第四章 计量器具.ppt

第四章 计量器具计量器具的分类及特征计量器具的分类及特征计量器具的结构和组成计量器具的结构和组成计量器具的管理计量器具的管理学习要求l了解计量器具的分类及其特征l了解计量器具的结构和组成l了解我国计量器具管理方面的相关要求l了解计量器具的管理方法4.1计量器具的分类及特征一、按结构特点分实物量具计量仪器计量装置（一）量具l实物量具的简称，用来复现或提供某个物理量 的已知量值的计量器具。l砝码、量块l按公认的定义，标准物质属于量具。标准物质指具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性的物质，用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值等。l游标卡尺、千分尺、百分表，习惯上称为通用量具，但按定义并不是量具，而是计量仪器。1、量具的分类l按已知值是一个或多个，可分为单值量具和多值量具，后者又可分为常值量具和变值量具。单值量具：量块、三角形角度块、标准电池、标准电阻l多值量具：多面棱体、多刻线量筒、可变电容器、电阻箱、四边形角度块。l从量具的工作方式看，分为从属量具和独立量具。l从量具的组合看，可分为单个量具和成套量具。直流标准电阻箱直流标准电阻箱交交/直流标准电阻箱直流标准电阻箱多面棱体量块2、量具的特点l本身直接复现了单位量值l在机构上没有测量机构，没有指示器l必须依赖其他配用的计量仪器，否则不能测出被测量值。（二）计量仪器l用来将被测量的量值变换为可直接观察的示值或等效信息的计量器具。l计量仪器或仪表的主要特性，是能将被测量值与已知量值进行比较，并将比较的结果变换为示值或等效信息输出。1、计量仪器的分类l直读式计量仪器：能直接指示出被测量值，游标卡尺、压力表等l比较式计量仪器：能测量出被测量值等于同名量的已知值，如天平，电位差计l差值式计量仪器：测量出被测量与同名的已知值之间的少量差异，如比较仪，外差式频率计1、计量仪器的分类按原理分为：l机械式量仪l光学式量仪l电动量仪l气动量仪1、计量仪器的分类按输出形式分：l指示式l记录式按测量时是否用到量具分：l直接评定式l比较式2、计量仪器的特点l与量具不同，本身不复现或提供已知量值，而是通过转换得到的指示值或等效信息；l在结构上，有测量机构、指示器或者有可活动的测量元部件l可以直接读出被测对象的量值或与已知量的差值（三）计量装置l为确定被测量值所必需的计量器具和辅助设备的总体。即为确定被测量值所必需的计量及辅助设备的功能结合起来而形成的结构总体。l其组成包括计量仪器、量具、测量夹具、测量变换器及辅助设备及电源。l建立计量装置的目的是便于操作、提高工作效率和可靠性、固定或缩小干扰因素的影响和提高准确度等。l计量装置也称测量系统或测量设备。计量装置的分类按其计量学用途可分为：l相当于工作计量器具的测量或测试装置l作为计量标准的检定或校准装置辅助设备的作用l将被测量或影响保持于某个适当的数值上l便于进行计量操作l改变计量器具的计量范围或灵敏度l辅助设备的准确度一般应比计量器具高一个数量级l辅助设备应尽可能少。二、计量器具按计量用途分类l计量基准器具l计量标准器具（包括标准物质）l工作计量器具（一）计量基准器具l计量基准器具简称计量基准，是在特定领域内复现和保存计量单位并具有最高计量特性的计量器具，是统一量值的最高依据。1、人工基准与自然基准l计量器具的稳定性是至关重要的计量特性。l人工基准：以实物来定义并复现测量单位，又称为实物基准。l自然基准：以自然现象或物理效应来定义测量单位，但仍需要用实物（计量器具）来复现。l追求计量基准的准确度的工作是永无止境的。2、国家计量基准、国际计量基准、副基准和工作基准1）国际计量基准：是具有当代科学技术所能达到的最高计量特性的计量基准，是给定量的所有其他计量器具在国际上定度的最高依据。l经国际协议承认的主要途径是经国际米制公约组织下设的国际计量委员会（CIPM）和国际计量局（BIPM），由他们研究、建立、组织和监督国际计量标准的工作。lBIPM拥有质量及相关量、频率标准和时标、激光波长和频率标准、电学标准、光度和辐射度标准、热力学、电离 辐射标准等学科的实验室。第18届计量大会和第77届国际计量委员会决议：自1990年1月1日起国际上将同时正式启用以约瑟夫森常数和冯克里青常数的国际公认值为基础的电学测量新标准复现电压单位和电阻单位，这些国际标准保存在BIPM的电学标准室内。从这天起各国按新的单位量值一致的原则，调整并保存各国的电压单位和电阻单位量国家标准。国际基准是量值溯源的最终点。