质量专业综合知识中级精.ppt

质量专业综合知识中质量专业综合知识中级级第1页，本讲稿共81页第五章第五章 计量基础计量基础 第一节 基本概念 计量的内容、分类和特点；计量法律、法规；量值溯源、校准和检定 第二节 计量单位 法定计量单位的定义、构成 法定计量单位的基本使用方法 第三节 测量仪器 测量仪器的分类、特点及其计量学特性 测量仪器的选用原则 第2页，本讲稿共81页 第四节 测量结果 测量准确度和精密度，重复性和复现性 第五节 测量误差和测量不确定度 测量误差和测量结果修正 测量不确定度 第六节 测量控制体系 测量设备的计量确认 测量过程实施的控制 第3页，本讲稿共81页第一节第一节 基本概念基本概念计量：实现单位统一、保障量值准确可靠的活动。测量：以确定量值为目的的一组操作。计量学是关于测量的科学。计量管理：包括法制、技术和管理等方面。计量的对象：-物理量-工程量-化学量-生理量-心理量。第4页，本讲稿共81页计量的六方面内容：计量单位与单位制计量器具（或测量仪器）量值传递与溯源物理常量、材料与物质特性的测定测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法计量管理 第5页，本讲稿共81页计量的分类计量的分类根据其作用与地位，计量可分为：科学计量基础性工程计量（或工业计量）应用性法制计量公益性例如，加油机、电话计费器、家用三表、企业间能源结算用计量器具，等等。目的是保证与贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测、资源控制、社会管理等相关的测量工作的公正性和可靠性。第6页，本讲稿共81页计量的特点计量的特点准确性：准确性：测量结果与被测量真值的一致程度实际上不存在完全准确无误的测量量值的准确性，是在一定的测量不确定度或误差极限或允许误差范围内，测量结果的准确性。一致性：一致性：测量结果应在给定的区间内有一致性。测量结果是可重复、可再现（复现）、可比较的。溯源性：溯源性：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不间断的比较链，与测量基准联系起来。法制性：法制性：计量必需的法制保障方面的特性。第7页，本讲稿共81页计量不同于一般的测量。计量不同于一般的测量。计量既属于测量而又严于一般的测量。计量是与测量结果置信度有关的、与测量不确定度联系在一起的一种规范化的测量。本教材中“计量”和“测量”的用法说明。第8页，本讲稿共81页计量法律和法规计量法律和法规我国的计量法规体系包括：中华人民共和国计量法，简称计量法。基本内容：立法宗旨；调整范围；计量单位制；计量器具管理；计量监督；计量授权；计量认证；计量纠纷的处理；计量法律责任等。宗旨：保障单位制的统一和量值的准确可靠。调整对象：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，凡是建立计量基准、计量标准，进行计量检定，制造、修理、销售、进口、使用计量器具，使用法定计量单位，开展计量认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷，以及进行计量监督管理等方面所发生的各种法律关系。家庭自用、教学示范用的计量器具一般不在计量法的调整之列 与计量法配套的计量行政法规、规章、规范性文件，等。第9页，本讲稿共81页量值溯源量值溯源量值溯源性：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准联系起来。测量的源头：国家基准或国际基准。量值溯源等级图，也称量值溯源体系表：表明测量仪器的计量特性与给定量的计量基准之间关系的一种代表等级顺序的框图。实现量值溯源的最主要的技术手段是校准和检定 第10页，本讲稿共81页我国量值溯源体系示意图我国量值溯源体系示意图第11页，本讲稿共81页校准校准 校准：在规定的条件下，为确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值，或实物量具（或参考物质）所代表的量值，与对应的由其测量标准所复现的量值之间关系的一组操作。校准的主要含义：用参考测量标准对包括测量仪器的特性赋值，并确定其示值误差；将测量仪器所指示或代表的量值，溯源到测量标准所复现的量值上。第12页，本讲稿共81页校准的主要目的：确定示值误差；得出标称值的偏差，并调整测量仪器或对其示值加以修正；给标尺标记赋值或确定其他特性值，或给参考物质的特性赋值；实现溯源性。校准的依据：校准规范或校准方法通常应作统一规定，特殊情况下也可自行制定。第13页，本讲稿共81页检定检定测量仪器的检定：查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序。