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计量基础知识
计量基础知识
一、法定计量单位
1、法定计量单位的基本概念
①法律规定：
中华人民共和国计量法明确规定，国家实行法定计量单位制度。
②法定计量单位：
是政府以法令的形式，明确规定采用的计量单位。
③实施时间：
国务院于1984年2月27日发布了“关于在我国统一实行法定计量单位命令”。
④法定计量单位的组成：
国家采用国际单位制计量单位和国家选定的其它计量单位组成我国的法定计量单位。
国际单位制是我国法定计量单位的主体，国际单位制如有变化，我国法定计量单位也将随之变化。
⑤实行法定计量单位的意义：
推行法定计量单位对我国国民经济和文化教育事业的发展，推动科学技术的进步和扩大国际交流都有重要意义。
2、国际单位制的来历和特点
①在人类历史发展的长河中，随着社会和科学技术的进步，逐渐形成了各个国家的古代计量制度。
②法国在1790年建议创立了一种新的、建立在科学基础上的计量制度，随后制定了“米制法”，通过对地球子午线长度的精密测量来确定最初的米原器。
③1875年17个国家在巴黎签署了“米制公约”，成立国际计量委员会（CIPM）并设立国际计量局（BIPM）。
我国于1977年加入米制公约国组织。
④1960年第11届国际计量大会（CGPM）总结了米制经验，将一种科学实用的单位制命名为“国际单位制”，并用符号SI表示。
后经多次修订，现已形成了完整的体系。
⑤一贯计量单位:
由比例因数为1的基本单位幂的乘积来表示的导出计量单位，叫一贯计量单位，而SI的全部导出单位均为一贯计量单位,并与数值方程相一致。
⑥SI是在科技发展中产生的，也将随着科技的发展而不断完善。
由于结构合理、科学简明、方便实用，得到国际上广泛承认和接受，成为科技、经济、文教，卫生等各界的共同语言。
3、SI国际单位制的构成
SI国际单位制的构成如下图：
SI基本单位
SI单位SI辅助单位
SI国际单位制具有专门名称的SI导出单位
SI导出单位
组合形式的导出单位
SI单位词头和由其构成的十进倍数和分数单位
①SI基本单位
要建立一种计量单位,首先要确定基本量,即约定的认为在函数上彼此独立的量。
SI选择了长度、质量、时间、电流、热力学温度、物质的量和发光强度等七个基本量，并给基本量规定了严格的定义。
这些定义体现了现代科技
发展水平，其量值能以高准确度复现出来。
SI基本单位是SI国际单位制的基础，其名称和符号见表一。
表一国际单位制的基本单位
量的名称
单位名称
单位符号
长度
米
m
质量
千克
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
②SI辅助单位：
弧度和球面度是由长度单位导出的，属于SI辅助单位，在某些领域（如光度学和辐射度学）有着重要的应用，可以将它们单独列为一类，象基本单位一样使用，其名称和符号见表二。
表二国际单位制的辅助单位
量的名称
单位名称
单位符号
平面角
弧度
rad
立体角
球面度
sr
③SI导出单位：
SI导出单位是按一贯性原则，通过比例因数为1的量的定义方程式由SI基本单位导出，并由SI基本单位以代数形式表示的单位。
导出单位是组合形式的单位，它们是由两个以上基本单位（或者以“1”作为单位）相乘或相除得来的。
为了读写和实际应用的方便，以及便于区分某些具有相同量纲和表达式的单位，对其中19个导出单位国际上给出了专门的名称，称之为具有专门名称的导出单位，其名称和符号见表三。
表三具有专门名称的SI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
频率
赫［兹］
Hz
1Hz=1s-1
力
