测量仪器管理与校准PPT课件

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1、,苏州英群企管有限公司 量规与仪器校正 主讲人:何拥军,目录,第一章 计量仪器的重要性 第二章 法定计量单位 第三章 测量基础知识 第四章 计量仪器的配备与选择 第五章 计量仪器的管理 第六章 计量仪器的校准 第七章 国际质量/环境管理标准对计量的要求 第八章 测量系统分析（MSA）简介,第一章 计量仪器的重要性,计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。计量学是关于测量的科学。计量工作的重要性体现在以下三个方面，而计量工作的展开离不开计量仪器。 1 计量是产品质量的重要保证 计量是客观评价产品优劣的最终技术手段。 计量是控制生产过程工艺参数，确保加工质量的主要技术措施。 2 计量是节能降耗的重

2、要手段和企业经济核算的重要依据 3 计量对现代社会的影响 避免双方买卖的纠纷（交易证明用）； 计量在安全方面的作用； 计量在环境保护方面的作用； 在身体健康中的作用；,第一章 计量仪器的重要性,计量仪器：单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。分为： 1） 实物量具使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具。 2） 仪器仪表：将被测量值转换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具。 3） 标准物质具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。 4） 测量辅助设备。,第二章 法定计量单位,为定量表示同种量的大小而约定地定义

3、和采用的特定量称为单位，单位制是给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。以下是国际单位制中七个基本单位。,国际单位制-辅助单位,国际单位制-导出单位,国际单位制-词头,国家选定的非国际单位,计量单位使用方法,法定计量单位和词头名称 a.读写的顺序原则上是与该单位的国际符号表示的顺序一致。（但乘方形式的单位名称，要把指数名称读在指数所表示的单位之前） 如：密度单位kg/m3，其中文名称为“千克每立方米” b.单位的国际符号中的数字符号（“”、“”、 “Xn”）的读写 乘号（“”）无对应的符号，即不需读写 除号（ “” ）对应读写“每”字，无论分母中有几个单位，“每”字只出现一次 乘方中的

4、指数的响应名称一般是数字加“次方”两字，但如果是长度单位的2次幂或3次幂，且用以表示面积或体积时，则相应读写为“平方”和 “立方”。,计量单位使用方法,法定计量单位和词头的组合书写形式 a. 相乘形式 不能加词头的单位不应放在最前面。 如：瓦特小时应为“Wh”不应为“h W” 若组合单位中某单位的符号又同时是词头符号，并有可能发生混淆时，亦不应放在最前面。 如：力矩的单位应写为Nm，不能写为MN（以免误为兆牛）。 b. 相除形式 当可能发生误解时，应尽量采用分式形式或中间乘号用居中圆点表示负数幂形式。 如：速度单位宜用“m/s” “ms-1”不应为“ms-1”以免误为每毫秒。,计量单位使用方法

5、,法定计量单位的使用规则 a.优先使用国际符号； b.组合单位加词头的原则 *相乘形式的组合单位加词头，词头应加在组合单位中的第一个单位前。 如：Nm加词头M时，应写为MN m，不宜写为N Mm。 *相除形式的组合单位加词头，词头应加在分子中的第一个单位前。但以下3种情况例外：kg允许在分母中；当组合单位中分母是长度、面积或体积时可；分子为1的组合单位加词头时可。 c.单位的名称或符号要作为整体使用。 如：1cm2=1(cm)2； 1cm210-2m2 d.不能单独使用词头。,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则 e.词头不能重叠使用。 f.量值应正确表述。 关于法定计量单位的基本使用方法

6、可参考： GB3100-93 国际单位制及其应用 GB3101-93 有关量、单位和符号的一般原则,第三章 测量基础知识,测量方法 有效数字 误差 精度 偏差、标准偏差和公差 测量不确定度,测量方法,直接测量法 直接测量法是将被测量的量直接地用同类标准的量来比较得到被测量值的测量方法，在进行中不必测量与被测的量有函数关系的其它量，但要对不属于测量对象而却影响被测量值的影响量进行修正。 间接测量法 间接测量法是通过对被测量的量有函数关系的其它量的测量，能得到被测量值的测量方法。如：通过测量液柱高度来求得压力量值。,测量方法,绝对测量法 计量器具可以直接测得被测量的整个量值，这种测量称为绝对测量。