步骤：检查、加标记和（或）出具检定证书。在检定结果中，必须有合格与否的结论，并出具证书或加盖印记。检定的对象：法制管理范围内的测量仪器。计量检定应当按照经济合理的原则，就近就地进行。计量检定必须按照国家计量检定系统表进行。国家计量检定系统表由国务院计量行政部门制定。第14页，本讲稿共81页检定的依据：计量检定规程。国家计量检定规程由国务院计量行政部门制定。国务院有关主管部门和省、自治区、直辖市人民政府计量行政部门分别制定部门计量检定规程和地方计量检定规程，并向国务院计量行政部门备案。任何企业和其它实体是无权制定检定规程的。从事检定工作的人员必须经考核合格。第15页，本讲稿共81页检定的分类检定的分类 根据必要程度和我国对其依法管理的形式，可分为：强制检定：由政府计量行政主管部门所属的法定计量检定机构或授权的计量检定机构，对某些测量仪器实行的一种定点定期的检定。强制检定的范畴：工作计量器具：用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测4个方面且列入中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录的工作计量器具；计量标准社会公用计量标准部门和企业、事业单位的各项最高计量标准。第16页，本讲稿共81页非强制检定：由使用单位自己或委托具有社会公用计量标准或授权的计量检定机构，对强检以外的其他测量仪器依法进行的一种定期检定。强制检定与非强制检定均属于法制检定。对大量的非强制检定的测量仪器，为到统一量值的目的，应以校准为主。第17页，本讲稿共81页第二节第二节 计量单位计量单位 被测量的量值=数值测量单位（又称计量单位）计量单位：为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量。计量单位制：为给定量值按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。法定计量单位：由国家法律承认、具有法定地位的计量单位。我国采用国际单位制（SI）。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。国际单位制是我国法定计量单位的主体，所有国际单位制单位都是我国的法定计量单位。国家选定的作为法定计量单位的非国际单位制单位，是我国法定计量单位的重要组成部分，具有与国际单位制单位相同的法定地位。第18页，本讲稿共81页我国法定计量单位的构成我国法定计量单位的构成中华人民共和国法定计量单位国际单位制(SI)的单位SI单位SI基本单位SI导出单位包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位组合形式的SI导出单位SI单位的倍数单位(包括SI单位的十进倍数单位和十进分数单位)国家选定的作为法定计量单位的非SI单位由以上单位构成的组合形式的单位第19页，本讲稿共81页SI基本单位基本单位 量的名称量的名称单单位名称位名称单单位符号位符号长度米m质量千克（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第20页，本讲稿共81页SI导出单位导出单位 SI导出单位：用SI基本单位以代数形式表示的单位。SI导出单位由两部分构成：包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位。例如：力的单位牛顿(kgm/s2)，符号为N；热和能的单位焦耳(Nm)，符号为J。组合形式的SI导出单位，即用SI基本单位和具有专门名称的SI导出单位（含辅助单位）以代数形式表示的单位。例如：电阻率单位用欧姆米（m）代替伏特米每安培（Vm/A）；角速度单位弧度每秒（rad/s）。SI辅助单位：具有专门名称和符号的量纲为一的量的导出单位。平面角单位弧度（rad）立体角单位球面度（sr）第21页，本讲稿共81页包括包括包括包括SI辅助单位在内的具有专门名称的辅助单位在内的具有专门名称的SISI导出单位导出单位导出单位导出单位 量 的 名 称SI 导 出 单 位名 称符 号用SI基本单位和SI导出单位表示平面角弧度rad1rad=1m/m=1立体角球面度sr1sr=1m2/m2=1频率赫兹Hz1Hz=1s-1力牛顿N1N=1kgm/s2压力，压强，应力派斯卡Pa1pa=1N/m2能量，功，热量焦耳J1J=1Nm功率，辐射能通量瓦特W1W=1J/s电荷量库仑C1C=1As电压，电动势，电位，（电势）伏特V1V=1W/A电容法拉F1F=1C/V电阻欧姆1=1V/A电导西门子S1S=1-1磁通量韦伯Wb1Wb=1Vs磁通量密度，磁感应强度特斯拉T1T=1Wb/m2电感亨利H1H=Wb/A摄氏温度摄氏度1=1K光通量流明lm1lm=1cdsr光照度勒克斯lx1lx=1lm/m2放射性活度贝可勒尔Bq1Bq=s-1吸收剂量戈瑞Gy1Gy=1J/kg剂量当量希沃特Sv1Sv=1J/kg第22页，本讲稿共81页SI单位的倍数单位单位的倍数单位 SI词头：用以表示倍数单位的词头。