牛［顿］
N
1N=1㎏.m/s2
压力、压强、应力
帕［斯卡］
Pa
1Pa=1N/m2
能［量］、功、热量
焦［耳］
J
1J=1N.m
功率、辐［射能］通量
瓦［特］
W
1W=1J/s
电荷［量］
库［伦］
C
1C=1A.s
电压、电动势、电位、（电势）
伏［特］
V
1V=1W/A
电容
法［拉］
F
1F=1C/V
电阻
欧［姆］
Ω
1Ω=1V/A
电导
西［门子］
S
1S=1Ω-1
磁通［量］
韦［伯］
Wb
1Wb=1V.s
磁通［量］密度、磁感应强度
特［斯拉］
T
1T=1Wb/m2
电感
亨［利］
H
1H=1Wb/A
摄氏温度
摄氏度
℃
1℃=1K
光通量
流［明］
lm
1lm=1ea.sr
［光］照度
勒［克斯］
lx
1lx=1lm/m2
［放射性］活度
贝克［勒尔］
Bq
1Bq=1s-1
吸收剂量
戈［瑞］
Gy
1Gy=1J/㎏
剂量当量
希［沃特］
Sv
1Sv=1J/㎏
④SI单位词头：
SI单位词头是构成十进倍数和分数单位的主要组成部分，其名称和符号见表四。
表四SI单位词头
所表示的因数
词头名称
词头符号
所表示的因数
词头名称
词头符号
1024
尧［它］
Y
10-1
分
d
1021
泽［它］
Z
10-2
厘
c
1018
艾［可萨］
E
10-3
毫
m
1015
拍［它］
P
10-6
微
μ
1012
太［拉］
T
10-9
纳［诺］
n
109
吉［咖］
G
10-12
皮［可］
p
106
兆
M
10-15
飞［母拖］
f
103
千
k
10-18
阿［托］
a
102
百
h
10-21
仄［普托］
z
101
十
da
10-24
幺［科托］
y
⑤SI单位的十进倍数和分数单位词头的书写规定和使用规则：
a.相应于因数103（含103）以下的词头符号必须用小写正体；
b.等于或大于因素106的词头符号必须用大写体；
c.词头不能单独使用；
d.词头不能重叠使用；
e.词头千、百、十、分、厘、毫的因数以十进位表示，其余词头的因数以千进位表示（详见表四）；
f.SI单位加上SI词头后两者结合为一整体，其不再称为SI单位，而改称为SI单位的十进位倍数和分数单位。
⑥国家选定的其他法定计量单位：
尽管SI单位制有很大的优越性，但并非十全十美的，在日常生活和一些特殊领域，还有一些广泛使用的、重要的非SI单位尚不能废除，我国选定了若干非SI单位与SI单位一起，作为我国的法定计量单位，它们与SI单位具有同等的法律地位，其名称和符号见表五。
表五国家选定的其他法定计量单位
量的名称
单位名称
单位符号
换算关系和说明
时间
分
［小］时
天（日）
min
h
d
1min=60s
1h=60min=3600s
1d=24h=86400s
平面角
［角］秒
［角］分
度
（＂）
（＇）
（°）
1＂=（π/648000）rad（π为圆周率）
1＇=60＂=（π/10800）rad（π为圆周率）
1°=60＇=（π/180）rad（π为圆周率）
旋转速度
转每分
r/min
1r/min=（1/60）s-1
长度
海里
nmile
1nmile=1852m（只用于航程）
速度
节
kn
1kn=1nmile/h=（1852/3600）m/s（只用于航行）
质量
吨
原子质量单位
t
u
1t=103㎏
1u≈1.660540×10-27㎏
体积
升
L，（l）
1L=1dm3=10-3m3
能
电子伏
eV
1eV≈1.602177×10-19J
级差
分贝
dB
线密度
特［克斯］
tex
1tex=1g/km
面积
公顷
hm2
1h㎡=10000㎡（国际符号为ha）
上表说明：
①[]内的字是在不致混淆的情况下，可以省略的字；
②（）内的字为前者的同义语；
