计量器具管理及内校实用技术

计量器具管理及内校实用技术日期：2011-5-28制作：师艳国1.计量基础知识（P2—P10)2.校准-检定-计量确认（P11—P15)3.测量不确定度（P16—P40)12020年1月16日11时48分计量的定义•什么是计量。计量：实现单位统一、量值准确可靠的活动。主要包括三个方面：科学技术进行科学研究、发展计量技术、建立基准、标准，以保证计量结果具有溯源性。法律法规制定和颁布法律、法规和条例。行政管理开展计量行政管理，包括计量保证和计量监督。计量有时也当动词用。这时，它与测量同义。22020年1月16日11时48分计量专业•十大计量专业是指：长度；热工；力学；电学；光学；声学；时间频率；无线电；放射性；化学。2020年1月16日11时48分3计量专业相关的应用•长度:涉及波长、刻线量具、光栅、感应器同步器、量块、多面体、角度等具体的测量•热工:对象是在工业生产中热工过程中常用到的温度、压力、真空、流量和物量和物位等参数•力学:涉及质量、力值、密度、容量、力矩、机械功率、压力、真空、流量以及位移、速度、加速度、硬度等量的测量•电学:涉及的专业范围包括直流和交流的阻抗和电量、精密交直流测量仪器仪表、模数／数模转换技术、磁通量、磁性材料和磁记录材料、磁测量仪器仪表以及量子计量等•光学:对象有光源、光探测器、光学介质、光学元件以及光学仪器•声学:研究声压、声强、声强、声功率和响度、听力损失等量的测量•时间频率:用于测量频率值和时间间隔。主要服务领域为：通讯、航天、国防、电子、家电、医疗、科研、电视、服务等领域•无线电:包括有关电磁能参数(如电压、电流、功率、电场强度、功率通量密度和噪声功率谱密度)的计量•放射性:指o、8、y、x和中子辐射的有关参数的测量•化学:针对热量、粘度、密度、电导率、浊度等物质化学特性的测量42020年1月16日11时48分计量的特性统一性：统一单位，统一量值。(一致性)准确性：可以在允许误差范围内重复，在科学、合理的条件下复现。(计量工作的核心,其基础是溯源性和不确定度控制）法制性：为实现统一，必须有法制配合。社会性：涉及社会各部门、各领域。服务性：是一项服务工作，因此只有隐含的效益。52020年1月16日11时48分计量的分类一.科学计量是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，通常用最新的科技成果来精确地定义与实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。涉及计量科研活动，包括测量方法、测量仪器研究、基标准建立、基础研究等。62020年1月16日11时48分计量的分类二.工程计量也称工业计量。是指各种工程、工业、企业中做的实用计量，例如有关能源或材料的消耗、工艺流程的监控以及产品质量与性能的测试等。工程计量涉及面甚广，它是生产过程控制不可缺少的环节(保证产品互换性和质量)，它保证经济贸易全球化所必需的测量结果一致性。也称应用计量。因为不仅工业，其它生产部门也需计量。72020年1月16日11时48分计量的分类三.法制计量与法定计量机构工作有关的计量，涉及到对计量单位、计量器具、测量方法及测量实验室的法定要求。存在利益冲突的领域中的计量。对测量结果的可信性有专门要求的领域中的计量。通常包括与贸易结算、医疗卫生、环境监测、安全防护等方面有关的计量；82020年1月16日11时48分法制计量对我们生活的影响•????92020年1月16日11时48分•科学技术发展到今天，可以说，没有计量，寸步难行。•聂荣臻1983.11.2102020年1月16日11时48分校准•在规定条件下，为确定计量器具所指示的量值与对应的计量标准所复现的量值之间的关系的一组操作注1：校准结果既可给示值赋值，又可确定示值的修正值。注2：校准也可确定其他计量特性。注3：校准结果通常用校准证书或校准报告来记录。112020年1月16日11时48分检定•国际法制计量组织(OIML)定义为: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。