构词成分，用于附加在SI单位之前构成倍数单位（十进倍数单位和分数单位），而不能单独使用。词头符号与所紧接着的单个单位符号（这里仅指SI基本单位和SI导出单位）应视作一个整体对待，共同组成一个新单位，并具有相同的幂次，而且还可以和其他单位构成组合单位。例如：1cm3=(10-2m)3=10-6m3 1s-1=(10-6s)1=106s-1 1mm2/s=(10-3m)2/s=10-6m2/s质量的SI基本单位名称“千克”中已包含SI词头，“千克”的十进倍数单位由词头加在“克”之前构成。例如：应使用毫克（mg），而不得用微千克（kg）。第23页，本讲稿共81页部分部分SI词头词头 因数因数词头词头名称名称符号符号英文英文中文中文109giga吉咖G106mega兆M103kilo千k102hecto百h101deca十da10-1deci分d10-2centi厘c10-3milli毫m10-6micro微10-9nano钠诺n第24页，本讲稿共81页可与可与可与可与SISI单位并用的我国法定计量单位单位并用的我国法定计量单位单位并用的我国法定计量单位单位并用的我国法定计量单位 量的量的单单位位单单位名称位名称单单位符号位符号与与SI单单位的关系位的关系时间分min1min=60s小时h1h=60min=3 600s日，（天）d1d=24h=86 400s平面角度1=（/10 800）rad角分1=（1/60）=（/10 800）rad角秒1=(1/60)=(/648 000)rad体积升L,(l)1L=1dm3=10-3m3质量吨原子质量单位tu1t=103kg1u1.660 54010-27kg旋转速度转每分r/min1r/min=(1/60)s-1长度海里n mile1n mile=1 852m(只用于航行)速度节kn1kn=1n mile/h=(1 852/3 600)m/s(只用于航行)能电子伏eV1eV1.602 17710-19J级差分贝dB线密度特克斯tex1 tex=10-6kg/m面积公顷hm21hm2=104m2第25页，本讲稿共81页法定计量单位的基本使用方法法定计量单位的基本使用方法 法定计量单位的名称，一般指法定计量单位的中文名称。组合单位的中文名称原则上与其符号表示的顺序一致。单位符号中的乘号没有对应的名称，只要将单位名称接连读出即可。例如：Nm的名称为“牛顿米”，简称为“牛米”。表示相除的斜线（）对应名称为“每”，且无论分母中有几个单位，“每”只在分母的前面出现一次。例如：单位(kgK)的中文名称为“焦耳每千克开尔文”，简称为“焦每千克开”。第26页，本讲稿共81页如果单位中带有幂，则幂的名称应在单位之前。二次幂为二次方，三次幂为三次方，依次类推。如长度的2次和3次幂分别表示面积和体积，则相应的指数名称分别称为平方和立方，否则，仍称为“二次方”和“三次方”。例如：m2/s这个单位符号，当用于表示运动粘度时，名称为“二次方米每秒”；但当用于表示覆盖速率时，则为“平方米每秒”。负数幂的含义为除，既可用幂的名称，也可用“每”。例如：-1的名称为每摄氏度，亦称负一次方摄氏度。第27页，本讲稿共81页法定计量单位和词头的符号法定计量单位和词头的符号 法定计量单位和词头的符号，采用国际通用符号。法定计量单位和词头的符号，一律用正体。单位符号一般为小写字母，只有单位名称来源于人名时，其符号的第一个字母大写，“升”的符号例外。词头符号的字母，当其所表示的因数小于106时，一律用小写体，大于或等于106时用大写。注意区分：Y（1024）与y（10-24）；Z（1021）与z（10-21）；P（1015）与p（10-12）；M（106）与m（10-3）。第28页，本讲稿共81页由两个以上单位相乘构成的组合单位，相乘单位间可用乘点也可不用。但单位中文符号相乘时必须用乘点。例如：力矩单位牛顿米的符号为Nm或Nm，但其中文符号仅为牛米。相除的单位符号间用斜线表示或采用负指数。例如：密度单位符号可以是kg/m3或kgm-3，其中文符号可以是千克米3或千克米-3。单位中分子为时，只用负数幂。例如：用m-3，而不用1/m3。表示相除的斜线在一个单位中最多只有一条，除非采用括号能澄清其含义。也可用水平线表示相除。例如：用W/（Km），而不用W/K/m或W/Km词头的符号与单位符号之间不得有间隙，也不加相乘的符号。