7、 相对测量法 计量器具仅指示被测量相对于标准量的偏差，从而得到被测量的方法称为相对测量。例如用接触式干涉仪检定量块。 接触测量法/非接触测量法 离线测量法/在线测量法 单元测量法/综合测量法,有效数字,有效数字:从左边第一个非零数字算起，直至最末一位数字为止的所有数字。 1.0005g五位有效数字 0.5000g四位有效数字 0.0540g三位有效数字 0.0054g二位有效数字 0.5g 一位有效数字 数字1、2、39都可作为有效数字，只有“0”比较特殊。 一般0在数字中间或数字后面都是有效数字。 0在数字前面时，它只是定位数字，用来表示小数点的位置，而不是有效数字。 有关测量数据有效数字及

8、数据修约方法可进一步参考GB8170-87数值修约规则。,误 差,按来源分类 （1） 标准器及测量仪器的误差； （2） 测量方法的误差； （3） 操作者的误差； （4） 测量环境引起的误差。 （5） 测量对象本身的缺陷引起的误差。 按性质分类 （1） 系统误差； （2） 偶然误差； （3） 其它误差（如：粗大误差）。,图：测量系统误差分析,系统误差,系统误差：在相同条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号保持不变；或在条件变化时，按某一确定的规律变化。 系统误差可分为定值和变值系统误差 定值系统误差的发现 定值系统误差可用实验法发现，如千分尺调零时就会发现定值系统误差。 定值系统误差的消除

9、 定值系统误差可用修正法消除。,变值系统误差,变值系统误差的发现 变值系统误差通过对随机误差分布规律的检查来发现，常用残差观察法，如残差大体正负相间无明显规律变化可认为无变值系统误差；如呈周期或线形分布规律则可判定存在变值系统误差。 变值系统误差的消除 变值系统误差可用抵消法消除。 偶然误差 在一定测量条件下，多次测量同一量值时，误差的大小和符号以不可预定的方式变化的测量误差。 偶然误差一般呈正态分布且有界。 偶然误差可通过概率和数理统计方法，估算其范围，通过对测量数据的分析处理，减少其对测量结果的影响。,粗大误差,粗大误差 超出在规定条件下预计的测量误差。这种误差是由于某种不正常的原因所造成

10、的，如读数错误、突然振动等。 粗大误差明显歪曲了测量结果，应予以剔除。 可疑测定值的舍弃的方法 3法则（又称拉依达准则） |X-x| 3 则为可信值,精 度,1. 正确度- 定义：重复测量的平均值与真实值的差。 系统误差的影响程度 2. 精密度- 定义：重复测量时，其测量数据间差异的程度。 随机误差的影响程度 3. 准确度-综合影响程度(不确定度或极限误差表示),正确度和精密度,偏差、标准偏差和公差,偏差 是指某一测量值减其参考真值所得的代数差。 标准偏差 多次测量，反映数据分散程度的量。 公差 某一数据允许的变动范围。,标准偏差,标准偏差 Si2/（N-1） i=Xi 为参考真值 常用算术平

11、均值估计真值。,标准偏差,误差理论证明,测量列算术平均值xi的标准偏差x与单次测量的标准偏差有下列关系: x / N x 比小 N 倍，其分布较集中；因此，多次测量取平均值是提高测量精密度的主要措施之一。,极限误差的确定,随机误差的有界性可知,随机误差不会超过某一范围，测量极限误差就是指测量结果的误差极限范围。 一般认为在测量中任意测量一次，测得值对真值的差不会超过3即： lim= 3 测量列算术平均值的测量极限误差为： lim(x)= 3 (x) 多次测量的结果Xe可表示为: Xe=X 3 (x),直接测量列的数据处理,步骤: 判断系统误差。若发现则加以消除; 求算术平均值; 求残余误差；

