第2章 量和单位制2.1 量2.3 国际单位制及其使用方法2.2 单位和单位制2.4 我国的法定计量单位2.1 量量的概念“量”定义为“现象、物体和物质的可 以定性区别和定量确定的一种属性”。 量的理解？定性、定量。量总是由数值和计量单位的乘积表示 。A=AA式中A量A所选用的计量单位；A用计量单位A表示时量 A的数值。2.1.1量的种类 1.基本量和导出量在科学技术中，为了简化量与量之间 的关系而建立了量制。“在量制中，约 定地认为是彼此独立的量”称为“基本 量”，而另一些“在量制中，为该量制 基本量的函数所定义的量”称为“导出 量”。基本量和相应导出量的特定组合 构成整个科学领域或某个专业领域的“ 量制”。2.被计量的量和影响量 在计量中,经常会遇到被计量的量和 影响量。被计量的量是要求计量的 量。影响量不是计量对象,但却影响 被计量的量值或计量仪器示值。虽 然影响量不直接反映被计量对象的 量值,但对计量结果有重大影响。在 进行计量时,不能只满足于获得直接 的计量结果,还应该注意影响量的作 用,这在高精度计量中尤为重要。 影响量来源于环境条件和计量器具本身,如 环境温度、气压、湿度、地磁场、重力场、 振荡、环境噪声、电源电压、电源频率及计 量器具的安装位置和本身的结构变化等等。 因此,在进行任何计量时,必须考虑这类因素 的影响。 现在,避免和减小影响量的方法比较多,大体 上有两种：一种是尽量消除影响源,另一种 是在影响存在的情况下采取相应的处理方法 减小影响量的影响。针对后者已经有了一些 软件处理方法,如卡尔曼滤波等。3.有源量和无源量 有些计量对象具有一定的能量,如温度、力、 照度等,观察者无需为计量中的信号提供外加 能源,这类量称为有源量。在进行精密计量时, 应力求使从计量对象获取的能量不导致计量对 象原有状态的变化。 有些计量对象本身没有能量,如长度、角度等 空间位置及硬度等材料特性,为了能够对这些 对象进行计量,必须从外界获取能量,这类量称 为无源量。 电学计量中的量,如电流、电压、功率、电能 、相位、频率等,通常可以直接用计量器具进 行计量,属于有源量； 而电阻、电感、电容、 互感等电路元件的参量,计量时必须有外接电 源,属于无源。按学科划分：几何量、力学、温度、电磁、电子、 时间频率、电离辐射、声学、光学和 化学（标准物质）。2.1.2 量值的概念 定义：由一个数和合适的计量单位表示的量，即由数 值和计量单位组成，且选用的单位大小要合适。 对于同一个量，计量单位不同，表示的数值也不同， 不完全统一。 什么是“量值统一”：应该为量值准确、一致，即在单 位量值的传递中，所用的各级标准计量器具以及由 它们检定或校准的计量器具的量值，都可以溯源到 国家计量基准，它们的量值在规定误差范围内保持 一致。 为实现量值一致，必须用法律形式或行政命令办法通 过国家法定计量单位，统一全国计量单位制度，建 立复现计量单位的国家计量基准和传递所需的各级 计量标准，还要制度相应的计量检定系统和检定规 程等技术法规，以确定被认可的被检项目、设备、 方法和环境条件等。同时，计量人员也必须经过严 格的培训和考核，以能正确完成计量过程。补充 测量测量的概念“以确定量值为目的的一组操 作”称为“测量”。测量方法 直接测量法和间接测量法 基本测量法和定义测量法测量3)静态测量和动态测量 4)其他测量方法 测量的实施 测量前的准备工作根据被测量对象的具体情况，特 别是准确度要求，提出拟使用的 计量器具，选择相应的环境条件 ，拟定合理的测量方案和具体测 量方法，挑选经过培训的操作者 。测量测量过程中应遵守的原则 计量器具都必须经检定合格 计量器具必须放置得当 计量器具应处于良好的工作状态 熟悉使用说明书，及时排除故障 注意操作安全 保持整洁测量记录和数据处理任何测量都应该有详细的原始记 录，它是记载全部测量过程的基 础性材料。