注：检定结果出具检定证书122020年1月16日11时48分132020年1月16日11时48分计量确认•为确保测量设备符合预期使用要求所需的一组操作。注1：计量确认通常包括：校准和验证、各种必要的调整或维修及随后的再校准、与设备预期使用的计量要求相比较以及所要求的封印和标签。注2：只有测量设备已被证实适合于预期使用并形成文件，计量确认才算完成。注3：预期使用要求包括：测量范围、分辨力、最大允许误差等。142020年1月16日11时48分三者关系的要义•校准是一项技术工作，不带管理性质。•检定是法制计量中一项工作，法定计量器具是否保持法定特性必须通过检定来确定，它要求通过校准和法定要求的检验提供证据。•计量确认是工业计量中一项工作，它要求通过校准提供证据证明是否满足预期用途的要求。法定计量器具通过检定来管理；工业计量器具通过计量确认来管理。152020年1月16日11时48分测量误差•测量误差定义为：测量结果减去被测量的真值。由于真值不能确定，实际测量中是用“约定真值”代替。测量误差是指示值与约定真值之差。测量误差通常是能够定量评定的量，并可用于对测量值进行修正。但是，对误差的识别及其后的修正不可能完全精确，这种不精确性的本身将会产生测量不确定度。还必须区分误差与错误/疏忽。错误和疏忽既不能量化，也不是测量不确定度的输入量。162020年1月16日11时48分测量误差分类误差可以分为随机误差和系统误差两类。误差等于随机误差与系统误差之和。测量误差示意图如图1.1所示。被测值为Y，真值为t，第i次测量结果为yi。由于测量误差的存在，测得值（单次测得值yi或测量平均值y）与真值t不能重合。设测量值呈正态分布[N(，)]，则分布曲线总体均值的位置（即值）决定了系统误差的大小；曲线的形状（随标准偏差而定）决定了随机误差的分布范围[k，k]，以及其在该范围内取值的概率。172020年1月16日11时48分随机误差残差系统误差测得值y真值k测得值总体均值样本均值测得值概率分布曲线ktyiy图1.1测量误差示意图误差总体概率分布的期望有限次数测量平均值(总体均值的一个无偏估计)单次测量值182020年1月16日11时48分192020年1月16日11时48分2020年1月16日11时48分202020年1月16日11时48分212020年1月16日11时48分22允差•允差有两层含义，对测量而言，允差是对指定量量值的限定范围或允许范围。典型的例子是零部件特定尺寸的制造允差(最大/最小)，通常规定其能够保证与配件的合适配合。要能够测量这种零部件并保证符合允差，扩展不确定度U就必须小于允差，通常推荐的最小比率为3~5比1。•允差也常用于测量仪器设备，这时是指由仪器设备制造厂调试和检定仪器设备时，仪器设备示值的合格范围。仪器设备的允差是贡献给测量不确定度的一个重要分量。•在评定测量不确定度时，了解和解释允差的确切含义和用途是重要的。232020年1月16日11时48分准确度•定义：测量结果与被测量真值的一致程度。【注】1.不要用术语精密度代替准确度。2.准确度是一个定性的概念。•鉴于不可能准确地确定真值的大小，因而定义“准确度”这个术语说明测量结果与被测量的真值的接近程度，所以准确度是一个定性的概念。因而准确度不能量化，也不能作为一个量进行运算。•准确度的高低常用误差表示，误差越小，分析结果的准确度越高。242020年1月16日11时48分最佳估值┈多次测量的平均值•由于各种原因，例如由于环境条件的变化、测量器具没有工作在完全稳定的状态、测量人员的读数误差等，使测量的读数有变化，通常人们通过多次测量并取其读数的算术平均值给出测量结果。平均值给出的是被测量“真值”的最佳估值。•一般而言，测量数值越多，得到的“真值”的估计值就越好。理想的估计值应当用无穷多数值集来求平均值。但是增加读数要做额外的工作，并增大测量成本，且会产生“缩小回报”的效果。什么是合理的次数呢？10次是普遍选择的，因为这能使计算容易。20次读数只比10次给出稍好的估计值，50次只比20次稍好。根据经验通常取6～10次读数就足够了。