计量管理与技术基础知识第一章概述一、计量(metrology)我国JJF10011998通用计量术语及定义中计量的定义是：实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。而我国的“计量”一词过去采用与“测量”一词相同的英文，即“measurement”但定义却不相同。我国从1953年起就使用“计量”一词，到目前已有四十多年了，究竟在我国“计量”的含义是什么？下个什么确切的定义？以前一直存在一定的分歧。经过多次讨论，我国专家学者们提许多见解，为进一步控索计量定义开阔了眼界。归纳直来大致有三种方案：(1)“计量”是利用科学技术和监督管理手段实现测量统一和准确的一项事业；(2)“计量”是保证测量实现统一和准确的一门科学；(3)“计量”是利用技术的法制手段，实现单位统一、量值准确一致的测量。“测量有时也称计量”，以及“计量学有时简称计量”。从而说明了“计量”与“测量”的关系以及“计量”与“计量学“的关系。测量(Measurement)：以确定量值为目的的一组操作。操作可以是自动地进行的。测量有时也称计量。计量学(metrology)：测量的科学。计量学涵盖有关一的理论经与实践的各个方面，而不论测量的不确定度如何，也不论测量是在科学技术的哪个领域中进行的。计量学有时简称计量。第一节计量的概念与发展二、计量的分类1、科学计量科学计量主要是指基础性、探索性、先进性的计量科学研究,例如关于计量单位与单位制、计量基准与标准、物理常数、测量误差、测量不确定度与数据处理等。科学计量通常是计量科学研究单位,特别是国家计量科学研究机构的主要任务。2、工程（工业）计量工业计量也称工程计量,系指各种工程、工业企业中的应用计量。例如,关于能源、原材料的消耗、工艺流程的监控和产品质量与性能的计量测试等。工业计量涉及面广,是各行各业普遍开展的一种计量。3、法制计量法制计量,是为了保证公众安全,国民经济和社会发展,根据法制、技术和行政管理的需要,由政府或官方授权进行强制管理的计量,包括计量单位、计量器具（特别是计量基准、标准）、计量方法以及计量人员的专业技能等的明确规定和具体要求。法制计量主要涉及安全防护、医疗卫生、环境监测和贸易结算等有利害冲突或特殊领域的强制计量。例如,关于衡器、压力表、电表、水表、煤气表、血压计等的计量。三三、计量量的的发展展1、原始阶段人类有史以来至1875年米制公约诞生；以经验和权力为主，大多利用人、动物或自然物作为计量基准。2、经典阶段1875年米制公约诞生至20世纪；一个以宏观现象与人工实物为科学基础的阶段。3、现代阶段以量子理论为基础，由宏观实物基准过渡到微观量子基准。第二节计量的内容与特点一、计量的对象在相当长的历史时期内，计量的主要对象是物理量，后来随着科技进步和社会发展而扩展到工程量、化学量、生理量，甚至心理量。当前普遍开展和比较成熟的有几何量、温度、力学、电磁、无线电、时间频率、光学、电离辐射、声学和化学等计量，即所谓的十大计量1、几何量计量几何量计量通常称为长度计量,是最先形成和发展的一个计量科学领域。概括地说,几何量计量的内容是物体的几何尺寸、形状和位置,即几何量的“三大要素”。几何量计量的基本参量是长度和角度,以及由它们导出的平直度、表面粗糙度、园度、圆柱度、坡度、锥度、渐开线、螺旋线等,还包括万能量具的检定、光学仪器检定及生产中特殊零件的测量。几何量计量的基本单位是“米”,符号为“m”,它是国际单位制七个基本单位之一。几何量计量常用的计量器具主要包括：量块、角度块、直尺、千分尺、游标卡尺、百分表、千分表、平晶、水平仪、测量显微镜、投影仪、园度仪、表面轮廓仪、齿轮测量仪器、测长仪、三座标测量机等。2、温度计量温度计量就是利用各种物质的热效应来计量物体的冷热程度。内容包括：超低温、低温、中温、高温、超高温、热量等项。温度计量单位为开尔文,符号为“K”。