第29页，本讲稿共81页法定计量单位和词头的使用规则法定计量单位和词头的使用规则 单位的名称与符号必须作为一个整体使用，不得拆开。例如：摄氏度的单位符号为C，20C不得读成或写成“摄氏20度”或“20度”。用词头构成倍数单位时，不得使用重叠词头。例如：不得使用毫微米、微微法拉，等。非十进制的单位不得使用词头构成倍数单位。亿(108)、万（104）不是词头，只按一般数词使用。第30页，本讲稿共81页只通过相乘构成的组合单位，词头通常加在组合单位中的第一个单位之前。例如：力矩的单位kNm，不宜写成Nkm。只通过相除构成或通过乘和除构成的的组合单位，词头通常加在分子中的第一个单位之前，分母中一般不用词头。例如：摩尔内能单位kJ/mol，不宜写成J/mmol。质量的SI单位kg不作为有词头的单位对待。例如：比授能的单位可以写成J/kg。当组合单位分母是长度、面积和体积单位时，按习惯和方便，分母中可以选用词头构成倍数单位。例如：密度的单位可以选g/cm3。第31页，本讲稿共81页第三节第三节 测量仪器测量仪器 测量仪器（又称计量器具测量仪器（又称计量器具）：单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。实物量具（简称量具）：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测量仪器。例如：砝码（砝码组）、量块（量块组）、标准电阻线圈、标准信号发生器、标准硬度块、参考物质等。第32页，本讲稿共81页测量仪器的分类测量仪器的分类按结构和功能特点划分：显示式测量仪器（又称指示式测量仪器）比较式仪器 积分式测量仪器 累积式测量仪器 按计量学用途或在统一单位量值中的作用划分：测量基准（又称计量基准）、测量标准（又称计量标准）工作用测量仪器（又称工作计量器具）第33页，本讲稿共81页测量设备测量设备测量设备：测量仪器、测量标准、参考物质、辅助设备以及进行测量所必需的资料的一种总称。测量设备包含：一般的测量仪器，各等级的测量标准（包括各类参考物质和实物量具）与测量设备连接的各种辅助设备进行测量所必须的软件和资料设备使用说明书作业指导书有关测量程序的文件测量仪器本身的控制和测量程序 第34页，本讲稿共81页测量仪器的计量学特性测量仪器的计量学特性 测量仪器的计量学特性：测量仪器中影响测量结果的一些特征。例如：测量范围、偏移、重复性、稳定性、分辨力、鉴别力阈和示值误差，等。测量仪器控制：确定测量仪器的特性，并签发关于其法定地位的官方文件。型式批准：由政府计量行政部门做出的承认测量仪器的型式符合法定要求的决定。检定：查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序。检验：对使用中测量仪器进行监督的手段。第35页，本讲稿共81页标称范围、量程和测量范围标称范围、量程和测量范围 标称范围：测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。示值范围：标尺所指示的被测量值可得到的范围。标称范围通常以被测量的单位表示。例如：一台万用表，把操纵器件调到10一挡，其标尺上、下限的数码为0-10，则其标称范围为(0 100)V。标称范围一般用上限和下限说明，当下限（即最小值）为零时，标称范围一般只用其上限（即最大值）来表示。例如：(100-200）C；(0-100)V的电压表，其标称范围可表示为 100V。第36页，本讲稿共81页量程：标称范围的上限与下限之差的绝对值。例如：某温度计标称范围为(-30 80)C，则其量程为 80 (-30)=110C 某电压表的标称范围为100V，则其量程为 1000=100V测量范围（也称工作范围）：测量仪器的误差处于规定的极限范围内的被测量的示值范围。测量范围总是等于或小于标称范围。正确区别和掌握示值范围、标称范围、测量范围和量程的概念。第37页，本讲稿共81页额定操作条件、极限条件和参考条件额定操作条件、极限条件和参考条件 额定操作条件：测量仪器的正常工作条件，也就是使测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。例如：工作压力表测量范围的上限为10MPa；电能表的额定电流为10A。极限条件：测量仪器的规定计量特性不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件下运行所能承受的极端条件。例如：测量上限之上10%的超载试验；包装条件下的振动试验；（-40+50）C的温度试验；或95%RH以上的湿度试验等。参考条件：测量仪器在性能试验或进行检定、校准、比对时的使用条件，即标准工作条件或称为标准条件。正确区别和掌握额定操作条件、极限条件和参考条件。