4. 第四章 量值传递与量值溯源

第四章

量值传递与量值溯源中国计量大学《计量学概论》课程组目录01量值与真值02被测量与影响量03误差与不确定度04测量仪器与测量结果05计量基准与计量标准06量值传递与量值溯源07检定与校准08比对与期间核查量值与真值PARTONE量值与真值01量值

量值全称量的值，简称值，是指“用数和参照对象一起表示的量的大小”。

由“数字+单位”构成，表示量的大小，如5.34m、152g。02真值

量的真值简称真值，指的是“与量的定义一致的量值”。理论上与定义一致的值，实际不可知，用“约定量值”或“测量不确定度”替代。03约定量值约定量值又称量的约定值，简称约定值，指的是“对于给定目的，由协议赋予某量的量值”。约定量值通常被认为具有适当小（可能为零）的测量不确定度。被测量与影响量PARTTWO

被测量是指“拟测量的量”

测量的目的当然是要确定被测量的量值，因此测量时的第一件事就是要明确拟测量的是什么量。测量时要知道被测对象的特定量是什么，也就是要对被测量进行定义。被测量的定义包括对测量有影响的有关影响量所进行的说明，其详细程度是相应于所需的测量准确度而定的，以便对与测量有关的所有的实际用途来说，其值是单一的。需要注意的是，测量包括测量系统和实施测量的条件，它可能会改变研究中的现象、物体或物质，使被测量的量可能不同于定义的被测量。被测量01影响量是指“在直接测量中不影响实际被测的量，但会影响示值与测量结果之间关系的量”。间接测量的测量结果是由各直接测量的量通过函数关系计算得到，此时，每项直接测量都可能受影响量的影响，从而影响最终测量结果。影响量02被测量是拟测量的量（需明确定义含环境等参数），影响量不直接测但影响测量结果（如测量电流时的频率）。误差与不确定度PARTTHREE（一）测量误差的概念

测量误差定义为“测得的量值减去参考量值”，实际工作中测量误差又简称误差。

测量误差的概念在以下两种情况下均可以使用：1）：当存在单个参考量值时，测量误差是可获得的。2）：当参考量值是真值时，由于真值未知，测量误差是未知的。

需要注意的是，测量中的过错常称为“粗大误差”或“过失误差”，它不属于测量误差定义的范畴。（二）测量误差的表示形式

1.绝对误差2.相对误差

绝对误差是测量结果与被测量的参考量值之差，即相对误差定义为绝对误差与被测量的参考量值之比，如用表示，

则有

3.引用误差引用误差是指“测量仪器或测量系统的误差除以仪器的特定值”。特定值一般称为引用值，它可以是测量仪器的量程，也可以是下限为零的标称范围或测量范围的上限等。也就是说，引用误差δf是以测量仪器某一刻度点的示值误差为分子，以测量范围上限或全量程为分母所得的比值，即（三）测量误差的分类1.系统误差

系统测量误差简称系统误差，是指“在重复测量中保持不变或按可预见方式变化的测量误差的分量”。

2.随机误差

随机测量误差简称随机误差，是指“在重复测量中按不可预见方式变化的测量误差的分量”。测量仪器与测量结果PARTFOUR一、测量仪器的概念及作用（一）测量仪器的概念

测量仪器又称计量器具，是指“单独或与一个或多个辅助设备组合，用于进行测量的装置”。它是用来实现测量以获得对被测量的量值（即真值）的认知的装置。为了满足测量仪器的预期用途的预定要求，测量仪器必须具有符合规定的计量特性，特别是测量仪器的准确度必须符合规定要求。（二）测量仪器的作用

测量的目的是认识被测量的真值的大小。测量是以实验方式获得能合理赋予被测量的一个或多个量值的过程。在此过程中，获得量值通常是通过测量仪器来实现的，所以测量仪器是人们通过测量获得量值，得以定量地认识客观世界的重要工具。二、测量仪器的计量特性

测量仪器的计量特性是指其影响测量结果的一些明显特征。为了达到测量的预定要求，测量仪器必须具有符合规范要求的计量学特性，特别是测量仪器的准确度必须符合规定要求。表征测量仪器计量特性的参数主要有以下几个：（一）响应特性

响应特性是指测量仪器的响应随激励或某种其他影响因素变化的特性。对一个完整的测量仪器来说，激励就是测量仪器所测量的量，而响应就是与被测量对应的输出或示值。显然，只有准确地确定了测量仪器的响应特性，其输出或示值才能准确地反映被测量的量值。（二）测量系统的灵敏度

测量系统的灵敏度简称灵敏度，是指“测量系统的示值变化除以相应的被测量值变化所得的商”。灵敏度反映测量系统正测量的量（亦称激励或输入量）变化引起仪器示值（亦称响应或输出量）变化的程度。如激励的变化很小，而引起的响应改变很大，则说明该测量系统的灵敏度高。(三）分辨力

