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1、第一章 计量学基本知识第一节 计量学的一些基本概念一、计量的含义要了解计量的含义，首先要了解“量”、“计量单位”、“测量”“、测试”和“量值”等基本概念。量：一般又称为可测的量，它是“自然现象，物体和物质的可以定性区别和定量确定的一种属性”。量有广义的量和特定的量之分，前者如长度、时间、质量、温度、电阻等。后者则是具体的，比如一根导线的电阻，一块板的长度等。约定选取的特定的量，用以定量表示具有相同量纲的量，就是计量单位，它的约定记号标志就是单位符号。如m为长度“米”的符号；s为时间的单位“秒”等。量值：，是用一个数和一个合适的测量单位表示的量。例如25、18、16.2kg等等。（一） 测量的含
2、义Measurement本意为“测量”。但是早期汉译受日文“计量”、“计测”等词汇的影响，在汉语中出现了“计量”和“测量”两种表达。由于没有准确定义两者异同，长期以来，两者的使用比较混乱。现在通用计量术语及定义已修订，我们可以在新规范指导下，分清“测量”和“计量”之异同。按国际通用计量学基本术语的定义，测量是指为确定被测对象量值而进行的一组操作。（二） 计量的含义按照通用计量名称及定义，计量是指：“实现单位统一和良知准确可靠的测量”。计量应该属于测量的范畴，也可以说是一种特殊形式的为使被测量的单位量值在允许范围内溯源到基本单位的测量。最初的测量方法是原始的，单位是任意的。当商品交换、分配形成社
3、会性活动的时候，就需要实现测量的统一，即要求在一定准确度内对一物体在不同地点达到其测量结果的一致。为此，就要求以法定的形式建立统一的单位制，建立基准、标准器具，并以这种基准、标准来检定测量器具，保证量值的准确可靠。这就出现了“计量”。由此推论，计量的含义，或可理解为“是以实现单位统一、量值准确可靠为目的的测量。”也可以说，“是以保证单位统一、量值准确一致的测量，它对整个测量领域起指导、监督、保证和仲裁作用。”这两中含义与“计量学”的定义较为协调，表明了测量的特性（统一性和准确性），即可以指测量本身，又可以泛指一种工作、一项事业或者一门学科，同时又强调了计量的重要性和法制管理的作用。应该说，计量
4、的本质特征就是测量，但其测量的对象不是一般产品，而是具有某一准确度级别的测量手段。在技术管理和法制管理的要求上，计量又高于一般的测量。（三） 测试的含义“测试”一词在国际通用计量学基本术语中也没下定义。它是我国广大广大科技人员从实际工作中抽象概括出来的概念。一般认为它也是一种测量，但它与计量不同的地方在于测试主要是具有探索、分析、研究和试验特性。测试一方面包括测量的基本含义，另一方面又带有不同于普遍测量的特点，所以现在人们将测试的含义确定为：“在科研生产中，为确定物体的特性所进行的具有试验过程和研究性质的测量”。也可以理解为：“试验和测量的综合”。“测试”与“计量”在实际运用中，由于生产活动和
5、科学研究的媒介，使二者紧紧地结合在一起，有时候甚至密切到难以区分的程度。测试不仅仅是生产活动恶化经营管理活动的负责手段，而且已成为完成生产任务的一个重要组成部分。二、计量基准，标准（器）和计量器具在计量管理工作中，我们经常要接触到各种各样的计量器具，这些计量器具按计量学用途可分为计量基准器、标准器和计量器具，现分别解释如下：(一) 计量基准、标准（器）和计量器具凡能用以直接或间接测出被测对象量值的量具、计量仪器（仪表）和计量装置统称为计量器具。在这个定义中，量具是以固定形式复现量值的计量器具，它们一般没有指示器，在测量过程中没有运动的测量元件，量具又可分为单值量具和多值量具。单值量具如砝码、量
