计量与数据处理课件.ppt

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1、水利工程质量检测员培训水利工程质量检测员培训 第一章第一章第一章第一章 绪论绪论绪论绪论第一节第一节第一节第一节 水利水电工程质量管理水利水电工程质量管理水利水电工程质量管理水利水电工程质量管理一、水利水电工程质量一、水利水电工程质量一、水利水电工程质量一、水利水电工程质量二、水利水电工程质量管理二、水利水电工程质量管理二、水利水电工程质量管理二、水利水电工程质量管理第二节第二节第二节第二节 水利水电工程质量检测水利水电工程质量检测水利水电工程质量检测水利水电工程质量检测一、检测和检验一、检测和检验一、检测和检验一、检测和检验二、质量检测的作用二、质量检测的作用二、质量检测的作用二、质量检测的

2、作用三、水利水电工程质量检测的依据三、水利水电工程质量检测的依据三、水利水电工程质量检测的依据三、水利水电工程质量检测的依据四、水利水电工程质量检测的特点四、水利水电工程质量检测的特点四、水利水电工程质量检测的特点四、水利水电工程质量检测的特点五、质量检测的步骤和要求五、质量检测的步骤和要求五、质量检测的步骤和要求五、质量检测的步骤和要求六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求六、对水利水电工程质量检测单位和检测人员的要求七、影响检测结果准确性的因素七、影响检测结果准确性的因素七、影响检测结果准确

3、性的因素七、影响检测结果准确性的因素第二章第二章 计量与数据处理计量与数据处理水利工程质量检测员培训水利工程质量检测员培训 第一节第一节 术语术语一、量和量值一、量和量值一、量和量值一、量和量值 量是现象、物体或物质可以定性区别和定量确定的属性。量是现象、物体或物质可以定性区别和定量确定的属性。它具有两个特性（它具有两个特性（1）可测；（）可测；（2）可用数学形式表明其物）可用数学形式表明其物理含义。理含义。只能只能定性定性区别，但不能区别，但不能定量定量测定的现象，不能称为量，只能测定的现象，不能称为量，只能叫叫“性质性质”（1 1）一般意义的量：（长度、时间、质量、温）一般意义的量：（长度

4、、时间、质量、温度、电阻、物质的量、浓度）度、电阻、物质的量、浓度）（2 2）特定量：（某根棒的长度，某根导线的电）特定量：（某根棒的长度，某根导线的电阻，某份酒样中乙醇的浓度）阻，某份酒样中乙醇的浓度）1 1（1 1 1 1）同种量：）同种量：）同种量：）同种量：（可相互比较并按大小排序的量）（可相互比较并按大小排序的量）（2 2 2 2）同类量：）同类量：）同类量：）同类量：（若干同种量合在一起可称之为（若干同种量合在一起可称之为同类量，如功、热、能；厚度、周长）同类量，如功、热、能；厚度、周长）2 2量值：由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。例：5.34m，534cm，15kg，1

5、0s，-40 量的大小：不变、客观存在：不变、客观存在量值：随单位的不同而不同：随单位的不同而不同（如（如1m=1000mm，量值只是，量值只是在一定单位下表示其量大小的一种表达形式）在一定单位下表示其量大小的一种表达形式）量的数值：量的纯数部分，即量值与单位的比值。：量的纯数部分，即量值与单位的比值。约定参考标尺的某种特定量（例如莫氏硬度标尺、化学中（例如莫氏硬度标尺、化学中的的pH标尺等）标尺等）二、测量与计量二、测量与计量 测量：以确定量值为目的的一组操作；以确定量值为目的的一组操作；必须有一定的手段和方法；必须有一定的手段和方法；结果均由具有确定单位的量值所表达。结果均由具有确定单位的

