计量学

11计量学概论一、课程简介：•课程性质：专业课程•主要内容：讲授有关计量学方面的基础知识。量和单位、计量法规与法制管理、计量技术机构质量管理体系的建立与运行、测量数据处理、计量检定校准和检测、计量标准的建立考核及使用、比对测量审核和期间核查、物理计量、化学计量等2二、教学要求通过对本课程的学习，使学生了解计量、计量单位及单位制、计量器具、量值传递、量值溯源与能力验证、误差与测量不确定度的概念、十大计量的简单内容以及计量科学技术的发展，掌握上述内容的基本概念、特性、作用和原理等。三、教学安排时间:1~14周,共56学时3四、主要参考书4张文娜主编王立吉主编林景星.陈丹英编（计量检定人员考核培训参考书）55第一章概论计量学研究的意义我国计量体系的现状国际计量体系的形成与发展1236古代：称计量为“度量衡”度——计量长短的用的器具称为度，量——测定计算容积的器皿称为量，衡——测量物体轻重的工具称为衡。第一节计量学研究的意义“尺”“斗”“秤”公元前221年，秦始皇统一六国后，为发展经济，保证国家的赋税收入，颁布了统一“度量衡”的诏书，在我国开始了计量的法制管理。新中国成立后，1950年在中央财政经济委员会技术管理局设立度量衡处（即国家质量监督检验检疫总局的前身）。1953年使用“计量”一词，取代使用了几千年的度量衡，并赋予更多的内容。现代计量已远远超出“度量衡”的范围，已涉及国民经济各领域（工农业生产、国防建设、科学试验、国内外贸易、人民生活等），是现代化科学技术和国民经济的一项重要的技术基础。72020/7/1自然界的一切事物都可以由“量”描述，并且通过“量”来体现。“量”是一切现象、物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性。测量已成为人类获取信息的最重要途径之一,我们已经进入到一个一刻也不能离开测量数据的时代。计量工作就是实现准确可靠测量的基本保证。8一、社会发展对计量的需求1.计量与科学技术国际上把计量定义为“关于测量的科学”,它涵盖有关测量的理论与实践的各个方面。将测量定义为以确定量值为目的的一组操作。9国力越强大，对计量的需求就越强烈、依赖度也越高；反之，国力越低下，对计量的依赖就越弱。著名科学家门捷列夫说：“没有计量，就没有科学”。意为自从有了计量手段才逐步形成了科学理论。聂荣臻元帅：“科技要发展，计量须先行；没有计量，寸步难行。”因此，可以说计量成为涵盖“农轻重”、“海陆空”、“吃穿用”各领域，是国民经济的“倍增器”、科学研究的“先行官”、军事上的“战斗力”、法制法规中“物化法官”。科学上通过计量测试手段产生重大发现例子有:(1)万有引力定律→精密扭秤实验（卡文迪许Cavendish)(2)爱因斯坦相对论→水星近日点移动、光线在重力场中的弯曲、引力红移三大实验得到验证102.计量与生产计量被称为“工业生产的眼睛”，渗透在产品生产的每个环节，是评定产品等级的依据。从原材料的筛选到定额投料，从工艺流程监控到产品的质量检验都离不开计量。计量检测是产品质量的基础。如某些钢铁生产企业的板材轧制工艺中就需要对煤气进行准确计量，否则，会造成温度不足产品质量下降或既烧损了钢材又多燃烧了煤气的双重浪费问题。先进制造业中的计量检测技术已成为提高质量、降低成本的重要手段。世界工业国家将计量检测、原材料和工艺并列为现代化生产的三大支柱。113.计量与国防现代战争需要现代化的武器装备作保证。现代化武器研制、生产需要先进的计量测试技术做基础。2013年我国“神舟”10号飞船的发射成功，并与“天宫一号”实现交会对接，2015年“一箭多星”（20颗）的发射标志着我国宇航计量技术已达到国际领先水平。124.计量与人民生活在现代生活中，计量科学技术时刻伴随着我们。我们非常关注日常购物涉及的计量器具、家用电能表、煤气表、水表和热能表（俗称“民用四表”）的准确性。出租车计价器、加油站流量表、车速测定仪等计量准确性也是人们投诉较多的问题。现代医学对疾病的预防、诊治和治疗，都离不开科学仪器。医学仪器的准确性一直受到国家重视，如计量和化验的数据不准，将会带来严重的后果，量传与溯源体系也逐渐在完善。