6、块、标准电池等；多值量具如刻度尺、砝码组、量块组等。如量具具有独立复现量值的功能，不需用其它计量装置帮助，则称这类量具为“独立量具”。如尺子；如果必须用其它计量器具的，象砝码要用天平，才能进行质量的测量，则把砝码这类量具称为从属量具。计量仪器(仪表)是将被测的量转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具，可单独地或连同其它设备一起用以进行计量的装置，例如电流表、压力表、水表，温度计等都是常用计量仪器仪表，计量仪器一般按其计量功能可分为指示式仪器仪衷(能读出示值)，记录式仪器仪表(可记录示值)和比较式仪器仪表(能将被测量和已知量进行比较)等。有时由一独立而完备的组件构成的传感器，能产生附加或附
7、属功能的部件，如热电偶，变送器等。（二）计量基准器能够复现、保存和传递量值，并经国家法定，作为统一全国量值最高依据的计量器具，称为计量基准器。计量基准器有以下三类：主基准即国家基准，凡用来复现和保存计量单位，具有现代科学技术所能达到的最高准确度的计量器具它们均经国家、鉴定并批准。，作为统一全国计量单位量值的最高依据。我国已建立的国家计量基准器，如长度计量的国家基准有长度、角度、表面粗糙皮、平面度、螺旋线、圆锥量规锥度、渐开线等国家基准。副基准：通过直接或间接与国家基准比对米确定其量值并经国家鉴定批准的计量器具。它在全国作为复现计量单位的地位仅决于主基准。我国已建立各类国家副基准器，如力学计量国
8、家副基准有质量、力值、洛氏及表面洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度、密度和震动等副基准。工作基准：经与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实际用以检定计量标准器的计量器具。设立工作基准的目的是为了不使主基准，副基准由于使用频繁而丧失其应有的准确度或遭受损坏。（三）计量标准器和标准物质按国家的准确度等级，作为检定依据用的计量器具或物质是计量标准。标准物质是计量标准中的一类，它是在规定条件下，具有高稳定的物理、化学或计量学特性，并经正式批准作为标准使用的物质或材料。标准物质的用途是标定仪器，验证测量方法或鉴定其他物质。三、检定、校准、比对、定度和量值传递在计量管理中，经常要用检定、校准等计量专业名
9、词术语，因此应该对它们的定义有一个明确的认识。（一）检定为评定计量器具的计量性能(准确度、稳定度、灵敏度等)，并确定其是否合格所进行的全部工作就是检定。检定的依据是具有国家法定性的技术文件即检定规程，它规定了计量器具的计量性能、检定项目、检定条件、检定方法、检定周期以及检定结果的处理等。如无检定规程，各地区和各部门也可以制定暂行检定方法作为检定的依据。按检定规程或暂行检定方法中规定的时间，对使用中的计量器具进行定期性的检定称为周期检定，各种计量器具的检定周期长短不同但必须严格实行周期检定，以保证计量器具的计量性能合格。（二）校准、定度和比对确定计量器具示值误差的全部工作称为校准。用计量标准(或
10、基准)来定出计量器具或其指示部分(如刻线)所表示的量值称为定度。在规定条件下，对相同准确度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行比较称为比对。校准、定度和比对工作是计量技术工作和管理中一些经常性工作。（三）量值传递和检定系统通过检定，将国家基准所复现的计量单位量值通过计量标准逐级传递到工作用计量器具。以保证对被测对象所测得的量值的准确和一致。这个过程称之为量值传递。量值传递是计量技术管理的中心环节，要保证量值在全国范围内准确一致，都能溯源到国家基准，就必须建立一个全国统一的科学的量值传递体系，这就要一方面确定量值传递管理体制，另一方面要制定各种量值的检定系统。检定系统是国家法定性技
