仪器计量基础知识.docx
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仪器计量基础知识
第一单绪论
一、计量概述
计量是指实现单位统一、量值准确可靠的活动。
计量学，是关于测量的科学。
计量学涵盖有关测量的理论与实践的各个方面，而不论测量的不确定度如何以及它在什么科学技术领域内进行。
计量的概念起源于商品交换，由于人们生活中最早迫切需要测量长度、容量和重量，所以古代称为“度量衡”。
春秋战国时期，各诸候国各行其是导致量值不统一。
秦始皇统一六国后为了发展经济，颁布了统一度量衡的诏书，在我国开始了计量的法制管理。
计量学的内容来自测量的需要，并随生产的发展、科技的发展和商贸的发展而越来越丰富。
现在，其内容包括：
1）研究计量单位及其基准、标准的建立、复制、保存和使用。
2）研究计量方法和计量器具的计量特性。
3）研究计量方法和计量器具的计量特性。
4）研究计量人员进行计量的能力。
5）研究计量法制和管理。
6）研究有关计量的一切理论和实际问题。
7）基本物理常数，标准物质及材料特性等的准确测定等。
就学科而论，计量学可分为通用计量学、技术计量学、理论计量学、品质计量学、法制计量学、经济计量学。
可以说，一切可计量的量的计量测试，皆属于计量学的范围。
当前，比较成熟和普遍开展的计量科学领域有十二大计量：
几何量（长度）、力学、热工、电磁、电子（无线电）、时间频率、声学、光学、化学（标准物质）、电离辐射、振动转速、气象。
二、计量的特点
1、统一性
这是计量最本质的特征。
计量失去了统一性，也就没有存在的意义。
现在计量的统一性是世界范围的，即不限于国内，且遍及整个国际社会。
国际米制公约（1875年）、国际计量局（1875年）和国际法制计量组织的使命，就是使计量工作在更广的范围实现统一。
2、准确性
所谓准确是指获取得合理的准确度，它同测量结果可重复是共存的。
准确是计量的核心，也是计量权威的象征。
在任何时间、地点、利用任何方法、器具、以及任何人进行的同类测量，其测量结果是可比较的，这才能体现计量保证的作用和价值。
3、社会性
计量涉及到社会生活的各个方面，国民经济的各个部门。
社会生活的各个领域，国际交往以至千家万户的衣食住行等，无不与计量有着密切的关系。
4、法制性
对一个确定的计量范围实施法制管理，是计量的另一个物征。
计量的社会性取决于计量的法制性。
通过立法的贯彻实施来保障计量的社会性、计量的统一性的准确性，否则就成了一句空话。
三、计量的作用与意义
1、计量与科学技术的作用
计量是所有验证的技术基础和重要手段，历史上三次大的技术革命，充分地依靠的计量，同时也促进了计量本身的发展，而计量学的成就，又反过来促进了科技的发展。
2、计量与工农业的作用
现在的社会化大生产已进入了科学阶段，这必须要求有高度的计量保证，可以说计量是科学生产的技术基础，它贯彻到生产的全过程。
3、计量与国防的作用
计量对国防，特别是尖端技术的重要性，尤为突出。
4、计量与日常生活的作用
计量对日常生活的意义是相当明显的，可以说，人的一切活动都与计量有关，只不过自觉可不自觉罢了。
四、计量科技的主要领域----十二大计量
1、几何量：
长度、角度、工程参量等。
2、力学：
质量、密度、力、功、能、流量。
3、热工：
热力学温度、热量、热容、热导率。
4、电磁：
电流、电势、电压、电容、磁通、磁导。
5、电子：
噪声、功率、调制、脉冲、失真、衰减、阻抗、场强等。
6、时间频率：
时间、频率、波长、振幅、阻尼系数。
7、声学：
声压、声速、声功率、声强。
8、光学：
发光强度、光通量、照度、辐射强度、辐射通量、辐射照度等。
9、化学（标准物质）：
物质的量、阿伏伽德罗常数、摩尔质量、渗透压等。
10、电离辐射：
粒子量通量密度、能通量密度、活度、吸收剂量等。
11、振动转速：
振动幅度、振动频率、转速等。
12、气象：
气温、气压、风速、相对湿度等。
第二章计量单位制
一、计量单位与单位制
1、量、量制与量纲
量：
现象、物体可物质的可以定性区别和定量确定的一种属性。
计量学中的量，都是指可以测量的量。
一般意义的量，如长度、温度、电流；特定的量，如果跟木棒的长度、通过某条导线的电流。
可相互比较并按大小排序的量称为同种量，若干同种量合在一起可称为同类量，如功、热、能。
量制：
彼此间存在确定关系的一组量。
即在特定科学领域中的基本量和相应导出量的特定组合。
一个量制可以有不同的单位制。
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。
2、计量单位与单位制
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。
同类量的量纲必然相同，但相同量纲的量未必同类。
单位制：
为给定量制按规则确定的一组基本单位和导出单位。
二、国际单位制
国际单位制是1960年第十一届国际计量大会（CGPM）通过，并用符号“SI”表示。
由于SI的全部导出单位均为一贯计量单位制。
1、国际单位制的构成
1、1、SI单位
1、1、1、SI基本单位
SI基本单位共7个，见表1。
表1SI基本单位
量的名称
单位名称
单位符号
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
国际单位单位制基本量定义：
米（m）：
米是光在真空中于（1/299792458）s时间间隔开内所经路径的长度。
千克（kg）：
千克是质量单位，等于国际千克原器的质量。
秒（s）：