但还有许多问题需要解决。135.计量与贸易目前世界已进入经济全球化的阶段，商贸计量得到广泛发展。计量可为保障贸易公平提供重要支撑。经济贸易科学、准确、公正需要先进的计量测试技术做基础。计量学与其他传统学科最显著的区别：计量最为明显的特征是能对商业贸易的公平公正起到保障的作用，主要是保证贸易中所涉及的量值的准确可靠。为此，就必须用法律法规的形式保护量值的传递路径和方法，从而达到保护贸易双方公平交易的目的。14我国加入WTO后，出现许多技术性贸易壁垒，如欧盟针对浙江打火机产品提出的“CR法案”，被中外媒体广泛称为“中国加入WTO第一案”，是典型的技术性贸易壁垒。欧洲标准化委员会制定的ＣＲ法案，是关于打火机安全性能的规定，它是英文CHILDRESISTANT（儿童禁用）的首字母的缩写。其主要内容是对批发价在２欧元以下的打火机进行安全性能测试，不能达标的打火机必须安装开启保险装置，即所谓的安全锁。由中国计量学院和宁波出入境检验检疫局联合开发的检测仪器使这一问题得到较好解决。当代国际知名学者对计量事业的评价：“计量犹如新鲜的空气，只有你缺少它时，才会感到它存在的重要性”。——国际计量局荣誉局长、英国皇家科学院院士，T·奎恩“计量是一种‘油’，它能保证市场贸易平滑进行”。——新西兰经济学家B·伊思通这表明计量是一种特殊的社会介质，尽管我们离不开她，但往往容易被忽视。表现为隐性的社会体系特征。所以，我们要重视对计量知识的宣传和普及。国际计量局(BIPM)荣誉局长TerryQuinn博士15计量是反映一个国家发达程度的显著标志。发达国家始终把高端计量技术列为核心竞争力的范围，不惜投入巨额经费保持技术制高点。因此,各国对计量的需求是不均衡、不同步的，对计量技术的需求也是非线性的。但有一点很明确，核心计量技术均被列入发达国家对我国进行控制的目录，因此，不能通过正常的从国外进行技术引进的途径获得，而必须走自我研发的道路。例如,我国自主研发的铯原子喷泉钟技术，使我国成为世界上第四个（法、美、德、中）获得这项技术的国家。2020/7/116铯钟又叫“铯原子钟”，一种精密的计时器具。铯原子钟又被人们形象的称作“喷泉钟”，其工作过程是铯原子象喷泉一样的“升降”。这一运动使得频率的计算更加精确。它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准，去控制校准电子振荡器，进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高，最好的铯原子钟达到2000万年才相差1秒。在国际上，普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准，广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。17计量的地位——是权力和公正的象征尺子和统治者在英语中是同一词——ruler；我国古代把砝码称为“权”；天平——是质检系统目前徽标的组成部分，象征着公平公正，代表法制和法律的公平。181919二、有关计量、测量、测试的概念1.计量定义：计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。该定义明确了计量的目的和任务是实现单位的统一和量值的准确可靠；其内容是为实现这一目的所进行的各项活动。为了达到这一目的，需要：依靠法制的手段——《中华人民共和国计量法》；依靠监督管理手段——各级计量监管部门；依靠科学技术——研究新的测试方法、提高测量精度；依靠计量技术——建立基、标准，进行量值的传递、溯源等。20这一活动具有充分的广泛性，包括法规层面、技术层面、管理层面的一系列要求，即它不仅包括科学技术和产业领域等各方面，还涉及法律法规、行政管理等内容，而且要通过仪器设备及测量环境控制等手段保证测量数据的准确可靠。计量的特点：（1）准确性（精确性）——核心、目的指计量结果与被测量真值的一致程度。量值的准确可靠是计量的目的和归宿。（2）一致性——本质包括计量单位的统一一致和量值在给定的不确定度（或误差范围）内一致。一致性不仅限于国内，也适用于国际。