参考条件的要求最严，额定操作条件则较宽，而极端条件的范围和额定值为最大。第38页，本讲稿共81页示值误差和最大允许误差示值误差和最大允许误差 示值：测量仪器所指示的被测量值。测量仪器的示值误差（简称测量仪器的误差）：测量仪器示值与对应的输入量的真值之差。测量仪器最主要的计量特性之一，本质上反映了测量仪器准确度的大小。示值误差大，则其准确度低；示值误差小，则其准确度高。示值误差是相对真值而言的，实际上使用的是约定真值或实际值。可用绝对误差形式表示，也可用相对误差形式表示。确定测量仪器示值误差的大小，是为了判定测量仪器是否合格，并获得其示值的修正值。第39页，本讲稿共81页指示式测量仪器的示值误差=示值实际值。例如：被检电流表的示值I为40A时，用标准电流表检定，其电流实际值为I0=39A，则示值40A的误差为=I I0=4039=1A 即该电流表的示值比其约定真值大1A。实物量具的示值误差=标称值实际值。例如：某工作玻璃量具的容量的标称值V为1000ml，经标准玻璃量具检定，其容量实际值V0为1005ml，则量具的示值误差为=V V0=10001005=-5ml 即该工作量具的标称值比其约定真值小5ml。第40页，本讲稿共81页测量仪器的最大允许误差（也称为测量仪器的允许误差限，简写为mpe）：对给定的测量仪器，由规范、规程等所允许的误差极限值。判定测量仪器合格与否的规定的要求注意理解和区别测量仪器的示值误差、最大允许误差和测量不确定度之间的关系。示值误差和最大允许误差是对测量仪器本身而言的。测量不确定度是表征测量结果分散性的一个参数，只能表述一个区间或一个范围，说明被测量值以一定概率落于其中。它是对测量结果而言的，用以评定测量结果的质量或可靠性。第41页，本讲稿共81页灵敏度灵敏度 灵敏度：测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。反映测量仪器被测量（输入）变化引起仪器示值（输出）变化的程度。如果被测量变化很小，而引起的示值改变（输出量）很大，则该测量仪器的灵敏度很高。灵敏度值应与测量目的相适应，并不是越高越好。第42页，本讲稿共81页分辨力分辨力 显示装置的分辨力（简称分辨力）：显示装置能有效辨别的最小的示值差。模拟式显示装置的分辨力：通常为标尺分度值的一半，即用肉眼可以分辨到一个分度值的1/2。数字式显示装置的分辨力：末位数字的一个数码。分辨力高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起的对测量结果的影响。第43页，本讲稿共81页稳定性和漂移稳定性和漂移 稳定性：通常是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。测量仪器产生不稳定的主要原因：元器件的老化、零部件的磨损使用、储存、维护工作不细致，等。漂移：测量仪器计量特性的慢变化。反映了规定的条件下，测量仪器计量特性随时间的慢变化。漂移产生的主要原因：温度、压力、湿度等外界变化仪器本身性能的不稳定，等。第44页，本讲稿共81页测量仪器的选用原则测量仪器的选用原则 选用测量仪器应从技术性和经济性出发，使其计量特性适当地满足预定的要求，既够用，又不过高。测量仪器的最大允许误差：通常应为测量对象所要求误差的1/31/5。测量仪器的测量范围：使其上限与被测量值相差不大而又能覆盖全部量值。灵敏度：过低会影响测量准确度，过高又难于及时达到平衡状态。尽量选用标准化、系列化、通用化的测量仪器，以便于安装、使用、维修和更换。测量准确度的提高，通常伴随着成本的上升。从经济上来说，应选用误差分配合理的测量仪器来组成测量装置。第45页，本讲稿共81页第四节第四节 测量结果测量结果 测量结果：通过测量所得到的赋予被测量的值。真值：与被测量定义一致的值。测量准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度。测量准确度可以用测量结果对约定真值的偏移来估计。测量精密度：在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。正确区分“准确度”和“精密度”来表示。精密度仅反映分散性，即指随机效应所致的测量结果的不可重复性或不可复现性；准确度指在随机效应和系统效应的综合作用下，测量结果与真值的不一致。第46页，本讲稿共81页测量重复性测量重复性 测量结果的重复性：在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。重复性条件包括：相同的测量程序；相同的观测者；在相同的条件下使用相同的测量仪器；相同的地点；在短时间内重复测量。