温度计量常用的计量器具主要包括：水银温度计、热电偶、半导体点温计、体温计、动圈仪表、温度指示调节仪表、温度巡回检测仪、自动温度记录仪、干燥箱、恒温恒湿箱、培养箱、高低温试验箱等。3、力学计量力学计量包括质量、容量、密度、压力、真空、测力、力矩、硬度、冲击、速度、流量、振动、加速度等。力学计量常用的计量器具主要包括：砝码、天平、皮带秤、衡器、标准硬度块、硬度计、拉力表、测力机、负荷传感器、材料试验机、疲劳试验机、扭矩计、扭矩扳子、扭矩扳子检定装置、扭转试验机、测功机、加速度计、速度传感器、压力计、血压计、血压表、压力表、压力变送器、燃油加油机、密度计、流量计、水表、煤气表、雷达测速仪、测速仪、转速表等。4、电磁计量电磁计量是根据电磁原理,应用各种电磁标准器和电磁仪器、仪表,对各种电磁物理量进行测量。电磁计量包括电流、电动势、电阻、电感、电容、磁场强度、磁通量等。电磁计量常用的计量器具主要包括：标准电池、标准电压源、标准电流源、电阻器、电容器、互感器、电阻箱、电流表、电压表、功率表、兆欧表、磁通表、电能表、电能表检定装置、直流电位差计、直流电桥、交流电桥、万用表等。5、无线电计量无线电计量是指无线电技术所用全部频率范围内从超低频到微波的一切电气特性的测量。主要有高频电压、功率、相位、脉冲、阻抗、噪声、失真等。无线电计量常用的计量器具主要包括：信号发生器、调制分析仪、音频分析仪、失真度测量仪、示波器、函数发生器、脑电图机、心电图机、扫频仪、心电监护仪等。6、时间频率计量时间和空间是描述各种客观事物的发展运动变化的基本参量,时间和频率是描述周期现象的两个不同侧面。时间和频率在数学上互为倒数,它们共用同一个基准。计量单位为秒“s”。时间频率计量常用的计量器具主要包括：频率合成器、石英晶体振荡器、频率计、通用电子计数器、秒表、时间间隔发生器、电子计时器、电话计时计费装置等。7、电离辐射计量也称放射性计量,是对那些能直接或间接引起电离的辐射(X射线、射线、伦琴射线、镭、铀钍元素的中子辐射)进行测量称之为电离辐射计量。电离辐射计量分为适度计量（或称强度计量）和剂量计量两个方面。它广泛应用于医疗卫生（如服用同位素、肝扫描都必须剂量诊断准确）、环保监测、原子能发电、探矿、探伤、石油管道去污定位以及应用于农业上的育种等。电离辐射计量常用的计量器具主要包括：工作用射线辐射源、医用CT扫描仪、辐射加工工作剂量计、X射线探伤机、X辐射防护仪器、剂量笔、辐射防护仪表、医用诊断X辐射源、固体工作剂量计、化学工作剂量计、伦琴计等。8、光学计量光学计量主要包括光强、光通量、亮度、照度、色度、辐射度、感光度、激光等。光学计量应用很广泛,现代建筑物的建造要进行光强度的计量,以达到规定的照度标准。在光谱学方面,需要测量光谱的光度。此外,软片、胶卷的感光度、光学玻璃的折射率、染印、颜料、电影、电视都需要准确的光度、色度、和色温计量。在国防上,如导弹的导向、特种摄影等更需要对激光、紫外线、红外线进行准确的测量。光学计量的基本单位是发光强度坎德拉,符号：cd。光学计量常用的计量器具主要包括：照度计、亮度计、标准色板、色差计、测色光谱光度计、医用激光源、焦度计、阿贝折射仪、角膜接触镜、瞳距测量仪、验光机、标准镜片、光谱分析仪、光泽度计、汽车前照灯检测仪等。9、声学计量声学计量是专门研究测量物质中声波的产生、转播、接收和影响特性。声强、声压、声功率是声学计量中三个重要的基本参量,其中声压应用最广泛。声学计量涉及到通信、广播、电影、电视、房屋建筑、医药卫生、航行、海防、语言、音乐、工农业生产,以及各种生产、生活与科学领域。声学计量常用的计量器具主要包括：传声器、声级计、超声探伤仪、超声测厚仪、医用超声源、超声功率源、听力计、助听器等。10、化学计量化学计量也称物理化学计量,是指对各种物质的成分和物理特性、基本物理常数的分析、测定。主要包括：酸碱度、气体分析、燃烧热、粘度、标准物质等。由计量部门通过发放标准物质进行量值传递是化学计量的显著特点。