6、量值所表达。计量：实现单位实现单位统一统一、量值、量值准确可靠准确可靠的活动。的活动。计量的目的：保证：保证“测量统一测量统一”，保证量值准确可靠和一，保证量值准确可靠和一致。致。三、计量器具三、计量器具 计量器具：单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。计量基准：计量基准：国家基准国家基准：作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具。作为统一全国计量单位量值的最高依据的计量器具。副基准副基准：通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、通过与国家基准比对或校准来确定其量值，并经国家检定、批准的计量器具。批准的计量器具。工作基准工作基准：经

7、与国家基准或副基准校准或比对，并经国家鉴定，实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的计量器具。际用以检定计量标准的计量器具。计量基准由计量标准器具和标准物质两部分组成。计量基准由计量标准器具和标准物质两部分组成。计量标准：计量标准：按国家规定的准确度等级，作为检定依据用按国家规定的准确度等级，作为检定依据用的计量器具或物质。分为计量标准器具和标准物质。的计量器具或物质。分为计量标准器具和标准物质。工作用计量器具：工作用计量器具：不用于检定工作而只用于日常测量不用于检定工作而只用于日常测量的计量器具。的计量器具。四、测量系统与测量设备五、示值范围、测量范围和量程 由

8、计量器具所显示或指示的最低由计量器具所显示或指示的最低值到最高值的范围。值到最高值的范围。示值示值示值示值范围范围范围范围在允许误差限内，计量器具的被在允许误差限内，计量器具的被测量值的范围。测量值的范围。测量测量测量测量范围范围范围范围测量范围上限值和下限值之差。测量范围上限值和下限值之差。量程量程量程量程如光学高温计的示值范围为如光学高温计的示值范围为01400，而其测量范围，而其测量范围为为7001400，量程则为，量程则为1400700700。六、标准物质六、标准物质标标准准物物质质或或参参考考物物质质可可以以是是纯纯的的或或混混合合的的气气体体、液液体体或或固体固体。（1）化学成分标

9、准物质（金属材料、矿物岩石、）化学成分标准物质（金属材料、矿物岩石、建筑材料、环境保护及医药制品等）建筑材料、环境保护及医药制品等）（2）物理特性或物理化学特性标准物质（标准）物理特性或物理化学特性标准物质（标准溶液、粘度标准油、热量用苯甲酸等）溶液、粘度标准油、热量用苯甲酸等）（3）工程技术特性标准物质（纺织品色牢度、）工程技术特性标准物质（纺织品色牢度、标准橡胶、粉末材料粒度、水的浊度等）标准橡胶、粉末材料粒度、水的浊度等）七、测量传感器七、测量传感器 八、实物量具和测量器具实际值八、实物量具和测量器具实际值 九、计量器具的检定九、计量器具的检定 是是查查明明和和确确认认计计量量器器具具是

10、是否否符符合合法法定定要要求求的的程程序序，它它包包括括检检查查、加加标标记记和和（或或）出出具检定证书。具检定证书。注意：对仪器设备、标识量具和标准物质注意：对仪器设备、标识量具和标准物质必须进行（必须进行（A）检定）检定/校准。校准。A 定期定期 B 不定期不定期 十、测量不确定度 测测量量不不确确定定度度：表表示示由由于于测测量量误误差差的的存存在在而而对对被被测测量量值值不不能能肯肯定定的的程程度度，是是指指测测量量结结果果不不能能肯肯定定的误差范围。的误差范围。国际上统一规定以国际上统一规定以表示不确定度的值。表示不确定度的值。作作为为一一个个测测量量结结果果，不不仅仅要要表表示示其

11、其量量值值大大小小，而而且且要要标标出出其其测测量量的的不不确确定定度度，才才能能叫叫一一个个完完整整的的测测量量结结果果，才才能能使使人人们们知知道道其其测测量量结结果果的的准准确确可靠程度。可靠程度。十一、校准与校准测量能力十二、计量单位、法定计量单位、国际单位制法定计量法定计量法定计量法定计量法定计量法定计量单位单位单位单位单位单位国际单位国际单位国际单位国际单位国际单位国际单位制（制（制（制（制（制（SISISISISISI）123计量单位计量单位计量单位计量单位计量单位计量单位 为定量表示同种量的大小而为定量表示同种量的大小而为定量表示同种量的大小而为定量表示同种量的大小而约定的定义

