n次测量结果的算术平均值的分散性，是标准不确定度A类评定的基本公式。例：在重复条件下，对某被测量重复测量7次，测量值、平均值残差、标准差和算术平均值的实验标准差见下表：测量值10.410.610.710.110.910.310.2平均值10.46残差-0.060.140.24-0.360.44-0.16-0.26标准差0.29算术平均值的彳标隹差0.112、误差的表达绝对误差：(绝对)误差=测量结果－真值修正值：用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值。修正值=真值-测量结果相对误差：相对误差二绝对误差一真值x100%弓I用误差：引用误差二绝对误差m引用值"00%说明：引用值可以是计量器具的量程或标称范围的最高值(或上限值)。例1标称值X为10g的二等标准砝码，经检定其实际值x0为IO.003g，该砝码的标称值的绝对误差为：A=x-x=10-10.003=—0.003(g)例2用被检的2.5级压力表测量某压力值x为1.60MPa，用另—只O.4级精密压力表测得压力值X。为1.593MPa，则该被检压力表测量结果的绝对误差为：A=x-x=1.60-1.593=0.007(MPa)0说明：对回程误差小的仪表，如电学三表、热工二次仪表等，采用按检定点对被检表来读取标准表的示值。如被检电流表示值为1.5mA，标准表相应指示出1・51mA，则：A=x-x=1.5-1.51=-0.01(mA)0对回程误差大的仪表，如压力表等，采用按检定点对标准表来读取被检表的示值。如某标准压力表示值为3.500MPa，被检表相应指示出3.49MPa，则：A=x-x=3.49-3.500=-0.01(MPa)0这种计量仪器的绝对误差，也称为计量仪器的示值误差。示值误差=示值一被测量真值

例3有一标称范围为（0〜300）V的电压表，在示值为100V处,其实际值为100・50V,则该电压表在示值为100V处的相对误差为：A=100.00V一100.50V=0.5%r 100.50V例4某台标称范围为（0〜150）V的电压表当其示值为100・OV时，测得电压的实际值为99.4V，则该电压表在示值为1OOV处的引用误差为：100.00V100.00V-99.4V=0.4%而在IOOV处的相对误差为:100.00V100.00V-99.4V994V=0.6%3、误差的分类系统误差：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。随机误差：测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果与平均值之差。4、误差的来源a•被测对象自身缺陷或变化引起的误差。b•测量过程中产生的误差：测量装置的误差环境条件变化所引起的误差测量原理方法所引起的误差人为因素引起的误差测量准确度与测量不确定度测量准确度与测量不确定度测量准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度（是一个定性概念，不能定量表示）。测量不确定度：表征合理地赋予被测量值的分散性，是与测量结果相联系的参数。6、计量器具准确度等级(1)计量器具准确度等级准确度等级：符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的计量器具的等别或级别。“等”与“级”是计量器具的主要特性指标之一。“级”根据示值误差的大小确定，表明示值误差的档次，按计量器具的标称值使用；“等”根据扩展不确定度大小确定，表明测量结果扩展不确定度的档次，按该计量器具检定证书上给出的实际值使用。计量器具“等”与“级”举例划分等级举 例按级别精密压力表：0.25级、0.4级、0.6级按等别标准活塞压力计：1等、2等、3等既按级别，又按等别量块：0级-4级；1等-6等(2)计量器具等级符号等别符号一般用阿拉伯数字表示，如1,2,3。在用绝对误差的形式给出计量器具允许误差的情况下，级别的表示方法有：拉丁文大写字母，如A，B，C，M，F;罗马数字如I,II,皿，IV。阿拉伯数字，如0,1,2,3。以上这些表示方法中，某级别的允许误差在有关检定规程或其他技术文件中规定,只从这些符号中是得不出来的。以引用误差和相对误差的形式给出计量器具允许误差情况下,其级别的符号即其误差数值,按有关技术规范的规定,使用其百分数,而略去其百分号％。因此,通过级别的数值,可间接了解其允许误差的引用误差或相对误差。如1.5压力表,允许误差按测量上限给出的引用误差为1.5%。注：以数字表达的准确度等级和仪器的最大允许误差不一定直接对应，如一级照度计的最大允许误差±4%，二级为±8%。对具有两个或两个以上的测量范围的计量仪器，可以规定两个或两个以上的相应的准确度级别。对于万能式或组合的计量仪器，测量两个或两个以上的物理量时，考虑到被测量的差别，可以规定各自不同的准确度级别。例如：万能工具显微镜，既可测量纵横坐标的两个长度值，也可测量平面角度值；有些电测仪器既可测量直流特性，又可测量交流特性。这些均应分别给出各自的准确度。7、测量结果的重复性与复现性测量结果的重复性：在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。测量结果的复现性：在测量条件变化时，同—被测量的测量结果之间的一致性。8、数值修约（1） 正确数：不带测量误差的数均为正确数。（2） 近似数：接近但不等于某一数的数，称为该数的近似数。（3） 有效数字若测量结果经修约后的数值，其修约误差绝对值小于0.5（末位），则该数值称为有效数字。即从左起第一个非零的数字到最末一位数字止的所有数字都是有效数字。（4）数值修约规则拟舍弃的数字的最左一位数字小于5时，则舍去，即保留的各位数字不变；（12.1498修约到一位小数，得12.1。修约个位，得12。）