分辨力包括测量仪器的分辨力和显示装置的分辨力。其中，测量仪器的分辨力通常简称分辨力，是指“引起相应示值产生可觉察到变化的被测量的最小变化”。它反映测量仪器对被测量的分辨能力。分辨力可能与内部噪声、外部噪声或摩擦等因素有关，也可能与被测量的值有关。显示装置的分辨力是指“能有效辨别的显示示值间的最小差值”。也就是说，显示装置的分辨力是指使用者对指示或显示装置对其最小示值差的辨别能力。显示装置提供示值的方式可以分为模拟式、数字式和半数字式三种。（四）鉴别阈

鉴别阈是指“引起相应示值不可检测到变化的被测量值的最大变化”，也就是不引起相应示值产生可检测变化的所测量的量值的最大变化。例如，检定二等标准活塞压力真空计时，在被检压力真空计的测量上限压力p，测量时两活塞按顺时针方向以（30～60）r/min的转速转动，当在上述压力p达到平衡后，在被检压力真空计上加放能破坏两活塞平衡的最小砝码，其质量值即为被检压力真空计的鉴别阈。一般要求二等标准活塞压力真空计的鉴别阈不大于50㎎。（五）死区

死区是指“当被测量值双向变化时，相应示值不产生可检测到的变化的最大区间”，也就是不引起相应示值产生可检测出变化的所测量的量值双向变化的最大区间。有的测量仪器由于机构零件的摩擦、零部件之间的间隙、弹性材料的变形、阻尼机构的影响等原因产生死区。（六）测量仪器的稳定性

测量仪器的稳定性简称稳定性，是指“测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力”。通常稳定性是指测量仪器的计量特性随时间不变化的能力。稳定性可以进行定量的表征，主要是确定计量特性随时间变化的关系。稳定性通常可以用计量特性的某个量发生规定的变化所需经过的时间，或用计量特性经过规定的时间所发生的变化量来进行定量表示。例如，对于标准电池，技术指标中对其长期稳定性（电动势的年变化幅度）和短期稳定性（3～5天内电动势变化幅度）均有明确的规定；量块尺寸的稳定性以其每年允许的最大变化量（微米/年）来进行考核。（七）仪器漂移

仪器漂移是指“由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一段时间内的连续或增量变化”。仪器漂移所指的示值变化既与被测量的变化无关，也与影响量的变化无关。如有的测量仪器的零点漂移，有的线性测量仪器静态特性随时间变化的量程漂移。如一种冷原子吸收测汞仪，规定在外接交流稳压器输出端接10mV记录仪，仪器预热2h后，测定0.5h内零点的最大漂移应小于0.1mV。产生漂移的原因，往往是温度、压力、湿度等的变化，或仪器本身性能的不稳定。测量仪器使用时采取预热、预先放置一段时间与室温等温，是减少漂移的一些措施。（八）示值误差

示值是指“测量仪器或测量系统给出的量值”，而示值误差则是指“测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差”，也可称为测量仪器的误差。测量仪器的示值是与测量仪器的输入量有关联的输出，与输入量不一定是同类量。使用示值误差的场合，通常对应着测量仪器示值就是对测量仪器输入量的估计值，即示值与输入量为同类量。确定测量仪器示值误差的参考量值实际上使用的是约定真值或已知的标准值。为确定测量仪器的示值误差，当其接受高等级的测量标准器检定或校准时，则标准器复现或测得的量值即为约定真值，通常称为标准值或（俗称）实际值。（九）最大允许测量误差

最大允许测量误差简称最大允许误差，也被称为误差限，是指“对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于已知参考量值的测量误差的极限值”。它是某一测量、测量仪器或测量系统的技术指标或规定中所允许的，相对于已知参考量值的测量误差的极限值，是表示对测量或测量仪器准确程度的规定（要求）的一个重要参数。（十）准确度等级

准确度等级是指“在规定工作条件下，符合规定的计量要求，使测量误差或仪器不确定度保持在规定极限内的测量仪器或测量系统的等别或级别”。这里说的规定的工作条件，通常是额定工作条件，也可能是规定的其他工作条件。准确度等级意味着对符合要求的测量仪器的测量误差或仪器不确定度的极限值的规定。在我国，准确度等级中的等和级有不同含义和用法。级对应于对最大允许误差的规定，是对示值误差的要求；使用以级表示准确水平的合格测量仪器时，直接使用测量仪器本身示值而不考虑对检定所确定示值误差的修正，因为最大允许误差表示的是测量仪器的示值的准确程度。测量标准器既可分等也可分级，而工作计量器具通常分级。对测量仪器按准确程度的水平分类，有利于测量仪器的制造、销售，用户的合理选型，以及确定量值传递或溯源的需求水平。（十一）仪器的测量不确定度

仪器的测量不确定度简称仪器不确定度，是指“由所用的测量仪器或测量系统引起的测量不确定度的分量”。原级计量标准的仪器不确定度通常是通过不确定度评定得到的。而其他测量仪器或测量系统的不确定度是通过对测量仪器或测量系统校准得到的。三、测量仪器的使用条件（一）参考工作条件