2）国家计量基准：本国科学技术所能达到的最高计量特性和计量基准，是给定量的所有其他计量器具在国内定度的最高依据。l我国计量基准需经国务院计量行政部门批准，作为全国统一量值最高依据的计量器具。l国家计量基准必须是国家决定承认的，确定了它的法定地位。标志着一个国家科学计量的水平。l在给定的计量领域中，所有计量器具进行的一切测量均可溯源到国家基准上，从而保证这些测量结果准确可靠和可比性。3）副基准：是由国家基准直接校准或比对来定值的计量标准，作为复现测量单位的单位仅次于国家基准。l一旦主基准损坏，副基准可代替国家基准。l根据实际情况，可设副基准，也可不设副基准。l我国的国家基准和副基准绝大多数都保存在中国计量科学研究院。4）工作基准：经与国家计量基准或副基准比对，并经国家鉴定，实际用以检定计量标准的计量器具。l设置目的：不使国家基准和副基准由于频繁使用而降低其计量特性或遭损坏。l工作基准一般设置在国家计量机构中，也可视需要设置在工业发达的省级或部门的计量技术机构中。计量基准的特点l唯一性。对每个测量参数来说，全国只有一个。l科学性。运用最新科学技术成就研究出来的，所以具有当代本国的最高精确度。l国家性。计量基准的准确度只有且经必须经过国家鉴定合格并确定其准确度。l稳定性。最佳的稳定度，因此研制计量基准应尽量采用当代科学技术的最新成就。计量基准器具的使用必须具备的条件计量基准器具的使用必须具备的条件经国家鉴定合格；具有正常工作所需要的环境条件；具有称职的保存、维护、使用人员；具有完善的管理制度。符合上述条件的，经国务院计量行政部门审批并颁发计量基准证书后，方可使用。（二）计量标准器具l计量标准器具简称计量标准，指准确度低于计量基准、用于检定其他计量标准或工作计量器具的计量器具。l计量标准具有较高计量特性，可按准确度等级和法律地位进行分类。l日常检定工作按计量检定系统表逐级进行。l每一级计量标准都应经过上级计量行政部门考核后使用。l县级以上政府计量部门根据本地区的需要，建立社会公用计量标准器具，经上级人民政府计量行政部门考核合格后使用。l企事业单位根据需要，建立本单位使用的计量标准器具，其最高计量标准须经考核合格后使用。（三）工作计量器具l普通计量器具，用于日常的测量工作，而不是用于检定或校准工作的计量器具。l数量巨大，占计量器具的绝大多数。l计量器具属于计量标准还是属于工作计量器具，仅仅取决于使用目的。l工作计量器具要定期进行检定或校准。l贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境 监测的计量器具属于强制检定的计量器具。l强制检定带有强制性的政府执法行为，不允许有任何变通或违反。计量器具的量值传递系统 三、计量器具的计量特性标称值、量程、示值范围和测量范围；计量准确度；计量灵敏度和灵敏阈；稳定度；分辨率与作用速度。从计量器具的特性看，选用计量器具的要点是：l首先考虑计量器具的计量特性，既满足要求，又不宜过高；l考虑使用条件（包括正常工作条件、额定使用条件、极限工作条件等）；l考虑购置时的经济性、运行成本和安装、运行、维修等。计量器具的选用计量器具的选用4.2 计量器具的结构和组成计量对象输入部分中间变换部分输出部分观察者一、计量器具的输入部分1、传感器：感器：实现将被将被测量量转换为电量以利于后量以利于后续处理的功能器件。理的功能器件。l对系统的功能起着决定性作用，准确度愈高，系统对传感器的依赖性越大。l常用传感器：电传感器、磁传感器、位移传感器、压力传感器、振动传感器、声学传感器、速度传感器、加速度传感器、流量传感器、温度传感器、气体传感器等等。2、测量变换器：把来自传感器的电阻、电容、电感等量的变化，变成电流或电压的变化。l电流互感器、测量电桥、调制解调器、电动/气动变换器等。l测量电桥应用极为广泛。二、计量器具的中间转换部分1、滤波l根据所处理信号的不同，分模拟和数字滤波l根据通过滤波器的频率范围分高通、低通和带通。l根据电路组成滤波器可分LC无源滤波器、RC无源滤波器、RC有源滤波器、由特殊元件构成的无源滤波器。l软件滤波2、测量信号的放大l信号放大电路是为了将微弱的信号放大到足以进行各种转换处理，或推动指示器、记录器以及各种控制机构。l分立元件的放大电路、运用集成放大器的放大电路l运算放大器广泛应用，用来实现测量信号的组合和运算3、测量信号的调制解调l信号调制：给测量信号赋予一定特征，用调制信号去控制载波信号，让后者的某一参数按前者的值变化l常以一个高频正弦信号作为载波信号，具有幅值、频率、相位三个参数，对其调制分别称为调幅、调频和调相。