拟舍弃的数字的最左一位数字大于5时，或是5且其后跟有并非全为零的数字时，则进1，即保留的末位数字加1；拟舍弃的数字的最左一位数字为5而其后无数字或皆为0时，若保留的末位数字为奇数（1，3，5，7，9），则进1；为偶数（2，4，6，8，0），则舍去。1.05、0.35,修约到一位小数,分别得1.0、0.4。例：将下列数修约到小数点后第3位（保留4位有效数字）3.1415001^3.1423.1414999^3.1413.1415~3・1423.1425~3・1423.141329~3・1413.1405000001^3.141（5）近似数的运算近似数的加减，以小数点后位数最少的为准，其余各数均修约到比该数多保留一位；计算结果的小数位数与小数位数最少的那个数相同。例1 28.1+14.54+3.0007~28・1+14・54+3.00=45.65~45・6例2 10+1.747-2.007+1.1~10+1・7-2.0+1.1=10.8-11近似数的乘除，以有效数字最少的为准，其余各数均修约到比该数多一个有效数字；计算结果的有效数字位数,与有效数字位数最少的那个数相同，而与小数点的位置无关。例1 2.3847x0.76^41678u2.38x0.76m4.17x104=4.33764988x10-5=4.3x10-5例2已知圆的半径R=3・145mm，求周长C。C=2nR=2x3.1416x3.145=2x3.142x3.145=19.760664-19.76(mm)■检定记录和证书的填写要求一）检定原始记录应包含的信息：1、被检定计量器具的名称、型号规格、仪器编号、量程或测量范围、生产厂家、准确度或测量不确定度（说明书）；2、使用的技术依据（检定规程或校准规范、说明书、标准）；3、使用的标准计量器具；4、检测时的环境条件（温度、湿度、气压、振动等）；5、检测地点；6、采用的检测方法（必要时）；7、检测时依据的技术指标要求（适合时）；8、原始观察数据及计算过程；9、检测结果的判断（是否合格）；10、检定日期；11、检定人员；12、检定连线图或测试布点图等（必要时）。（二）原始记录填写要求1、检定原始记录格式应统一印制（可参考检定规程）；2、检定原始记录内容应如实记载，记录完整，数据无误，字迹清楚，严禁追记，不得用铅笔填写。填写内容不允许随意涂改或删除；如确需修改，作废数据应划两条水平线，将正确数据填在上方，并在原作废处盖上更改人印章。3、检定原始记录应由持检定员证件的检定人员和核验人员分别签名，核验人员必须认真核对检定数据，如果对检定数据有怀疑，必须进行复检。（二）检定证书检定证书的信息:1、检定单位；2、证书名称、证书编号；3、被检定单位；4、受检计量器具名称、型号规格、制造厂、出厂编号、设备编号；5、检定环境条件；6、检定结果，主管、核验、检定人员签字；7、检定日期、有效期；8、检定说明（计量标准器具信息）。六、计量法规1、计量法规体系①计量法律：《中华人民共和国计量法》1985年9月6日经全国人大常委会六届十二次会议通过，以国家主席令颁布了《中华人民共和国计量法》，是1996年7月1日正式实施。《计量法》共6章35条。对我国计量单位制、计量基标准、计量检定及计量器具管理、计量监督和法律责任进行了规定。计量法规：国务院颁布了《中华人民共和国计量法实施细则》、《中华人民共和国强制检定的工作计量器具检定管理办法》、《中华人民共和国进口计量器具监督管理办法》等8件计量法规。部分省、自治区、直辖市及单列市发布地方性计量法规28件。计量规章：国务院计量行政主管部门颁布了计量规章26件。部分省、自治区、直辖市及单列市发布地方性计量规章4件。我省于1996年颁布了《湖南省计量计费监督管理办法》。计量技术法规：包括计量检定规程、计量检定系统和计量技术规范3部分。其中国家计量检定规程、校准规范共854个，计量检定系统表93个，部门计量检定规程1019个，地方计量检定规程482个。我省制定了地方计量检定规程和校准规范16个。2、《中华人民共和国计量法》第六届全国人大常委会第十二次会议于1985年9月6日通过，于1986年7月1日起实施。立法宗旨：第一条为了加强计量监督管理，保障国家计量单位制的统一和量值的准确可靠，有利于生产、贸易和科学技术的发展，适应社会主义现代化建设的需要，维护国家、人民的利益。第二条在中华人民共和国境内，建立计量基准器具、计量标准器具，进行计量检定，制造、修理、销售和使用计量器具，必须遵守本法。计量单位制规定：第三条国家采用国际单位制。国际单位制和国家选定的其他计量单位，为国家法定计量单位。法律责任规定：第二十六条属于强制检定范围的计量器具，未按照规定申请检定或者检定不合格继续使用的，责令停止使用，可以并处罚款。第二十七条使用不合格计量器具或者破坏计量器具准确度，给国家和消费者造成损失的，没收计量器具和违法所得，可以并处罚款。注：《中华人民共和国计量法实施细则》第五十一条使用不合格计量器具或者破坏计量器具准确度和伪造数据，给国家和消费者造成损失的，责令其赔偿损失，没收计量器具和全部违法所得，可并处2000元以下的罚款。第二十八条制造、销售、使用以欺骗消费者为目的的计量器具的，没收计量器具和违法所得，处以罚款，并对个人或者单位直接负责人员按诈骗罪或者投机倒把罪追究刑事责任。七、强制检定（一）、强制检定的法律法规依据1、《中华人民共和国计量法》第九条规定，县级以上人民政府计量行政部门对社会公用计量标准器具，部门和企业、事业单位使用的最高计量标准器具，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面的列入强制检定目录的工作计量器具，实行强制检定。未按照规定申请检定或者检定不合格的，不得使用。实行强制检定的工作计量器具的目录和管理办法，由国务院制定。2、《中华人民共和国计量法实施细则》第十一条规定，使用实行强制检定的工作计量器具的单位和个人，应当向当地县（