③角度单位度、分、秒的符号不处于数字后时，应加括弧；
④升的符号中，小写字母l为备用符号；
⑤r为“转”的符号；
⑥人民生活和贸易中，质量习惯称为重量；
⑦公里为千米的俗称，符号为km；
⑧104称为万，108称为亿，1012称为万亿，这类数词的使用不受词头名称的影响，但不应与词头混淆。
4、法定计量单位的使用规则
①计量单位的名称，一般是指它的中文名称，用于叙述性文字和口述中，不得用于公式、数据表、图、刻度盘等处。
②m4的名称应为“四次方米”而不是“米四次方”。
用长度单位米的二次方或三次方表示面积或体积时，其单位名称应为“平方米”或“立方米”，否则仍应为“二次方米”或“三次方米”。
③℃-1的名称为“每摄氏度”，而不是“负一次方摄氏度”。
④S-1的名称应为“每秒”。
⑤计量单位的符号分为单位符号（即国际通用符号）和单位的中文符号（即单位名称的简称），后者便于在知识水平不高的场合使用，一般推荐使用单位符号。
十进制单位符号应置于数据之后。
单位符号按其名称或简称读，不得按字母读音。
⑥单位符号一般用正体小写字母书写，但是以人名命名的单位符号，第一个字母必须正体大写。
“升”的符号可用“l”，也可用大写字母“L”。
单位符号后，不得附加任何标记，也没有复数形式。
⑦分子为1的组合单位的符号，一般不用分子式，而用负数幂的形式，如m-1、米-1等。
⑧单位符号中，用斜线表示相除时，分子，分母的符号与斜线处于同一行内。
分母中包含两个以上单位符号时，整个分母应加圆括号，斜线不得多于1条。
如“瓦开尔文米”应表示为“w/（K·m）”或“瓦/（开·米）”，而不能书写为“w/K/m”或“w/K·m”。
⑨单位符号与中文符号不得混合使用。
但是非物理量单位（如台、件、人等），可用汉字与符号构成组合形式单位，如“瓦开尔文米”应表示为“w/（K·m）”或“瓦/（开·米）”，而不能书写为“w/（开·米）”；摄氏度的符号℃可作为中文符号使用，如J／℃可写为焦／℃。
5、SI词头使用方法
①词头的名称应紧接单位的名称，作为一个整体，其间不得插入其他词。
例如：
面积单位“km2”的名称和含义是“平方千米”，而不是“千平方米”。
②仅通过相乘构成的组合单位在加词头时，词头应加在第一个单位之前。
例如：
力矩单位应书写为“k.Nm”，不宜书写为N.km。
③摄氏度和非十进制法定计量单位，不得用SI词头构成倍数和分数单位。
它们参与构成组合单位时，不应放在最前面。
例如：
光通量单位lm.h，不应写为h.lm。
④组合单位的符号中，某单位符号同时又是词头符号，则应尽量将它置于单位符号的右侧。
例如：
力矩单位Nm，不宜写成mN。
温度单位K和时间单位s和h，一般也在右侧。
⑤词头h，da，d，c（即百、十、分、厘）一般只用于某些长度、面积、体积和早已习用的场合，例如cm、dB等。
⑥一般不在组合单位的分子分母中同时使用词头。
例如：
电场强度单位可用MV／m，不宜用kV／mm。
词头加在分子的第一个单位符号前，例如：
热容单位J／K的倍数单位kJ／K。
不应写为J／mK。
同一单位中一般不使用两个以上的词头，但分母中长度、面积和体积单位可以有词头，k也作为例外。
⑦选用词头时，一般应使量的数值处于0．1～1000范围内。
例如：
1401Pa可写成1．401kPa。
⑧万（104）和亿（108）可放在单位符号之前作为数值使用，但不是词头。
十、百、千、十万、百万、千万、十亿、百亿、千亿等中文词，不得放在单位符号前作数值用。
例如：
“3千秒-1”应读作“三每千秒”，而不是“三千每秒”；对“三千每秒”，只能表示为“3000秒-1”。
读音“一百瓦”，应写作“100瓦”或“lOOW”。
⑨计算时，为了方便，建议所有量均用SI单位表示，词头用10的幂代替。