11、术文件，它用图表结合文字的形式，规定了国家基准。各级标准直至工作用计量器具的检定程序，其内容包括：基准，标准、工作用计量器具的名称，测量范围，准确度和检定方法等主要检定程序。四、准确度、稳定度，灵敏度（一）准确度准确度或精确度是测量结果中系统误差与随机误差的综合，它表示测量结果与真值的一致程度。若已修正所有已定系统误差，就可用不确定度来表示准确度。不确定度按误差性质可分为系统不确定度和随机不确定度，前者指在规定条件下，在测量中所有未定系统误差的综合(也称正确度)，即表示测量结果中系统误差大小的程度；后者指在一定条件下，进行多次测量时所得测量结果彼此间符合的程度（也称精密度），即表示册俩国内结果
12、中随即误差大小的程度，为此，不确定度的定义就是“表示由于测量误差的存在而对被测量值不能肯定的程度”。精度是精确度的简称。（二）稳定度稳定度是计量器具的重要特性之一，它表示在规定工作条件内，计量器具某些性能随时间保持不变的能力。（四） 灵敏度和灵敏限灵敏度也是计量器具的重要特性之一，它表示计量器具对北侧的量变化的反应能力。对于给顶的被测量值，计量器具的灵敏度S可用被观测变量的增量与其相应的被测量的增量之商来表示：S =LX 式中：L被观测变量的增量；X被测量的增量。在分子分母是同一类量的情况下，灵敏度也称“放大比”或“放大倍数”。引起计量仪器（仪表）示值可察觉变化的被测的量的最小变化值成为灵敏限
13、，或称灵敏阈。五、计量学研究的内容及分类（一）计量学的概念计量学在国际上被认为是一门非常广泛和深入的学科。数千年前，人们把计量学称为“度量衡”，在中国被认为是“尺斗秤”，把这门学科的内容看得十分狭窄。随着现代化生产和科学技术的不断发展，计量学研究的范围在日益扩大，内容不断充实，计量学已远远超出“度量衡”的范畴。按照通用计量名词及定义中，计量学的定义是：“有关测量知识领域的一门学科”。按照国际计量局(BIPM)，国际电工委员会(IEC)、国际标准化组织(ISO)与国际法制计量组织(OIML)以及国际临床化学联合会(IFCC)、国际理论和应用化学联合会(IUPAC)和国际理论与应用物理学联合会(I
14、UPAP)等七个国际组织联合制订的国际通用计量学基本术语，计量学被定义为“测量学科”。并在注解中说明：“计量学包括涉及测量理论和实用的各个方面，不论其不确定度如何，也不论其用于什么测量技术领域。”从计量学这种广义定义，表明现代计量学所包括内容的丰富，主要有：研究计量单位及其基准、标准的建立、复现、保存和使用；研究计量与测量器具的特性和测量方法；研究测量不确定度和误差理论的实际应用；研究计量、测量人员的测量能力和检定、核准能力；研究基本物理常数、标准物质、材料特性等的有关理论和测量；研究一切测量理论和实践问题；研究计量法制和计量管理问题。(二)计量学的分类计量学包括的专业很多，应用范围十分广泛。
15、我国目前根据被测的量来分类，大体上可分为十大类：几何量(或长度)、温度、力学、电磁学、电子(或无线电)、时间频率、电离辐射、光学、声学、物理化学(含标准物质)。每一类又可分为若干项，各项的名称和主要内容如下：1 几何量计量几何量计量(又称长度计量)是对物体的几何量与其单位的定义作比较的精密测量。几何量表征物体的大小、长短，形状和位置，其基本参量是长度和角度。长度的单位是“米”。角度分平面角和立体角，其单位分别为“弧度”和“球面度”。长度单位“米”在国际单位制(SI)中被列为第一个基本单位，符号为“m”。物体的形状和位置都可以用坐标空间中的若干点来表示，但用许多点的坐标值来表示物体的几何特征往往显得繁琐而不明确，所以，在几何量中除了使用长度和角度这两个基本参量外，还引入了一些工程参量，如：圆度、锥度，粗糙度、渐开线、螺旋线等，这些参量都是多维复合参量。端度计量：是指对某一物体两个面(如一根棒的两端面)之间的长度的测量。严格说来，应是对任意两点之间或一点到一个平面的距离的长度的测量，如对各种机械零部件尺寸的测量等。端面计量传递量值的标准器是量块(或叫块规)。首先用量块检验游标卡尺、千分尺等各种万能量具的示值准确度，检定合格后的量具方能检测产品零部件的尺寸。此外量块还可作其它精