12、计算单次测量的标准偏差； 判断并剔除粗大误差； 求算术平均值的标准偏差； 确定测量结果。,间接测量列的数据处理,函数误差的基本计算式 y=f(x1, x2, xn) 该函数的增量可用全微分表示 dy=(f/ x1)dx1+( f/ x2)dx2+. (f/ xn) dxn 若各直接测量值存在系统误差x1, x2, xn则函数（被测值）也相应存在系统误差y : y=(f/ x1) x1+( f/ x2) x2+. (f/ xn) xn （上式称为系统误差传递式）,间接测量列的数据处理,若各直接测量值存在随机误差则函数也相应存在随机误差。根据误差理论，函数标准偏差y与各直接测量列测得值的标准偏差

13、x1, x2, xn 的关系如下 : y = (f/ x1) 2 x1 2+( f/ x2) 2 x2 2+. (f/ xn) 2 xn 2 上式称为随机误差的传递式,间接测量列的数据处理,若各直接测量值的随机误差服从正态分布。则函数的测量极限误差计算公式为: lim(y) = (f/ x1) 2 2 lim(x1) +( f/ x2) 2 2 lim(x2) +. (f/ xn) 2 2 lim(xn) 式中: lim(y) = 函数的测量极限误差 lim(xi) = 各直接测量列测得值的极限误差,间接测量列的数据处理,间接测量列测量结果的表达： Ye=(Y- Y) lim(y),例1. 直

14、接测量的数据处理 对一工件12次测量，数据如下，求测量结果,讨论,讨论,例2. 间接测量的数据处理 在万能工具显微镜上用弓高弦长法测得弓高H=20mm，弦长L=100mm，其系统误差和测量极限误差分别为： H=4m lim(H) =1 m L=5m lim(L) =2 m 试确定该圆弧半径的测量结果。 注：R=L2/（8H）+H/2,测量不确定度,前面对误差的分类，我们得知： 随机误差有其不可修正的特性。 系统误差虽可加以修正，但修正因子或修正量的本身，亦可能隐含有不确定性。 所以由以上两点我们引申出：测量误差必存在于每一测量作业中，而此误差在评估及修正的过程中所衍生出来的不确定性，若加以量化

15、，即为“测量不确定度”而ISO国际标准对“测量不确定度”给了一个定义：是一个测量量的真值其存在范围的估计值。 因此测量不确定度的表达是以一区间范围表示之：YUt,测量不确定度,标准不确定度的A类评价 用统计方法评定的不确定度。（用实验标准偏差表征） 标准不确定度的B类评价 用统计方法评定的不确定度，用根据经验或资料及假设的概率分布估计的标准偏差表征。,测量不确定度,A类评定法 对被测量X，在同一条件下进行n次测量，X的实验标准偏差S( x )即不确定度： U(x)= S( x )= S( x ) / n,测量不确定度,B类评定法 根据经验或资料分析判断被测量的可能值区间(-a,a)假设的概率分

16、布,由要求的置信水平(包含概率)估计包含因子k ,则测量不确定度为: U(x)=a / k a为区间的半宽度.,测量不确定度,合成标准不确定度 若测量结果的标准不确定度由若干个不确定度分量时,可用各不确定度分量合成得到.当各分量互不相关时,合成不确定度Uc为: Uc= Ui2,测量不确定度,扩散不确定度U U=k Uc k为包含因子 , 测量结果可表示成Ye=yU. 被测量Y的可能值以较高的置信概率落在该区间内. 即: y-UYy+U,测量不确定度,包含因子k的选择 一般包含因子k = 23, 当k=2时,区间的置信水平约为95% 当k=3时,区间的置信水平约为99% 关于测量不确定度评定与表示的内容可进一步参考：