化学计量常用的计量器具主要包括：酸度计、浊度计、可见分光光度计、原子吸收分光光度计、荧光分光光度计、滤光光电比色计、烟度计、粘度计、热量计、粉尘浓度测定仪、烟尘浓度测定仪、液相色谱仪、气相色谱仪、电导率仪、电解式水分仪、一氧化碳测定仪、二氧化硫分析仪、定碳定硫分析仪、自动电位滴定仪、有毒有害可燃气体分析检测报警仪、元素分析仪、傅里叶变换红外光谱仪、水分测定仪、常用玻璃量器、工业分析仪、酒精探测器等。二、计量的内容计量的内容通常可概括为以下六个方面：1.计量单位与单位制；2.计量器具（或测量仪器），包括实现或实现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具；3.量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测;4.物理常量、材料与物质特性的测定；5.测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法；6.计量管理，包括计量保证与计量监督等。三、计量的特点1.准确性指测量结果与被测量真值的一致程度。2.一致性指在统一计量单位的基础上，无论在何时何地采用何种方法、使用何种计量器具，以及由何人测量，只要符合有关要求，其测量结果就应该在给定的区间内有其一致性。3.溯源性指任何一个测量结果或测量标准的值，都能通过一条具有规定不确定度的连续比较链，与计量基准联系起来。4.法制性来自计量的社会性，因为量值的准确可靠不但依赖科学技术手段，还要有相应的法律、法规和行政管理。第二章法制计量第一节计量法的内容与特征一、计量法主要内容1、立法的宗旨加强计量监督管理，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。2、立法原则是统一立法，区别管理。 3、适用范围中华人民共和国境内，所有国家机关、社会团体、中国人民解放军、企事业单位和个人，凡是使用计量单位，建立计量基准、计量标准、进行计量检定，制造、修理、销售、使用计量器具和进口计量器具，开展计量认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷，进行计量监督管理方面所发生的各种法律关系，均为计量法适用的范围。 4、法定计量单位我国采用国际单位制。国际单位制计量单位和国家选定的其他计量单位为国家法定计量单位。 5、计量基准统一全国量值的最高依据（现有191项）6、计量标准包括社会公用计量标准、部门计量标准和企事业单位计量标准计量标准器具的使用必须具备的条件：a)经计量检定合格；b)具有正常工作所需要的环境条件；c)具有称职的保存、维护、使用人员；d)具有完善的管理制度。7、强制检定指计量标准或工作计量器具必须定期定点地由法定的或授权的计量检定机构检定强制检定的计量器具范围有：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、环境监测方面的列人强检目录的工作计量器具。8、国家计量检定系统表和计量检定规程计量检定必须按照国家计量检定系统表进行；计量检定必须执行计量检定规程。9、制造、修理计量器具许可证制造、修理计量器具的企事业单位须取得制造计量器具许可证或修理计量器具许可证。进口的计量器具，必须向省级以上人民政府计量行政部门申请检定，由其指定的计量检定机构检定合格后，方可销售。10、法定计量检定机构县级以上人民政府计量行政部门，根据需要设置计量检定机构，或者授权其他单位的计量检定机构，执行强制检定和其他检定、测试任务。11、计量纠纷的处理处理因计量器具准确度所引起的纠纷，以国家计量基准器具或社会公用计量标准器具检定的数据为准（仲裁检定）。12、违反计量法应承担的法律责任13、中华人民解放军和国防科技工业系统计量工作。 二、计量法的基本特征1.实行统一立法，区别管理的原则。2.加强工业计量的法律调整。3.适应改革需要的放权、授权。