这样，所得结果的单位仍为SI单位。
二、近似值计算
Ⅰ、术语
1、修约间隔
又称为修约区间或化整间隔，它是确定修约保留位数的一种方式。
修约间隔一般以k×10n（k=1，2，5；n为正、负整数）的形式表示。
人们经常将同一k值的修约间隔，简称为“k”间隔。
修约间隔一经确定，修约数只能是修约间隔的整数倍。
例如：
指定修约间隔为0．1（即1×10-1），修约数应在1的整数倍的数中选取，修约数的末位只能是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9等数字；若修约间隔为2×10n，修约数应在2的整数倍的数中选取，修约数的末位只能是0，2，4，6，8等数字；若修约间隔为5X10n，修约数应在5的整数倍的数中选取，则修约数的末位数字必然不是“0”，就是“5”。
2、数值有效位数
数值有效位数的确定方法有以下两种：
①对没有小数位且以若干个零结尾的整数，其有效位数确定时，应以从数值的最左一位非零数字向右数所得到的位数减去无效零（即仅为定位用的零）的个数，即为数值有效位数。
如：
将35000取三位有效位数时，写为350×102，最右两个零为无效零，以×102定位；取两位有效位数时，写为35×103，最右三个零为无效零，以×103定位。
②对其他十进位数（包括整数和带小数），其有效位数确定时，从数值的最左一位非零数字向右数所得到的位数，就是有效位数。
如：
0.32、3.2、0.032、0.0032均为两位有效数字，0.0320为三位有效数字，12.490为五位有效数字，10.00为四位有效位数，35000为五位有效位数。
Ⅱ、数据修约的基本概念
数据修约，是指对某一拟修约数，根据保留数位的要求，将其多余位数的数字按照一定的规则进行取舍，选取一个其值为修约间隔整数倍的数（称为修约数）来代替拟修约数，这一过程称为数据修约，也称为数的化整或数的凑整。
为了简化计算，准确表达测量结果，必须对有关数据进行修约。
1、“四舍六入五单双”法则
本法则适应于修约间隔为1×10n（即“1”间隔）的数据修约。
其具体规定如下：
①在拟舍弃的数字中：
A.第一个数＜5（不含5）时则舍去，保留数末位数值不变；如：
将14.243修约到0.1为14.2。
B.第一个数＞5（不含5）时则进一，保留数末位数值加一；如：
将26.484修约到0.1为26.5。
C.第一个数=5：
a5后面不全为零时则进一，保留数末位数值加一；如：
将1.0501修约到0.1为1.1。
b5后面全为零时：
▲1保留数末位数为奇数值时加一；如：
将0.3500修约到0.1为0.4。
▲2保留数末位数为偶数值（含“0”）时舍去；如：
将1.0500修约到0.1为1.0。
②拟舍弃的数若为两位以上的数，不得连续多次（包括两次）修约。
如：
将14.146修约到0.1，正确修约为14.1；若按14.146→14.15→14.2进行修约，即为连续修约。
③负数修约时，先将它的绝对值按上述规定进行修约，然后在修约值前面加上负号。
2、“25、75分”法则
本法则亦可解读为“25及以下改零，75及以上进一，26、74之间改成五”法则。
适应于修约间隔5×10n（即“5”间隔）的数据修约。
其具体规定如下：
①在拟保留的数字中，其末位连同拟舍弃数字中的首位组合起来≤“25”时，则将拟保留数字中的末位数字改为“0”；如：
将1.25修约到0.5为1.0。
②在拟保留的数字中，其末位连同拟舍弃数字中的首位组合起来≥“75”时，则向拟保留数字中的末位的前位进一，末位数字改为“0”；如：
将1.75、1.92修约到0.5均为2.0。
③在拟保留的数字中，其末位连同拟舍弃数字中的首位组合起来在“26～74”之间时，则将拟保留数字中的末位数字改为“5”；如：