第47页，本讲稿共81页测量复现性测量复现性 测量结果的复现性（又称为再现性、重现性）：在改变了的测量条件下，对同一被测量的测量结果之间的一致性。给出复现性时，应详细地说明测量条件改变的情况，包括：测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量标准、地点、使用条件及时间。这些内容可以改变其中一项、多项或全部。测量结果重复性和复现性的区别。第48页，本讲稿共81页第五节第五节 测量误差和测量不确定度测量误差和测量不确定度 测量误差（简称误差）：测量结果减去被测量的真值所得的差。被测量真值是与被测量的定义一致的某个值，对于给定目的，可用约定真值代替真值。任意一个误差，均可分解为系统误差和随机误差的代数和：误差=测量结果-真值=随机误差+系统误差随机误差：测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所的结果的平均值之差。系统误差：在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。第49页，本讲稿共81页测量结果修正测量结果修正 未修正结果：对包含的系统误差尚未进行修正的测量结果。单次测量：单个示值为未修正结果；多次测量：未修正结果为几个示值的算术平均值。已修正结果：对其中所包含的系统误差进行修正后的测量结果。修正值：用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值。修正值等于负的系统误差，加上某个修正值就像扣掉某个系统误差。真值=测量结果+修正值=测量结果 误差系统误差可以用适当的修正值来估计并予以补偿，但这种补偿是不完全的，修正值本身就含有不确定度。第50页，本讲稿共81页例：用某尺测量圆柱直径，进行10次测量所得的示值分别为：14.9mm，14.6mm，14.8mm，14.6mm，14.9mm，14.7mm，14.7mm，14.8mm，14.9mm，14.8mm 则该测量列的未修正结果为：（14.9+14.6+14.8）/10=14.7714.8mm。若该尺经量块检定，其修正值为-0.1mm，则10次测量的已修正结果为：（14.8 0.1）mm=14.7mm。第51页，本讲稿共81页测量不确定度测量不确定度 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。测量不确定度是对测量结果质量的定量表征，反映了人们在对被测量值准确认识方面的不足。误差与不确定度的区别。第52页，本讲稿共81页测量不确定度的表示测量不确定度的表示标准不确定度（用符号u表示）：以标准偏差表示的测量不确定度。标准不确定度分量的两类评定方法：不确定度的A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。所得到的相应的标准不确定度称为A类不确定度分量，用符号uA表示。不确定度的B类评定：用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度。所得到的相应的标准不确定度称为B类不确定度分量，用符号uB表示。合成标准不确定度：当测量结果是由若干个其他量的值求得时，测量结果的标准不确定度等于这些其他量的方差和协方差适当和的正平方根。为用符号uC表示。第53页，本讲稿共81页扩展不确定度（用符号U表示）：用标准偏差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示的测量不确定度。扩展不确定度确定的是测量结果的一个区间，合理地赋予被测量之值的分布的大部分可望包含于此区间。扩展不确定度是将合成标准不确定度扩展了k倍得到的。U=kuC，k称为包含因子。第54页，本讲稿共81页测量不确定度的来源测量不确定度的来源 对被测量的定义不完整或不完善。实现被测量定义的方法不理想。取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量。对被测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善。对模拟仪器的读数存在人为偏差（偏移）。测量仪器的分辨力或鉴别力不够。赋予测量标准和标准物质的值不准。用于数据计算的常量和其他参量不准。测量方法和测量程序的近似性和假定性。在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化。第55页，本讲稿共81页测量不确定度的评定测量不确定度的评定 第56页，本讲稿共81页测量模型的建立测量模型的建立 被测量：作为测量对象的特定量。