（3）法制性——重要保证计量本身的社会性就要求有一定的法制保障。量值的准确一致,不仅要有一定的技术手段,而且还要有相应的法律法规的行政管理,特别是那些对国计民生有明显影响的计量,诸如社会安全、医疗保健、环境保护以及贸易结算中的计量,更必须有法制保障。否则,量值的准确一致便不能实现。21（4）溯源性——必要条件指任何一个测量结果或计量标准的量值，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，使所有的同种量值都可以按照这条比较链通过校准向测量的源头追溯，要溯源到同一源头——计量基准。即：任何一个计量结果,都能通过连续的比较链溯源到计量基准——这就是溯源性。可以说,“溯源性”是“准确性”和“一致性”的技术归宗。就一国而论,所有的量值都应溯源于国家计量基准；就国际而论,则应溯源于国际计量基准或约定的计量标准。否则,量值出于多源,不仅无准确一致可言,而且势必造成技术上和应用上的混乱,以致酿成严重的后果。222323通常，测量的前提条件包括对与测量结果预期用途相适应的量进行描述、规定测量程序、所要用于操作的测量系统应经过校准且必须依据测量程序（包括测量条件）进行操作。操作的目的在于确定被测量值的大小，而未对测量范围和测量不确定度等加以限定。因此，该定义可用于诸多方面和各种领域，用于所有可测的量。2.测量JJF1001－2011《通用计量术语及定义》中对测量的定义为：通过实验获得并可合理赋予某量一个或多个量值的过程。计量与测量的主要区别：•计量活动包括法规层面、技术层面、管理层面的一系列要求，其目的是保证单位统一、量值准确可靠。•测量是从技术层面确定“量值”的一组操作，它是计量活动的一部分，其目的在于确定量值。要选择相应的测量原理和方法、标准和仪器等。注意：在欧美国家，这两个名词在概念上已逐渐接近一致,只有在特殊的情况下才加以区分。英文measurement，可译为测量，也可译为计量，实际工作或文献资料中，一般不严格区分“计量”与“测量”。视具体情况和惯例而定。2425253.测试测试是具有试验性质的测量。其过程具有探索性，主要涉及新出现的量的测量以及原有量需要对量程和分辨力进行拓展的测量。测量方法和测量仪器等都需通过实验逐步确定。可见，测试工作最重要的意义在于将不可测的量转化为可测的量，然后再形成测量方法和测量仪器，最后才是将该量值列入计量体系的量值传递与溯源链。从事物的发展的时间过程来看，测试为最先开展的工作，之后是测量，最终是形成计量方法。2626三、计量学（metrology）计量学是测量及其应用的科学。它是由物理学的一个分支而逐渐发展形成的一门研究测量理论和实践的综合性学科，是现代科学的重要组成部分。一个主要任务：逐步将不可测量的量转化为可测量的量，从而达到改善和控制该量的目的，起到推动社会发展和进步的作用。现已不仅局限于对物理参数的计量，还包括工程量、化学量、生理量和心理量。计量学与其他理工学科最显著的区别：在于它同国家法律、法规和行政管理结合程度非常密切。27包含有关测量的各方面：可测的量；计量单位和单位制；计量基准和标准的建立、复现、保存和使用；测量理论和测量方法；测量仪器及其特性；量值传递和溯源；测量人员及其进行测量的能力；测量结果及其测量不确定度的评定；基本物理常数、标准物质及材料特性的准确测定；法制计量及计量管理。研究对象28281.科学计量科学计量是计量学的核心内容。它是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究。通常是用最新的科技成果精确地定义与复现计量单位（尤其是国际基本计量单位），并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。具体包括：计量单位与单位制的研究、计量基准与标准的研制、基本物理常数及其精密测量技术的研究、量值传递与溯源系统的研究、量值比对方法与测量不确定度的研究;计量新方法的探索及误差源的寻找等。四、计量学主要研究的内容国际上趋向于把计量学分为科学计量、工业计量和法制计量三类，分别概括计量学的基础、应用和社会事业三方面内容。科学计量