252020年1月16日11时48分分散范围(区间)－标准偏差•在重复测量给出不同结果时，需要了解这些读数分散范围有多宽。测量结果的分散范围告诉了我们关于测量不确定度的情况。通过了解读数分散范围有多大，就能着手判断这次测量或这组测量的质量如何。•定量给出分散范围的常见形式是标准偏差。一个数集的标准偏差给出了各个读数与该组读数平均值之差的典型值。•根据“经验”，全部读数大概有三分之二（68.27％）会落在平均值的正负（±）1倍标准偏差范围内，大概有全部读数的95％会落在正负2倍标准偏差范围内。虽然这种“尺度”并非普遍适用，但应用广泛。标准偏差的“真值”只能从一组非常大（无穷多）的读数求出。由有限个数的读数所求得的只是标准偏差的估计值，称为实验标准偏差或估计的标准偏差，用符号s表示。262020年1月16日11时48分概率密度概率p=95.45%概率p=68.27%等于概率曲线与横坐标围成的面积xf(x)整个分布曲线与横坐标围成的面积(概率)等于1概率p=99.73%2323正态分布概率密度函数曲线随机变量x的取值[，2]内的概率为p=81.86%272020年1月16日11时48分分布┈┈数据散布的“形状”•一组数值的散布绘取不同的形式，或称为服从不同的概率分布。（1）正态分布在一组读数中，较多的读数值靠近平均值，少数读数值离平均值较远。这就是正态分布或高斯分布的特征。（2）均匀分布（矩形分布）当测量值非常平均地散布在最大值和最小值之间的范围内时，就产生了矩形分布或称为均匀分布。（3）其他分布还有其他分布形状，但较少见，例如三角分布、反余弦分布（U型分布）等。282020年1月16日11时48分292020年1月16日11时48分测量不确定度概念•测量结果的质量•测量给出关于某物的属性，它可以告诉我们某物体有多重，或多长，或多热。测量总是通过某种仪器或器具来实现的，尺子、秒表、称重秤、温度计等都是测量器具。被测量的测量结果通常由两部分组成：一个数和一个测量单位。例如人体温度37.2℃，人体温度是被测量，37.2是数，℃是单位。•对于复杂的测量，通过实际测量获得被测量的测量数据后，通常需要对这些数据进行计算、分析、整理，有时还要将数据归纳成相应的表示式或绘制成表格、曲线等等，亦即要进行数据处理，然后给出测量结果。•测量不确定度用于衡量测量结果的质量。302020年1月16日11时48分测量不确定度•测量不确定度定义测量不确定度：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。（对测量结果正确性的怀疑程度）注：1.此参数可以是诸如标准偏差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度。2.测量不确定度由多个分量组成。其中的一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准偏差表征。另一些分量可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准偏差表征。3.测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，而所有的不确定度分量均贡献给了分散性，包括那些由系统效应引起的（如与修正值和参考测量标准有关的）分量。对测量结果正确性的怀疑程度312020年1月16日11时48分测量不确定度4.不确定度恒为正值。5.不确定度一词指可疑程度，广义而言，测量不确定度定义为对测量结果正确性的可疑程度。不带形容词的不确定度用于一般概念，当需要明确某一测量结果的不确定度时，要适当采用一个形容词，比如合成标准不确定度或扩展不确定度；但不要用随机不确定度和系统不确定度这两个术语，必要时可用随机效应导致的不确定度和系统效应导致的不确定度。322020年1月16日11时48分如何理解不确定度？•定义的注1指出，分散性这一“参数”可以是“标准偏差或其倍数”。分散性是表示测量结果之间相互不一致程度的一个量，例如重复性、复现性，以及测量不确定度。•定义的