在实际测量中，很多情况下被测量Y（输出量）不能直接测得，而是由N个其它量X1，X2，XN（输入量）通过函数关系f来确定的：Y=f（X1，X2，XN）(10.5-1)上式表示的这种函数关系，就称为测量模型。测量模型f代表所使用的测量程序和评定方法，描述如何从输入量Xi的值求得输出量Y的值。第57页，本讲稿共81页输入量X1，X2，XN本身可看作被测量，也可能取决于其他量。分为两类：当前直接测定的量，其值和不确定度得自于单一观测、重复观测，或依据经验的调整等，并可能涉及仪器读数的修正值，以及诸如环境温度、大气压力、湿度等影响量修正值的确定。从外部引入的量，如：与已校准的测量标准、有证参考物质相关的量，或从手册中查出的参考数据等。第58页，本讲稿共81页最简单的数学模型为Y=X。例1：用卡尺测量工件的尺寸，工件的尺寸就等于卡尺的示值。采用不同的测量方法和不同的测量程序，可能有不同的数学模型。例2：一个随温度t变化的电阻器两端的电压为V，在温度为t0时的电阻为R0，电阻器的温度系数为，则电阻器的损耗功率P（输出量或被测量）取决于V，R0，和t（输入量），即P=f(V,R0,t)=V2/R01+(t-t0)同样是测量该电阻器的损耗功率P，我们也可采用测量其端电压和流经电阻的电流I来获得，则P的数学模型就变成P=f(V,I)=VI第59页，本讲稿共81页最佳估计值的计算最佳估计值：经过对模型中所有主要系统效应影响的修正。被测量Y的估计值，即输出估计值为y，输入量Xi的估计值，即输入估计值为xi，则有y=f(x1，x2，xN)输入估计值相关的标准差，即标准不确定度u(xi)。与输出估计值或测量结果y相关的测量标准不确定度u(y)，即被测量Y的标准差。u(y)是通过u(xi)确定的。第60页，本讲稿共81页输入估计值测量不确定度的评定输入估计值测量不确定度的评定 标准不确定度的标准不确定度的A类评定类评定 当在相同的测量条件下，对某一输入量进行若干次独立的观测时，可采用标准不确定度的A类评定。假定重复测量的输入量Xi为量Q。若在相同的测量条件下进行n(n1)次独立的观测，量Q的估计值为各个独立观测值qj(j=1，2，n）的算术平均值 第61页，本讲稿共81页贝塞尔公式贝塞尔公式 值qj的实验方差为s2(q)，其（正）平方根为实验标准差。算术平均值 的实验方差为 ，其（正）平方根为平均值的实验标准差。与输入估计值 相关的标准不确定度即平均值的实验标准差。第62页，本讲稿共81页 例10.5-1对一等标准活塞压力计的有效面积进行测量。在各种压力下，测得10次活塞有效面积S0与工作基准活塞面积Ss之比li如下：0.250 6700.250 6730.250 6700.250 6710.250 6750.250 6710.250 6750.250 6700.250 6730.250 670 则其最佳估计值，即测量结果 为 实验标准差s(li)为 的标准不确定度 为第63页，本讲稿共81页标准不确定度的标准不确定度的B B类评定类评定 用于不确定度B类评定的信息来源一般包括：以前的观测数据；对有关材料和仪器特性的了解和经验；生产部门提供的技术说明文件；校准证书、检定证书或其他文件提供的数据；手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限或复现性限。运用所掌握的信息进行测量不确定度的B类评定，要求有一定的知识、经验和技巧。适当评出的B类标准不确定度，可与A类标准不确定度一样可靠。第64页，本讲稿共81页B B类不确定度评定的一些常用方法类不确定度评定的一些常用方法 已知扩展不确定度和包含因子 如输入估计值xi来源于制造部门的说明书、校准证书、手册或其他资料，其中同时还明确给出其扩展不确定度U(xi)及包含因子k的大小，则与输入估计值相关的标准不确定度u(xi)为u(xi)=U(xi)/k第65页，本讲稿共81页 例10.5-3校准证书上指出，标称值为1kg的砝码的实际质量m=1 000.000 32g，并说明按包含因子k=3给出的扩展不确定度U=0.24mg。则由该砝码导致的测量标准不确定度分量u(m)为u(m)=0.24mg/3=80g 相对标准不确定度为urel(m)=u(m)/m=8010-9第66页，本讲稿共81页已知扩展不确定度和置信水准的正态分布 如果给出xi在一定置信水准p下的置信区间的半宽，即扩展不确定度Up，除非另有说明，一般按正态分布来评定其标准不确定度u(xi)，即u(xi)=Up/kp 其中，kp置信水准p下的包含因子。正态分布的置信水准p（置信概率）与包含因子kp之间的关系。第67页，本讲稿共81页 例10.5-4校准证书上给出标称值为10的标准电阻器的电阻Rs在23C时为Rs(23C)=(10.000 740.000 13)同时说明置信水准p=99%。由于U99=0.13m，kp=2.58，故其标准不确定度为：u(Rs)=0.13m/2.58=50。