将1.32、1.73修约到0.5均为1.5。
3、有效数字运算规则
①加、减法运算规则
有效数字加、减运算时，所得的和或差的有效数字保留位数，应以小数点后位数最少的一组数字为准。
在进行计算时，参与运算的各值应较小数点后位数最少的一组数多保留一位小数，该位小数的数字由其以右第一位数字按“四舍六入五单双”法则处理后得到。
例：
计算25.25+2.525+0.2525+0.02525
=25.25+2.525+0.252+0.025
=28.052
=28.05
②乘、除法运算规则
有效数字乘、除运算时，所得乘积或商的有效位数，应以百分误差最大或有效位数最少的那一组数为准。
在进行计算时，参与运算的各值应较确定的数位按“四舍六入五单双”法则处理后多保留一位。
所得乘积或商的准确度不应小于精确度最大的那一组数。
例1：
计算12.72×0.045
=12.7×0.045
=0.5715
=0.57
【其中：
12.72的误差为12.72±0.01（是由12.715～12.725修约得来），其百分误差为：
（0.01/12.72）×100%=0.78%。
0.045的误差为0.045±0.001（是由0.0445～0.0454修约得来），其百分误差为：
（0.001/0.045）×100%=2.22%（百分误差最大、有效位数最少）】。
例2：
计算0.001234×0.015
=0.00123×0.015
=0.0000184
=0.000018（或0.18×10-4、1.8×10-5、18×10-6）
③乘方与开方
有效数字乘方、开方运算时，结果的有效位数与原数字的有效位数相同。
工地试验室的要求及管理
依据铁道部《铁路建设项目工程试验室管理标准（TB10442-2009）》要求
一、工地试验室建设的基本规定
1、铁路建设项目工地试验室管理工作应在建设单位统一组织下实施。
2、建设单位可不设工地试验室。
施工单位、监理单位应根据项目规模分别建立工地试验室。
设计单位必要时可进行独立的试验检测工作。
3、铁路建设项目工地试验室应是通过资质认定的母体试验室的派出机构，其试验检测工作应在母体试验室资质认定的范围内开展。
4、工地试验室应配齐与从事试验检测活动相适应的专业技术人员和管理人员，主要人员应稳定.试验人员不得在不同建设项目或同一建设项目的不同试验室
兼职。
5、施工单位与监理单位不得相互共用同一试验室室。
6、试验检测报告批准人应是母体试验室资质认定的授权签字人。
7、工地试验室应建立完善的岗位责任制和各项管理制度。
8、工地试验室应收集、完备与试验检测相关的各种规范、方法、标准，严格按现行标准和设计文件规定的项目和频次进行试验检测，把好原材料、半成品、成品以及实体质量的试验检测关。
9、工地试验室应经建设单位对工作条件确认合格后方可投入使用。
二、建设单位试验管理
1、建设单位应配备专职管理人员，并按以下要求对铁路建设项目工地试验室工作进行全面管理：
①负责制定建设工程项目的试验检测管理、监督和检查等制度。
②检查施工和监理单位试验室工作。
③负责对施工单位中心试验室、预制梁（板）场试验分室、监理单位试验室工作条件的确认，并应在收到书面申请10个工作日内完成。
④贯彻执行国家或行业的现行标准，并负责宣贯、督促施工和监理单位试验室贯彻执行有关新标准。
⑤负责对施工、监理单位委外检验的试验检测的资质审查。
⑥对工程的原材料质量问题进行跟踪处理。
2、建设单位应根据铁路建设项目指导性施工组织设计的安排，提前组织设计单位进行沿线料源调查，对填料、道砟、混凝土骨料等开展试验检测工作，并提出混凝土配合比。
3、建设单位应根据工程规模、特点，对施工单位、监理单位试验室的设置进行指导和审核。