第二节计量法规体系一、计量法律1.中华人民共和国计量法（1985年）二、计量法规1.计量法实施细则（1987年）2.国务院关于在我国统一实行法定计量单位的命令(1984年）3.全国推行我国法定计量单位的意见（1984年）4.中华人民共和国强制检定的工作计量器具检定管理办法（1987年）5.中华人民共和国进口计量器具监督管理办法（1989年）6.国防计量监督管理条例（1990年）7.关于改革全国土地面积计量单位的通知（1990年）三、计量规章1.计量基准管理办法2.计量标准考核办法3.标准物质管理方法4.计量检定印、证管理办法5.计量检定人员管理办法6.计量器具新产品管理办法7.制造、修理计量器具许可证监督管理办法8.仲裁检定和计量调解办法9.计量违法行为处罚细则10.零售商品称重计量监督规定11.社会公正计量行(站)监督管理办法12.定量包装商品计量监督规定13.商品量计量违法行为处罚第三节计量监督体制一、计量监督机构根据计量法的规定，国务院计量行政部门对全国计量工作实施统一监督管理。二、法定计量检定机构指各级质量技术监督部门依法设置或者授权建立并经质量技术监督部门组织考核合格的计量检定机构。三、计量授权充分利用社会的计量测试资源和技术力量，通过计量授权，使这些社会资源为实施计量法服务。原则：统筹规划、经济合理、就地就近、方便生产、利于管理主要形式：p20四、计量认证计量认证是指政府计量行政部门对有关技术机构（含质检机构）的检定、测试能力和可靠性进行的考核和证明。五、仲裁检定与计量调解第三章计量单位第一节量与单位的基本概念一、量的基本概念（一）量-现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。定性区别：指量在特性上的区别，如几何量、电学量、热学量等等定量确定：指确定具体的量，又称为特定量，如某零件长度为12.2cm,某电阻值为100.01（二）量制-彼此间存在确定关系的一组量在量制中，约定地认为在函数关系上彼此独立的量称为基本量，如在国际单位制中选择长度、质量、时间、热力学温度、电流、物质的量和发光强度7个量为基本量，由基本量的函数所定义的量，称为导出量。（三）量纲-以给定量制中基本量的幂的乘积表示某量的表达式。如力的量纲表示为dimF =LMT-2（四）量值-一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。二、单位的基本概念1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2一贯单位-可由比例因数为1的基本单位幂的乘积表示的导出计量单位。3单位制-为给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。如国际单位制。4基本单位-给定量制中基本量的计量单位，称为基本单位5导出单位-给定量制中导出量的计量单位。6制外单位-不属于给定单位制的计量单位。如电子伏为能的制外单位、日、时、分为时间的制外单位。7倍数单位-按约定的比率，由给定单位构成的更大的计量单位。8分数单位-按约定的比率，由给定单位构成的更小的计量单位。第二节国际单位制单位一、国际单位制的构成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。符号“SI”。