第68页，本讲稿共81页均匀分布 若只知道输入量的估计值xi分散区间的上限和下限分别为a+和a-（例如测量仪器的出厂指标、温度范围、由自动数据简化引起的舍入或截断误差），则只能假定输入量Xi在上、下限之间的概率分布为均匀（矩形）分布。输入估计值xi 及其标准不确定度u(xi)分别为 如果上、下限之差用2a表示，即a+-a-=2a，则或第69页，本讲稿共81页 例10.5-5 手册中给出纯铜在20C时的线膨胀系数20(Cu)为16.5210-6C-1，并说明此值的变化范围不超过0.4010-6C-1。假定20(Cu)在此区间内为均匀分布，则线膨胀系数的标准不确定度u()为：u()=0.4010-6C-1/1.73=0.2310-6C-1第70页，本讲稿共81页输出估计值标准不确定度的计算输出估计值标准不确定度的计算 当全部输入量彼此独立或不相关时当全部输入量彼此独立或不相关时，与输出估计值y相关的标准不确定度，即合成标准不确定度，由下式得出：ui(y)是与输入估计值xi相关的标准不确定度，对于与输出估计值y相关的标准不确定度的贡献，即ci是与输入估计值xi相关的灵敏系数第71页，本讲稿共81页如果模型函数f是输入量Xi的和或差 则输出估计值应是相应的输入估计值的和或差 其中，pi为灵敏系数 与输出估计值相关的合成标准不确定度为 第72页，本讲稿共81页如果模型函数f是输入量Xi的积或商 则输出估计值应是相应的输入估计值的积或商 其中，灵敏系数等于piy/xi 如果采用相对标准不确定度w(y)=u(y)/y 和 w(xi)=u(xi)/xi 与输出估计值相关的合成标准不确定度为第73页，本讲稿共81页当两个输入量Xi和Xk之间有一定程度的相关性时，即它们之间不是相互独立的，那么，其协方差也因作为不确定度的一个分量来考虑。以下情况下，与两个输入量Xi和Xk的估计值相关的协方差可以认为是零或影响非常小：输入量Xi和Xk相互独立，例如，它们是在不同的独立实验中重复而且非同时测得的，或它们分别代表独立进行的不同评定所得出的量；输入量Xi和Xk中的一个可作为常量看待；研究表明，输入量Xi和Xk之间没有相关性的迹象 第74页，本讲稿共81页扩展不确定度的评定扩展不确定度的评定 扩展不确定度是确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。扩展不确定度是将输出估计值的标准不确定度u(y)扩展了k倍后得到的，这里的。即U=ku(y)k称为包含因子，k值一般为2，有时为3。当可以赋予被测量正态（高斯）分布，包含因子k=2代表扩展不确定度的包含概率约为95%。测量结果的取值区间在被测量值概率分布中所包含的百分数，称为该区间的置信水准或置信概率，用符号p表示。与置信水准相联系的扩展不确定度，用符号Up表示。第75页，本讲稿共81页测量不确定度的报告测量不确定度的报告 一个完整的测量结果应包含两部分：被测量Y的最佳估计值，即输出估计值y，一般由测量列的算术平均值给出；描述该测量结果分散性的测量不确定度。报告测量不确定度有两种方式：直接使用合成标准不确定度使用扩展不确定度。第76页，本讲稿共81页输出估计值y及其标准不确定度u(y)或扩展不确定度U(y)的数值都不应给出过多的有效位数。最终报告时，扩展不确定度U(y)至多为两位有效数字，即可取12位有效数字。按照12位有效位数，对测量不确定度的数值进行修约时，一般要将最末位后面的数都进位而不是舍去。采用同一测量单位来表述测得值及其不确定度时，它们的有效位数应对齐。第77页，本讲稿共81页 例：设被测量是标称值为100g的标准砝码质量ms。用合成标准不确定度表达 （a）ms=100.02147g，u(ms)=0.35mg。（b）ms=100.02147(35)g。（c）ms=100.02147(0.00035)g。用扩展不确定度表达 （a）ms=100.0215g，U(ms)=0.7mg （k=2）。（b）ms=（100.02150.0007）g，k=2。第78页，本讲稿共81页测量不确定度应用实例测量不确定度应用实例 高值电阻的测量 第79页，本讲稿共81页第六节第六节 测量控制体系测量控制体系测量控制体系：为实现测量过程的连续控制和计量确认所需的一组相关的或相互作用的要素。测量控制体系的目标：控制由测量设备和测量过程产生的不正确的测量结果，及其对产品质量的影响。测量控制体系的构成：测量设备的计量确认；测量过程实施的控制。第80页，本讲稿共81页计量确认是指为确保测量设备满足预期使用要求而进行的一组操作。按某一特定测量过程的要求确认的测量设备也许不能用于其他的测量过程。计量确认过程的两个输入用户计量要求测量设备特性计量确认过程的唯一输出，是测量