参考工作条件简称参考条件，是指“为测量仪器或测量系统的性能评价或测量结果的相互比较而规定的工作条件”。为了使对不同测量仪器的性能评价或对不同测量结果进行相互比较，需要规定使它们具有可比性的、一致的工作条件。测量仪器的计量特性直接受测量仪器使用条件的影响。通常，测量仪器允许的使用条件有以下四种形式。（二）额定工作条件

额定工作条件是指“为使测量仪器或测量系统按设计性能工作，在测量时必须满足的工作条件”。额定工作条件就是指测量仪器的正常工作条件。额定工作条件一般要规定被测量和影响量的范围或额定值，只有在规定的范围和额定值下使用，测量仪器才能达到规定的计量特性或规定的示值允许误差值，满足规定的正常使用要求。例如，工作压力表测量范围上限为10MPa，则其上限只能用于10MPa。(三）极限工作条件

极限工作条件是指“为使测量仪器或测量系统所规定的计量特性不受损害也不降低，其后仍可在额定工作条件下工作，所能承受的极端工作条件”。这是指测量仪器所能承受的极端条件，而且不会导致随后在额定操作条件下工作时低于规定的计量特性。（四）稳态工作条件稳态工作条件是指“为使由校准所建立的关系保持有效，测量仪器或测量系统的工作条件，即使被测量随时间变化”。经校准的测量仪器或测量系统在此条件下工作，可保持校准结果有效，即使用于对随时间变化的被测量的测量。该术语中的“稳态”应理解为“保持校准特性有效”（的工作条件）。计量基准与计量标准PARTFIVE计量基准计量基准又称为国家计量基准或计量基准器具，它是经国家决定承认，在一个国家内作为对有关量的其他测量标准定值的依据。国家计量基准副基准国际计量基准工作基准计量标准（一）计量标准的概念

计量标准是指准确度低于计量基准、用于检定或校准其他计量标准或工作计量器具的测量标准。（二）计量标准的分类

按法律地位、使用和管辖范围的不同，我国的计量标准分为社会公用计量标准、部门计量标准和企业、事业单位计量标准三类。（三）计量标准的地位与作用

计量标准在我国量值传递和量值溯源中处于中间环节，起着承上启下的作用，即计量标准将计量基准所复现的量值通过检定或者校准方式传递到工作计量器具，确保工作计量器具量值的准确可靠和统一，从而使工作计量器具进行测量得到的数据可以溯源到计量基准。（四）计量标准的管理

为了使各项计量标准能在正常技术状态下进行量值传递，保证传递的量值的准确可靠，我国《计量法》规定：凡建立社会公用计量标准、部门和企业、事业单位最高计量标准，必须依法考核合格后，才有资格开展量值传递。标准物质（一）标准物质的概念及其特点

标准物质（referencematerial，简称RM）在国际上又称参考物质，是指“具有足够均匀和稳定的特定特性的物质，其特性被证实适用于测量中或标称特性检查中的预期用途”。例如，装入三相点瓶中已知其三相点温度的物质，可用于检查温度测量装置的准确性。（二）标准物质的分类

标准物质的品种和数量很多，可以是纯的或混合的气体、液体或固体。我国发布的标准物质目录，按专业领域的分类方法，分为钢铁、有色金属、建筑材料、核材料与放射性、高分子材料、化工产品、地质、环境、临床化学与医药、食品、能源、工程技术、物理学与物理化学13大类。【码4-2标准物质】（三）标准物质的地位与作用标准物质是保证量值准确可靠和实现全国量值统一的法定依据。它可以作为计量标准来检定、校准或校对仪器设备，也可以作为比对标准来考核仪器设备、测量方法和操作程序是否正确，测定物质或材料的组成和性质，考核各实验室之间测量结果的准确度和一致性，鉴定所试制的仪器设备或评价新的测量方法，以及用于仲裁检定等。（四）标准物质的管理国务院计量行政部门对标准物质的申报、技术审查、定级、批准发布都做了明确的、严格的规定。企业、事业单位制造标准物质，必须具备与所制造的标准物质相适应的设施、人员和分析测量仪器设备。企业、事业单位制造标准物质新产品，应当进行定级鉴定，经评审取得国家标准物质定级证书后方可生产、销售。量值传递与量值溯源PARTSIX量值传递是自上而下（基准→各级标准→工作器具），量值溯源是自下而上（工作器具→各级标准→基准），均通过检定或校准实现。核心含义保障全国量值统一、准确，解决计量器具误差问题。必要性体系呈三角/树枝形，传递方式包括实物标准逐级传递、发放有证标准物质、发播标准信号、计量保证方案（MAP）。体系与方式检定与校准PARTSEVEN一、检定与校准的概念

实现量值传递与溯源的最主要手段是检定与校准。对计量器具（测量仪器）进行检定和校准是从事计量技术工作的计量技术人员最主要的工作。（一）检定（二）校准

检定是计量领域中的一个专用术语，是对“计量器具的检定”“测量仪器的检定”或“