构成：（一）SI基本单位量的名称单位名称单位符号长度米m质量（重量）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（二）包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号其它其它表示式例表示式例平面平面角角弧度弧度rad-立体角立体角球面度球面度Sr-频率频率赫赫兹兹Hzs1力；重力力；重力牛牛顿顿Nkgm/s2压力，压强；应力压力，压强；应力帕帕斯卡斯卡PaN/m2能量；功；热能量；功；热焦焦耳耳JN.m功率；辐射通量功率；辐射通量瓦瓦特特WJ/s电荷量电荷量库库仑仑CAs电位；电压；电动势电位；电压；电动势伏伏特特VW/A电容电容法法拉拉FC/V电阻电阻欧欧姆姆V/A电导电导西西门子门子SA/V磁通量磁通量韦韦伯伯WbVs磁通量密度，磁感应强度磁通量密度，磁感应强度特特斯拉斯拉TWb/m2电感电感亨亨利利HWb/A摄氏温度摄氏温度摄氏度摄氏度光通量光通量流明流明lmcdsr光照度光照度勒勒克斯克斯lxlm/m2放射性活度放射性活度贝可贝可勒尔勒尔Bqs1吸收剂量吸收剂量戈戈瑞瑞GyJ/kg剂量当量剂量当量希希沃特沃特Svj/kg组合形成的SI导出单位用SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位或（和）SI辅助单位以代数形式表示的单位称为组合形式的SI导出单位如J/kg（三）SI单位的倍数单位所表示的因数词头名称词头符号1018艾可萨E1015拍它P1012太拉T109吉咖G106兆M103千k102百h101十da101分d102厘c103毫m106微109纳诺n1012皮可p1015阿飞母托f1018阿托a第三节法定计量单位一、概述：我国计量法明确规定，国家实行法定计量单位。法定计量单位由国家法律承认，具有法定地位的计量单位。二、法定计量单位的构成1)国际单位制的基本单位-7个2)国际单位制中包括辅助单位在内的具有专门名称的导出单位；3)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；4)由以上单位构成的组合形式的单位；5)由SI词头和以上单位构成的倍数单位（十进倍数和分数单位）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量的名称单位名称单位符号换算关系和说明时间分小时天（日）minhd1min60s1h60min3600s1d24h86400s平面角角秒角分度()()(o)1(/648000)rad(为圆周率)160(/10800)rad160(/180)rad旋转速度转每分r/min1r/min(1/60)s1长度海里nmile1nmile1852m(只用于航程)速度节kn1kn1nmile/h(1852/3600)m/s(只用于航行)质量吨原子质量单位tu1t103kg1u1.66056551027kg体积升L(1)1L1dm3103m3能电子伏eVleV1.60218921019J级差分贝dB线密度特克斯tex1tex1g/km三、法定计量单位的使用 1、组合单位的中文符号不应与中文名称（简称）相混淆；中文名称不能带“/”“”符号，符号中的乘号没有对应的名称，除号对应的名称为“每”字 如动力粘度 中文名称:帕斯卡秒 中文符号:帕秒 2、在一个单位（组合单位）中，一般不允许国际符号与中文符号混用； 如：焦/3、词头符号与单位符号之间不得留空隙，也不加表示相乘等任何符号；4、组合单位的倍数单位一般只用一个词头，并尽量用于组合单位中第一个单位如：kNm5、有些非物理量的单位（如件、台、人等）可用汉字与符号构成组合形式单位。如：台/年台/a6、量值中的数值一般应采用阿拉伯数字，并尽量避免用分数，而用小数。7、当数值的位数多时，均可采用以10n的形式写法。但有效为数的中的“0”必须全部写出。四、计量单位的换算（一）准确值的换算规则：采用准确的单位换算，换算后其结果不应修约。如：标准大气压1atm=101325Pa（二）近似值的单位换算1.近似值的法定计量单位换算时有效位截取设换算前后的两个数分别为M与N同时设：该两个数有效部分的前二个数值分别为m与n当m/n101/2时，则换算后的量值有效位数比换算前量值有效位数多一位；当n/m101/2则少一位。