12、和采用的特定量。约定的定义和采用的特定量。约定的定义和采用的特定量。约定的定义和采用的特定量。由国家以法令的形式规定允由国家以法令的形式规定允由国家以法令的形式规定允由国家以法令的形式规定允许使用的计量单位。许使用的计量单位。许使用的计量单位。许使用的计量单位。由国际计量大会（由国际计量大会（由国际计量大会（由国际计量大会（CGPMCGPMCGPMCGPM）采）采）采）采纳和推荐的一种一贯单位制。纳和推荐的一种一贯单位制。纳和推荐的一种一贯单位制。纳和推荐的一种一贯单位制。十三、溯源等级图与国家溯源等级图 溯源等级图：指一种代表溯源等级图：指一种代表等级顺序等级顺序的框图，用以的框图，用以表明

13、计量器具的表明计量器具的计量计量特性与给定量的基准之间的特性与给定量的基准之间的关系。关系。国家溯源等级图：（也称国家计量检定系统表）国家溯源等级图：（也称国家计量检定系统表）指在一个国家内，对给定量的计量器具有效的一指在一个国家内，对给定量的计量器具有效的一种溯源等级图，它包括推荐种溯源等级图，它包括推荐(或允许或允许)的比较方法和的比较方法和手段。手段。第二节 计量基础一、计量的内容、分类和特点一、计量的内容、分类和特点 （一）内容（一）内容 （6个方面个方面）（二）分类（二）分类 （三）计量的特点（三）计量的特点 准确性准确性、一致性、一致性、溯源性、溯源性、法制性、法制性二、计量的发展

14、二、计量的发展 计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量是实现单位统一和量值准确可靠的测量。计量与测试不同，测试是具有试验性质的测量，也可理计量与测试不同，测试是具有试验性质的测量，也可理解为测量和试验的综合，它具有探索、分析、研究和试验的解为测量和试验的综合，它具有探索、分析、研究和试验的特征。特征。计量根据其对象主要可分为物理计量、化学计量、工程计量根据其对象主要可分为物理计量、化学计量、工程计量、生物计量等。计量、生物计量等。计量的发展阶段：古典阶段、近代阶段、现代阶段计量的发展阶段：古典阶段、近代阶段、现代阶段 三、计量科技的主要领域三、计量科技的主要领域共十二大领域：几何量共十二

15、大领域：几何量、力学、力学、热工、电磁、热工、电磁、电子、时间、电子、时间频率频率、声学、声学、光学、化学、电离辐射、光学、化学、电离辐射、振动、振动 和气象。和气象。四、计量单位制四、计量单位制 量制量制：指彼此间存在确定关系的一组量。量纲量纲：以给定量制中基本量的幂的乘积表示该 量制中某量的表达式，其数字系数为1 计量单位计量单位：指为定量表示同种量的大小而约定的定义和采用的特定量。单位制单位制：为给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。国际单位制是在米制基础上发展起来的国际单位制是在米制基础上发展起来的 ，用符号，用符号SI SI 表示，包括表示，包括 SISI单位、单位、SIS

16、I词头和词头和 SISI单位的十进倍数与分单位的十进倍数与分数单位三部分。数单位三部分。按国际上的规定，国际单位制的按国际上的规定，国际单位制的基本基本单位、单位、辅助辅助单单位、具有专门名称的位、具有专门名称的导出导出单位以及直接由以上单位构成单位以及直接由以上单位构成的的组合形式组合形式的单位的单位(系数为系数为l)l)都称之为都称之为 SISI单位。单位。国际单国际单国际单国际单位制位制位制位制SISISISI SISISISI单位单位单位单位SISISISI导导导导出单位出单位出单位出单位 SISISISI基基基基本单位本单位本单位本单位 SISISISI单位的倍数单位单位的倍数单位单