l用脉冲信号作为载波信号，最常见的对脉冲的宽度进行调制，称为脉冲调宽l解调：从已经调制的信号中提取反映被测量的测量信号。4、A/D转换与D/A转换lA/D转换：模拟信号转换为数字信号，计算机、单片机能接收的是数字信号。l模数转换器（A/D转换器）,逐次逼近式、积分式、并行式和改进型。lD/A转换:数字信号转换为模拟信号，计算器输出的控制信号反馈给模拟执行机构，如执行电动机等。l数模转换器（D/A转换器）lA/D、D/A有并行和串行，8位、12位、16位。三、计量器具的输出部分l指示器和记录器l记录器：无纸记录仪、笔试记录仪、记忆示波器、打印记录器、静电记录器。照相/摄像记录器、磁性计量器，可以记录表格、字符、数据、图像、音响等l模拟式和数字式指示器4.3 计量器具的管理一、管理的范围和内容计量法、计量法实施细则范围：计量器具的制造、修理、使用、进口和销售。1、制造 凡制造本单位从未生产过的计量器具新产品，属全国范围内从未试制生产过的，必须对样机的设计和计量特性进行全面审查、考核，简称定型鉴定。定型鉴定合格后，经审批颁发证书，简称型式批准。1、计量器具的制造l属本单位从未生产过的，可只对其样机进行性能试验，简称样机试验，样机试验合格后，发给样机试验合格证书。l凡未经型式批准或未取得样机试验合格证书的计量器具，不准生产。l计量器具新产品定型鉴定由国家计量行政部门授权的技术机构进行。l型式批准向当地省级人民政府计量行政部门申请办理。批准的型式经国家计量行政部门审核公布后，作为全国通用的型式。l样机试验由所在地方的省级人民政府计量行政部门授权的技术机构进行。l申请计量器具新产品定型鉴定和样机试验的单位，应提供新产品样机及有关技术文件和资料。一般地，提供的资料中必须有用户提供的试用报告。l负责计量器具新产品定型鉴定和样机试验的单位，对申请单位提供的样机和技术文件、资料有保密的义务。l对企业、事业单位制造、修理计量器具的质量，各有关主管部门应当加强管理，县级以上人民政府计量行政部门有权进行监督检查，包括抽检和监督试验。凡无产品合格印、证，或者经检定不合格的计量器具，不准出厂。计量器具的法制管理制造计量器具制造、修理制造、修理计量器具量器具监督管理督管理办法法 一九九九年二月十四日（制造计量器具管理要点：1、以销售为目的制造列入中华人民共和国依法管理的计量器具目录的计量器具。2、免于申请制造许可证情况。3、申请制造许可证应当具备的条件。4、制造许可证仅对批准的项目有效，对经考核的地址有效，有效期为三年。制造计量器具许可证简要办理程序制造计量器具许可证管理2、修理l对社会开展经营性修理，须办理修理计量器具许可证，可直接向当地县（市）级人民政府计量行政部门申请考核。当地不能考核的，可以向上一级地方人民政府计量行政部门申请考核。经考核合格取得修理计量器具许可证的，方可准予使用国家统一规定的标志和批准营业。l制造、修理计量器具的个体工商户，须在固定的场所从事经营。l考核的内容为：（1）生产设施；（2）出厂检定条件；（3）人员的技术状况；（4）有关技术文件和计量规章制度。3、使用 任何单位和个人不准在工作岗位上使用无检定合格印、证或者超过检定周期以及经检定不合格的计量器具。在教学示范中使用计量器具不受此限。计量检定人员:必须经县级以上人民政府计量行政部门考核合格，并取得计量检定证件。4、销售和进口l外商在中国销售计量器具，须向国务院计量行政部门申请型式批准。进口的计量器具，必须经省级以上人民政府计量行政部门检定合格后，方可销售。l未经国务院计量行政部门批准，不得制造、销售和进口国务院规定废除的非法定计量单位的计量器具和国务院禁止使用的其他计量器具。l县级以上地方人民政府计量行政部门对当地销售的计量器具实施监督检查。凡没有产品合格印、证和制造计量器具许可证标志的计量器具不得销售。l 任何单位和个人不得经营销售残次计量器具零配件，不得使用残次零配件组装和修理计量器具。计量器具的法制管理进口计量器具中中华人民共和国人民共和国进口口计量器具量器具监督管理督管理办法法（1989年10月11日国务院批准，国家技术监督局发布）中中华人民共和国人民共和国进口口计量器具量器具监督管理督管理办法法实施施细则（1996年6月24日，国家技术监督局发布）进口计量器具管理要点：1、进口计量器具，以及外商或者其代理人在中国销售中华人民共和国依法管理的计量器具目录计量器具。2、进口计量器具的型式批准，由外商申请办理。3、列入中华人民共和国依法管理的计量器具目录的进口计量器具，在销售之前必须经省级政府计量行政部门检定。4、用进口零、部件组装的计量器具在国内销售的，应当向制造所在地省级政府计量行政部门申请检定。进口计量器具检定简要程序