当m/n101/2或n/m1,表明被核查的仪器设备的校准/检定状态没有得到保持,必须查找原因并迅速采取纠正措施或重新送检定/校准;临界预防准则(推荐):0.7En 10)拉布斯准则然后，根据检出水平，查格拉布斯检验法临界值表得g(n,a)若Gng(a，n)，则认为对应测量值xi为离群值，应剔除。格拉布斯检验法临界值表见书上126页.一、概念(一)正确数-不带测量误差的数均为正确数。(二)近似数-接近但不等于某一数的数，称为该数的近似数。(三)有效数字若测量结果经修约后的数值，其修约误差绝对值05(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。(四)有效位数从左边第一个非零数字算起所有有效数字的个数，即为有效数字的位数，简称有效位数。(五)修约间隔数值修约首先要确定修约保留的位数。修约保留数由修约间隔确定。修约间隔一经确定，修约值即为其数值的整数倍。如指定修约间隔为0.01,修约值即应在0.01的整数倍中选取.第二节数据修约二、数值修约规则规则有:“1”间隔修约、“2”间隔修约、“5”间隔修约。按“1”间隔修约的规则：4舍6入，遇5偶数法则按“2”间隔修约的规则：将拟修约数除2，按“1”间隔修约，所得数乘以2则为修约数。结果都为2的整数倍。按“5”间隔修约的规则：将拟修约数除5，按“1”间隔修约，所得数乘以5则为修约数。结果末位均为0或5两个数。三、修约误差数值修约带来的误差服从均匀分布的随机误差(修约误差)，又称舍人误差。修约误差为修约间隔的一半。如指定修约间隔为0.01,修约值即应在0.01的整数倍中选取.第三节近似运算一、近似数的加减运算规则：近似数的加减，以小数点后位数最小的为准，其余各数均修约成比该数多保留一位，计算结果的小数位数与小数位数最少的那个近似数相同。二、近似数的乘除运算规则：近似数的乘除，以有效数字最少的为准，其余各数修约成比该数多一个有效数字；：计算结果有效数字位数，与有效数字位数最少的那个数相同，而与小数点位置无关。13.65+0.0082-1.632+0.002解：13.65+0.0082-1.632+0.00213.65+0.008-1.632+0.002=12.02812.03703.210.35/4.022解：703.210.35/4.0227030.35/4.02611.5105+160002.6解：1.5105+1.601042.61.5105+0.42105=1.921051.9105三、修约注意事项不得连续进行修约：拟修约的数字应在确定修约位数后一次修约获得结果，不得多 次连续修约。负数修约，先将它的绝对值按规定方法进行修约，然后在修约值前面加上负号。有的时候要求提供数据部门按指定修约位数多提供一位或几位，最后由其它部门判定，并作出最后修约。在这种情况下，如果提供数据中右边的非零数字为5时，在数值5后面要分别注以(+)、()符号或不注符号。注(+)者表示实际值比它大；注()时，表示实际值比它小；若不注时，表示未舍或未人。以防止连续修约。 第四节 极限数值的判定方法与修约极限数值的判定方法：在GB1250-1989极限数值的表示方法和判定方法中，规定“在判定检测数据是否符合要求时，应将检验所得测定值与标准规定的极限值作比较。比较的方法有两种：（a）修约值比较法；（b）全数值比较法。”修约值比较法-将修约后的数值与标准规定的极限值作比较，以判定是否符合要求。计量检定规程中大都是这样规定的。全数值比较法-将检测所得结果的数值的全部数字与标准规定比较。只要超出规定的误差，都判定为不符合标准要求。产品质量检验一般采取该方法。第五节测量结果有效位数的保留(1)测量结果不确定度只需用12位数字表达。一般采取原则是：第一个非零数字3，取1位有效数字；第一个非零数字3，取2位有效数字。(2)最后保留结果与保留的测量不确定度位数对齐，截断修约。(3)相关系数保留3位有效数字即可。(4)一般测量结果不确定度采取只进不舍(全进法)；有效自由度采取只舍不进(全舍法)。