17、位的倍数单位单位的倍数单位长长 度度质质 量量时时 间间电电 流流热力学温度热力学温度物质的量物质的量发光强度发光强度 米米千克千克秒秒安安培培开开尔文尔文摩摩尔尔坎坎德拉德拉 mkgsAKmolcd SISI基本单位共基本单位共7 7个个 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 SI 导出导出单位共有单位共有21个个，见表，见表2-2。SI单位的倍数、分数单位，见表单位的倍数、分数单位，见表2-3。km是倍数单位，是倍数单位，kg是质量单位而不是倍数单位。是质量单位而不是倍数单位。中国选定的非国际单位制单位，见表中国选定的非国际单位制单位，见表2-4。常出现

18、的一些错误用法常出现的一些错误用法（见讲义中（见讲义中P25法定计量单位的使用规则）法定计量单位的使用规则）比热容单位的符号是比热容单位的符号是 J(kgK)，其单位名称，其单位名称是是“焦耳每千克开尔文焦耳每千克开尔文”而不是而不是“每千克开每千克开尔文焦耳尔文焦耳”或或“焦耳每千克每开尔文焦耳每千克每开尔文”。第三节 数据处理一、算术平均值与最小二乘法原理一、算术平均值与最小二乘法原理 （1）算术平均值）算术平均值 当计量次数当计量次数n 足够大时，系列计量值的算术平均值趋足够大时，系列计量值的算术平均值趋近于真值，并且近于真值，并且n 越大算术平均值越趋近于真值越大算术平均值越趋近于真值

19、 （2）最小二乘法的基本原理最小二乘法的基本原理 在在一一系系列列等等精精度度计计量量的的计计量量值值中中最最佳佳值值，是是使使所所有有计计量值的误差的平方和最小的值量值的误差的平方和最小的值二、有效数字及其运算规则 通通常常是是将将计计量量结结果果最最后后一一位位数数取取至至与与保保留留误误差差数数字字同同一一量量级级；中中间间运运算算的的数数据据可可以以多多取取几几位位，但最终书写结果必须与误差保持同一量级。但最终书写结果必须与误差保持同一量级。在判断有效数字时，要特别注意在判断有效数字时，要特别注意“0”这个数。这个数。0.002740.27410-2，其真值区间为（，其真值区间为（0.

20、27350.2745）10-2，极限误差为，极限误差为0.000510-20.000005，而，而0.00274的极限误差也是的极限误差也是0.000005，去掉前面两个，去掉前面两个0后，极限误差不变。后，极限误差不变。274真值区间为（真值区间为（273.5274.5），极限误差为），极限误差为0.5；274.00真值区间为（真值区间为（273.995274.005），），绝对误差为绝对误差为0.005。0.00340的极限误差为的极限误差为0.5 10-55800和和58 102的极限误差分别为的极限误差分别为0.5和和0.5 102有效数字的运算规则有效数字的运算规则(1)加、减法计算

21、规则加、减法计算规则(2)乘、除计算规则乘、除计算规则(3)开方、乘方计算规则开方、乘方计算规则(4)复合运算规则复合运算规则(5)计算平均值计算平均值(6)对数计算对数计算(7)其它规则其它规则三、数字修约规则（GB/T 8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定）四舍六入四舍六入 五看后面有没有非零的数，有则进一；没有非五看后面有没有非零的数，有则进一；没有非零的数则看前一位，前一位为奇数则进一，前一位零的数则看前一位，前一位为奇数则进一，前一位为偶数则不进。为偶数则不进。（6进进1）（4舍去）舍去）（5后非后非0进进1）（5后都为后都为0，5前为奇数进前为奇数进1）（5后都为后

22、都为0，5前为偶数应舍去）前为偶数应舍去）20.499修约为修约为3位有效数字位有效数字20.4 20.155修约为修约为3位有效数字位有效数字20.1第四节第四节 数据表达方式数据表达方式一、数值表示法一、数值表示法 平均值：平均值：标准偏差：标准偏差：样本标准偏差样本标准偏差 总体标准偏差总体标准偏差 二、图形表示法二、图形表示法 三、列表表示法三、列表表示法第五节第五节 测量误差测量误差一、误差的概念一、误差的概念 绝对误差指计量结果与被计量的量的真值之间的差异。绝对误差指计量结果与被计量的量的真值之间的差异。=X-X0 相对误差是测量结果的绝对误差与真值之比，即相对误差是测量结果的绝对