4、建设单位对施工、监理单位工地实验室进行监督、检查的主要内容应包括：
母体试验室资质证书、程序文件、作业指导书，检查项目试验室的操作规程、管理制度、技术标准、人员配备及资格证书、仪器设备检定证书及校准报告、设施环境条件、安全环保措施、记录及报告格式等。
5、建设单位应根据现场检查和工程质量控制状况，及时采取措施，改进和完善施工、监理单位工程试验室检测工作。
6、有以下情况时，建设单位应组织施工和监理单位按确定的抽样数量将样品送至指定的试验室检测：
①施工、监理单位的试验检测结果有争议。
②建设单位对原材料试验结果及工程实体质量有疑义。
三、施工单位工地试验室管理
1、工地试验室设置：
①施工单位工地试验室应按中心试验室和试验分室两级设置。
对规模较小的项目也可只设中心试验室。
中心试验室应是投标时母体试验室的派出机构。
试验分室应是有资质的母体试验室派出机构。
每预制梁（板）场应单独设置试验分室；混凝土拌和站应设专职试验人员和配备必要的设施和设备，以便开展检测工作。
②中心试验室宜设在管段的中部且交通便利的处所；试验分室的管理跨度一般在25km以内。
③各级工地试验室应经建设单位对工作条件确认合格后方可投入使用。
2、工作职责及管理要求：
①中心试验室工作职责及管理应符合下列要求：
▲1按照建设、监理单位的要求，结合工程项目特点，制定详细的试验、检测、过程控制等计划。
▲2按母体试验室程序文件的要求，制定试验室人员的岗位责任制度，建立健全仪器设备管理制度、样品管理制度、试验检测记录管理制度、报告审核签发管理制度、试验检测安全与环保管理制度、档案资料管理制度等。
▲3制定试验室组织机构图、检测流程图以及质量保证体系图。
▲4对试验分室进行管理、检查并提供业务指导。
▲5建立试验检测用标准台帐，并实行动态管理。
▲6制定仪器设备的检定和校准计划，做好仪器设备检定和校准工作，形成台帐。
▲7试验检测项目应在母体试验室资质认定的范围内开展。
▲8参与管段内试桩、路基试验段等工程试验方案的编制，并实施过程监控和确认。
做好地基原位测试工作。
▲9确定委外试验项目，做好委外试验检测机构资质的选择工作。
▲10对原材料、混凝土、路基压实质量等进行抽样检测，对混凝土拌合站施工配合比及称量记录等进行抽查，形成台帐。
▲11负责本室试验检测资料的归档管理。
▲12组织本项目试验人员的业务培训工作。
▲13按建设、监理单位的要求，及时上报各种资料。
▲14建立不合格品台帐，并记录不合格品的处置情况。
②试验分室工作职责及管理应符合下列要求：
▲1负责本室试验检测资料的归档管理。
接受中心试验室的管理和业务指导。
▲2按检定和校准计划，做好仪器设备检定和校准工作。
▲3建立试验检测用标准台帐，并实行动态管理。
▲4试验检测项目应在母体试验室资质认定的范围内开展。
▲5按照铁路工程施工质量验收标准和相应规范的规定，对需要送检的项目进行取样和送检，并做好记录。
▲6负责本管段范围内全部试验检测资料的归档管理。
▲7建立不合格品台帐，并记录不合格品的处置情况。
③预制梁（板）场试验分室工作职责及管理应符合下列要求：
▲1接受中心试验室的管理和业务指导。
▲2按照建设、监理单位的要求，结合工程项目特点，制定本试验室详细的试验、检测、过程控制等管理办法、岗位责任制、作业指导书等。
▲3按检定和校准计划，做好仪器设备的校准工作。
▲4建立试验检测用标准台帐，实行动态管理。
▲5试验检测项目应在母体试验室资质认定的范围内开展。
▲6负责本场全部试验检测资料的归档管理。
▲7建立不合格品台帐，并记录不合格品的处置情况。
④混凝土拌和站试验工作应满足下列要求：
▲1接受中心试验室和试验分室
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