在原始记录中，还应 记下各种影响量的量值，供分析 测量不确定度时应用。整个测量 程序完成后，即应对获得的各种 量值进行数据处理，分析和计算 各种不确定度分量，最终得出测 量结果和它的不确定度。测量测量报告重要的计量基准比对和测试结束后 ，都要写出书面报告。报告应该包括 一切有价值的内容，使他人能够理解 ，而且还能按报告记载复现测量过程 。测量对象、被测量的量、测量原理 和方法、计量器具和辅助设备、环境 条件和它们的特点和作用，都应给以 有所侧重的描述。报告的最后应该有 明确的结论。2.2 单位和单位制“计量单位”是“约定采用的特定量，用以 定量表示具有相同量纲的量”。也可理 解为“习惯上公认数值为1的一个量值” 。 “在给定量制中基本量的计量单位”称为“ 基本单位”。 “在给定量制中导出量的计量单位”称为“ 导出单位”2.2.1 单位的概念2.2.2 基本单位和导出单位基本单位：在给定量值中基本量的单位。 MKS制：长度、质量、时间，单位分别是米 、千克、秒。 CGS制：单位为厘米,克,秒 国际单位制：单位为米、千克、秒、安培、开 尔文、摩尔、坎德拉。 在给定量制中，约定地认为基本量是彼此独立 的，但与其相对应的基本单位不都是彼此独 立的。电流是独立的基本量，但安培的定义 ，包含了其他基本单位米、千克和秒。因此 ，在现代计量学中，不再用“独立单位”这个 名词。导出单位：在给定量制中导出量的计量单位。 在单位制中，导出单位可以用基本单位和比例 因数表示，而有些导出单位，为表示方便， 给以专门的名称和符号，如牛顿（N）、赫 兹（Hz）、帕斯卡（Pa）等。 一贯单位：由比例因数为1的公式用基本单位 表示的导出单位。 一贯制单位：由一组基本单位和一贯导出单位 （即一贯单位）组成的单位制，如国际单位 制。2.2.3 倍数单位和分数单位不同的计量领域和被计量的对象，需要选用大 小适当的计量单位 在长期的测量实践中，人们往往从同一种量的 许多单位中选用某个单位为基础，并赋予独 立的定义，这个计量单位称为“主单位”。 “根据约定比率，由给定单位构成的一个更大 的计量单位”称为“倍数单位”。 “根据约定比率，由给定单位构成的一个更小 的计量单位”称为“分数单位”。 选用单位时，应使量的数值处于0.11000范围 内，但也有例外。2.2.4 量纲 每个计量单位都有代表的符号。对此 ，为了世界上的一致，国际计量大会 有统一的规定，通常将其称为国际符 号。单位符号的形式有二种，一种是 字母(拉丁字母和希腊字母)，如长度单 位米的符号为m电阻单位欧姆的符号 为等，另一种是标号，如平面角单 位度的符号为“”等。 单位的中文符号，通常由单位的中文名称与 所带词头的简称构成例如电流单位的中文 名称是安培，其符号即为“安”；电容单位 皮可法拉的符号为“皮法”等。 由选定的一些基本单位和根据定义方程式由 它们及一定的比例因数而确定的导出单位所 构成的单位体系称为单位制。显然，所选取 的基本单位不同，单位制也就不同。例如以 厘米、克、秒作为基本单位的单位制，称为 厘米克秒制(CGS制)，以米、千克、秒作为 基本单位的单位制称为米千克秒制(MKS制) 。“以量制中基本量的幂的乘积表示，且其数字 系数为1的本量制的一个量的表达式”称为“ 量纲”。在国际单位制中，量纲皆以大写的正体拉丁 字母和希腊字母表示，规定：长度、质量、 时间、电流、热力学温度、物质的量和发光 强度七个基本量的量纲分别用大写字母表示 为：如在力学量制中，力的量纲为LMT2，电阻的 量纲为L2MT3I2。包括基本量在内的任何量的量纲一般表达式为 ：无量纲量：在给定量制中，其表达式内基本量 的指数皆为零，则称无量纲量。如线性应变 、摩擦系数、相对密度等。 量纲的意义：在于定性确定各有关量之间的关 系，特别是基本量和导出量之间的关系。 