23、误差与真值之比，即/Xo。误差误差分类分类 设备误差设备误差 、方法误差、方法误差 、环境误差、环境误差 、人员误、人员误差（人为误差）差（人为误差）系统误差系统误差 、随机、随机误差误差 、粗大误差粗大误差从计量测量数据处理需要，按其性质一般将误差从计量测量数据处理需要，按其性质一般将误差分为两类，即分为两类，即系统误差系统误差和和随机误差随机误差。系统误差是指在系统误差是指在重复重复条件下，对同一量进行无限条件下，对同一量进行无限多次计量时，保持固定多次计量时，保持固定不变不变的误差，或在条件的误差，或在条件改改变变时按某一确定规律变化的计量误差分量。系统时按某一确定规律变化的计量误差分量

24、。系统误差决定测量结果的正确程度。误差决定测量结果的正确程度。随机误差：是指测量结果与在随机误差：是指测量结果与在重复重复条件下，对同条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值平均值之之差。随机误差决定计量结果的精密程度。差。随机误差决定计量结果的精密程度。测量结果的正确度、精密度和准确度测量结果的正确度、精密度和准确度 正确度反映了正确度反映了系统误差系统误差的大小，表明计量值与真值的的大小，表明计量值与真值的接近程度。精密度反映计量值接近程度。精密度反映计量值偏移偏移真值大小的程度。准确真值大小的程度。准确度也叫精确度直接表示计量量与真值之差大小

25、的程度。准度也叫精确度直接表示计量量与真值之差大小的程度。准确度是精密度与正确度的综合表达。确度是精密度与正确度的综合表达。正确但不精密 精密但不正确 准确二、测量不确定度二、测量不确定度 表征合理赋予被测量之值的分散性、与测量结表征合理赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数。是说明测量结果不可信程度的一果相联系的参数。是说明测量结果不可信程度的一个参数个参数 以标准差表示的测量不确定度，称为标准不确以标准差表示的测量不确定度，称为标准不确定度。定度。包包括括不不确确定定度度的的A类类评评定定、不不确确定定度度的的B类评定和合成不确定度的评定。类评定和合成不确定度的评定。误差与不确定度

26、的区别（误差与不确定度的区别（见表见表2-72-7）对同一个被测对同一个被测量量不论其测量程序、条不论其测量程序、条件如何，测量结果件如何，测量结果相同相同的，其误差的，其误差相同相同；而在重复性条件下，则而在重复性条件下，则不同不同结果可有结果可有相同相同的不确定度。的不确定度。第六节第六节 数据统计分析数据统计分析一、有限数据的统计处理一、有限数据的统计处理 数据集中趋势的表示数据集中趋势的表示 （1）算术平均值：）算术平均值：（2）中位数：）中位数：数据分散程度的表示数据分散程度的表示 （1）极差极差：（2）平均偏差：）平均偏差：（3）标准偏差：）标准偏差：二、显著性检验二、显著性检验 t检验法和检验法和F检验法检验法 三、离群值的取舍三、离群值的取舍 Q检验法检验法第七节第七节 抽样抽样 一、总体、个体和样本一、总体、个体和样本 二、统计量二、统计量样本均值、样本方差、样本标准差样本均值、样本方差、样本标准差 三、抽样方法三、抽样方法 概率抽样（简单随机抽样概率抽样（简单随机抽样、系统抽样、系统抽样、分层抽、分层抽样样、整群抽样、整群抽样、多阶抽样、多阶抽样）非概率抽样非概率抽样祝各位身体健康！祝各位身体健康！谢谢！谢谢！20232023年年2 2月月2323日日密码：密码：changsha密码：密码：taiyuan张梦宇张梦宇