秒是与铯—133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192634770个周期的持续时间。
安培（A）：
在真空中，截面积可忽略的两根相距1米的无限长平行圆直导线内通过等量恒定电流时，若导线间相互作用力在每米长度上为2×10牛顿，则每根导线中的电流为1安培。
开尔文（K）：
热力学温度单位开尔文等于水的三相点热力学温度的1/273.16。
摩尔（mol）：
物质的量单位摩尔是一系统的物质的量，该系统中所包括的基本单元数与0.012千克碳-12的原子、分子、离子、电子可其它粒子，也可以是这些粒子的特定组合。
坎德拉（cd）：
发光强度单位坎德拉是一光源在给定方向上发光强度，该光源发出频率为540×10HZ的单色辐射，且在此方向上的辐射强度为1/683瓦特每球面度。
1、1、1、导出单位
SI导出单位是按照一贯性原则，由SI基本单位与辅助单位通过选定的公式而导出的单位，导出单位大体上分为四种，一种是有专门名称和符号的：
另一种是只用基本单位表示的：
还有一种是有专门名称的导出单位和基本单位组合而成的；再一种就是由辅助单位和基本单位可有专门名称的导出单位所组成的。
SI的两个辅助单位弧度和球面度是由长度单位导出的，以前SI将它们单独列为一类，现将它们归为具有专门名称的导出单位一类。
这样，包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位共有21个，见表2。
弧度：
弧度是圆内两条半径之间的平面角，这两条半径在圆周上所截取的弧长与半径相等。
球面度：
球面度是一立体角，其顶点位于球心，而它在球面上所截取的面积等于以球半径为边长的正方形的面积。
1、2、3、SI单位的倍数单位
由SI词头加在SI单位之前构成的单位，就不再称为SI单位，而称为SI单位的倍数单位，或者叫SI单位的十进倍数或分数单位。
应该注意的是，kg是质量单位而不是十进倍数单位。
词头见表3。
2、国际单位制的优越性
国际单位制的优越性有以下几点：
1）严格的统一性；
2）简明性；
3）实用性；
4）澄清了某些量与单位的概念。
表2包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位
量的名称
单位名称
单位符号
其它表示式例
平面角
弧度
rad
立体角
球面度
sr
频率
赫（兹）
Hz
S-1
力、重力
牛（顿）
N
Kg.m/s2
压力、压强、应力
帕（斯卡）
Pa
N/m2
能量、功、热
焦（耳）
J
N.m
功率、辐射通量
瓦（特）
W
J/s
电荷量
库（仑）
℃
A.s
电位、电压、电动势
伏（特）
V
W/A
电容
法（拉）
F
C/V
电阻
欧（姆）
Ω
V/A
电导
西（门子）
S
A/V
磁通量
韦（伯）
Wb
V.s
磁通量密度、磁感应强度
特（斯垃）
T
Wb/m2
电感
亨（利）
H
Wb/A
摄氏温度
摄氏度
C
K
光通量
流（明）
lm
cd.sr
光照度
勒（克斯）
lx
lm/m2
放射性活度
贝可（勒尔）
Bq
s-1
吸收剂量
戈（瑞）
Gy
J/kg
剂量当量
希（沃特）
Sv
J/kg
表3用于构成十进倍数和分数单位的词头
表示因数
词头名称
词头符号
表示因数
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
u
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
三、中华人民共和国法定计量单位
我国的法定计量单位是以国际单位制为基础，根据我国的实际情况，适当地增加了一些其它单位而构成的，见表4。
1、计量单位制的基本单位包括：
1）国际单位制单位；
2）国家选定的非国际单位制单位；
3）由以上单位构成的组合形式的单位。
表4国家选定的非国际单位制单位
序号
量的名称
单位名称
单位符号
1
时间
分
min
（小）时
h
天（日）
d
2
平面角
（角）秒
（”）
（角）分
（’）
度
（°）
3
旋转速度
转每分
r/min
4
长度
海里
nmile
5
速度
节
kn
6
质量
吨
t
原子质量单位
u
7
体积
升
L
8
能
电子伏
eV
9
级差
分贝
dB
10
线密度
特（克斯）
tex
11
面积
公顷
hm2
2、法定计量单位的使用方法
法定计量单位的使用方法见《计量学基础》第二章第三节第三小节。
第三章误差和不确定度
一、测量误差
1、测量误差的定义
测量误差指测量结果与被测量的真值之差。
这正是人们通常理解的绝对误差，表示为：
△X=X-X。
式中X---测量结果；
X0---真值。
绝对误差有大小和符号，其单位与测量结果的单位相同；如三角形的三个内角和的真值为1800，实测结果为1790，则绝对误差为-10，符号为负，说明测量结果小于真值。
不应将绝对误差与误差的绝对值混淆，后者为误差的模。
仅从测量结果与真值之间的误差的数学形式考查，除绝对误差外，还有相对误差、引用误差和分贝误差。
相对误差是测量结果的绝对误差△X与真值X0之比，即：
由于通常真值不能确定，实际上用的是约定真值。
引用误差是指计量器具的示值的绝对误差与器具特定值Xlim（如计量上限值、量程）之比，即：
分贝误差是表示相对误差的另一方式，表示式为：
1）电压量
2）
2．测量误差的分类
一般将误差分为两类，即系统误差和随机误差。
系统误差是指在重复条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均
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