量纲法则：任何量的表达式，其等号两边必须 具有相同的量纲。 应用该法则可以检查物理公式的正确性。例如 冲量公式为：Ft=m(v2-v1) 等号左边的量纲为：dim(Ft)=FT=LMT-2T=LMT-1等号右边的量纲为： dim m(v2-v1)MLT-1 可见，等号两边的量纲相同，表明上列公式可 能是正确的。 同类量的量纲一定相同，而相同量纲的 量却未必同类。例如，在国际单位制中 ，功和力矩的量纲相同，皆为L2MT2， 但量却非同类。 对于一个特定的量，其不同单位之间都 有一定的换算关系，如1米等于3市尺 2.3 国际单位制及其使用方法 国际单位制是1960年第十一届国际计量大会 通过并在以后的科技与社会实践中逐步发展 和渐趋完善的，是目前世界上最先进、科学 和实用的单位制，它是在米制的基础上发展 起来的。 1、米制的起源与发展 米制是国际上最早公认的单位制，早在十七、八 世纪，人们就越来越感到计量单位及计量制度的 混乱影响了科技和生产的发展，特别是在国际贸 易和科技交流中的反映更加明显。于是，科学家 们便开始探求一种不分国家即各国都适用的通用 计量单位及计量制度。2.3 国际单位制及其使用方法 1791年经法国科学院的推荐，法国国民代表大会 采纳了以长度单位“米”为基本单位的计量制度 。当时，“米”被定义为地球子午线的四分之一 长度的一千万分之一，面积和体积的单位分别是 平方米和立方米，以及它们的十进倍数与分数单 位。质量单位是一立方分米的水在其密度最大的 温度(4)下的质量。由于这种制度是以“米” 为基础的，故而称为“米制”。 法国政府根据科学家们实地测定敦刻尔克到巴塞 罗那之间的地球子午线的弧长和给定体积纯水的 重量的结果，制成铂基准米尺和铂基准千克，保 存在法国巴黎档案局，并从法律上分别赋予这两 个基准以“1米”和“1千克”的值。2.3 国际单位制及其使用方法 1820年，欧洲的荷兰、比利时和卢森堡等首先 采用米制。 西班牙、哥伦比亚 、墨西哥、葡萄牙、意大 利相继使用。 1858年（清咸丰八年），米制传入我国，主要 用于海关。 1872年8月，法国政府邀请一些国家代表到巴 黎开“国际米制委员会”，有24年国家派了代表 。赞成采用米制。 1875年3月1日，法国政府召集了有20个国家的 政府代表与科学家参加的“米制外交会议”，为 米制的传播和发展奠定了国际基础。2.3 国际单位制及其使用方法 由各签字国的代表组成的国际计量大会（ CGPM)是“米制公约”的最高组织形式，下设 国际计量委员会（CIPM），其常设机构为 国际计量局（BIPM）。 1889年，召开了第一届国际计量大会，会上 将复制的30支新米原器中最接近“档案局米” 的一支（No.6)定义为国际米原器，称为“国 际米”，并保存于国际计量局。会上还承认 了根据“档案局千克”复制的国际千克原器， 亦保存于国际计量局。2.3 国际单位制及其使用方法 1976年12月国务院批准我国参加米制公约组 织，1977年5月10日我国致函法国政府，宣 布加入米制公约组织，1977年6月16日法国 政府复照确认。 1985年12月止，共有47个国家参加米制公约 。 从1979年起国家计量局顾问王大珩教授当选 为国际计量委员会委员。1995年10月第20届 国际计量大会上正式改选我国代表、中国测 试技术研究院副院长高洁研究员为CIPM委 员。 2.3 国际单位制及其使用方法 我国参加米制公约组织的活动有： (1)参加各次国际计量大会和计量委 员会会议，参加各咨询委员会召开的 大部分会议； (2)参加BIPM组织的国家基准国际比 对； (3)与BIPM比对基准仪器。 我国历年都向米制公约组织交纳会 费，近年每年会费约9万美元。 2.3 国际单位制及其使用方法 国际米制公约组织成立于1875年，是计量