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计量基础
1.计量基础知识
1．1计量学分类
目前，在我国按专业可分为：
长度（几何量）计量、力学计量、热工计量、电磁计量、无线电计量、时间频率计量、声学计量、光学计量、化学计量和电离辐射计量。
即所谓的十大计量。
1．2计量的定义及特点
1．2．1计量的定义
为实现单位统一、量值准确可靠的活动。
国际上没有对计量的定义，只有“测量（measurment）”和“计量学（metrolgy）”的定义。
（测量－以确定量值为目的的一组操作。
计量学－关于测量的科学。
）（计量在企业的作用以及和检测的区别）
1．2．2计量的特点
1．2．2．1准确性
准确性是计量的基本特点。
只有量值，而没有准确程度的结果不是计量（测量）结果。
也就是说，计量（测量）结果不但要给出被测量的量值，还应给出测量准确度（和测量不确定度），否则，计量（测量）结果是没有意义的。
1．2．2．2一致性
无论在任何时间、任何地点、采用任何方法、任何器具，以及任何人进行测量只要符合计量要求的条件，计量结果就应在给定的误差范围内一致。
这样就可以实现国际互认，免去大量的重复测量，从而节约大量的人力物力和时间。
1．2．2．3法制性
计量的社会性（涉及各行各业，方方面面）要求法制保障。
确保量值统一，不仅要靠技术手段，而且要有法律手段。
不但要有法律法规，还要有相应的机构来保证法律法规的执行。
国际上有国际法制计量组织（OIML）各国一般有相应的行政管理机构和法制实验室，美国有国家标准局和55个法制实验室，我国的政府计量行政部门是各级质量技术监督局（国家叫质量监督检验检疫总局），法制实验室叫做“法定计量检定机构”是由政府计量行政部门依法设置或依法授权的。
1．2．2．4溯源性
溯源性的定义：
通过一条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，通常是以国家测量标准或国际测量标准联系起来的特征。
为了保证测量结果的准确可靠，任何量值都必须溯源到国家基准或国际基准或自然常数。
具有溯源性的测量才是有意义的。
1．3计量管理的基本方法
⑴．行政管理的方法
我国长期以来，基本运用行政管理的办法，从国家到地方层层设置政府计量行政部门，自上而下进行计量行政管理。
其优点是容易体现政府的意志，容易实现集中统一。
但横向协作困难，容易造成行政区域分割而治，计量检定机构重复设置，计量标准重复建设，同时管理水平受到各级政府计量行政部门领导人的工作能力的影响，造成地区间的差异。
⑵．法制管理方法
自从我国颁布了《计量法》以来，我国的计量管理逐步转向以法制计量管理方法为主的方法。
法制计量管理的方法是同通过国家制定、发布法律、法规，建立计量执法机构，通过开展计量监督的方法以保证计量管理的有效进行。
其主要特点是法制性强。
⑶．技术管理方法
计量管理是以计量技术为基础，专业性很强的业务管理，运用各种技术管理的方法是必需的。
一般采用下列方法：
1．制定合理的检定系统表，合理的组织量值传递；
2．编制适合的计量检定规程、校准规范；
3．科学的确定检定周期；
4．建立和执行管理技术规范；
⑷．标准化管理方法
标准化管理方法，主要是通过制定各种计量标准、规范对计量检定/检测机构进行管理（这种方法是国际上比较流行的方法），比如：
1990年以前我国采用对企业计量定升级的方法规范企业的计量管理体系。
现在是按照国际通行的做法，采用自愿的原则开展计量体系认证工作（ISO10012），加强计量过程控制，围绕企业提高产品质量，提高经济效益服务）；1996年国家制定《法定计量检定机构考核实施细则》对法定计量检定机构进行了考核，2000年又发布JJF1069-2000《法定计量检定机构考核规范》后来又有2003、2007版本（现行有效版本是JJF1069-2012是2012年3月2日发布6月2日实施的）。
1.4计量检定机构（计量技术机构）
计量检定机构是指从事计量检定的技术机构。
计量检定机构又可分为法定计量检定机构和一般计量检定机构。
法定计量检定机构是由各级政府计量行政部门依法设置的计量检定机构或依法授权的计量检定机构，包括县以上人民府计量行政部门所属的计量检定机构和授权有关部门建立的专业性、区域性计量检定机构（比如：
国家海洋计量站--天津；国家原油大流量计量站--大庆）。
一般计量检定机构是指企事业单位根据工作需要建立的计量检定机构，（比如：
航空航天部的一级计量站、二级计量站；国防部门的区域计量站；企业的建立了计量标准的计量室）两者的法律地位和职责是不一样的。
1.4.1法定计量检定机构的职责
法定计量检定机构的主要职责是：
（1）负责研究建立计量基准、社会公用计量标准；
（2）进行量值传递，执行强制检定和法律规定的其他检定、测试任务；
（3）起草技术法规，为实施计量监督提供技术保证，并承办有关计量监督工作。
1.4.2一般检定机构
企事业单位可以根据本单位的工作需要建立计量检定机构，但所建立的本单位各项最高计量标准，必须经与其主管部门同级的质量技术监督部门考核合格，才能在本单位开展计量检测工作。
各级质量技术监督局按照各自的职责范围，对计量检定机构进行监督管理。
1.4.5计量中介机构
计量中介机构是市场经济的产物，计量中介机构本着科学、公平、公正、公开的原则，对社会开展第三方的计量公正检测、咨询、仲裁服务。
1.4.6其它计量组织
计量测试学会是群众性学术团体，主要开展学术交流等活动。
中国计量测试学会是国际计量技术联合会的成员，并负责国际上的计量学术交流。
计量专业委员会是由国家质量监督检验检疫总局建立的计量技术工作组织，负责制定和修订本专业的技术规范等工作。
重点：
法定计量检定机构
1.类型
1）政府计量行政部门根据本地区的需要，经当地政府部门批准依法设置的；
2）政府计量行政部门根据本地区的需要依法授权的。
2.基本职责
法定计量检定机构实际上是在履行政府职能。
3.JJF1069《法定计量检定机构考核规范》
1）是设置法定计量检定机构的最低要求；
2）是开展工作的依据，根据具体情况不同，依据JJF1069制定《质量手册》、《程序文件》、《作业指导书》等；（分别解释一下）
3）要求“有效运行”，“自我完善”；（2007版专门增加了最高领导层执行手册的承诺）
4）以顾客为关注焦点；
5）质量意识和风险意识；
6）管理体系控制的范围
管理体系控制的范围应包括外来服务的机构。
7）考核
a.以《法定计量检定机构考核规范》、相关法律法规、体系文件为依据的平等原则；
b.符合性考核的原则（寻找符合性证据）；
c.考核组
①没有利益关系；
②为被考核单位保密；（包括考核情况和工作能力情况）
③承担考核风险；
④接受被考核单位和计量行政部门的监督。
发展趋势
现在国际上，检定一般仅仅指强制检定，政府将只控制强制检定。
实施强制检定是法定计量检定机构的主要工作（强制检定的计量器具日本51种；美国45种；我国108种）。
法定计量检定机构开展的其他工作（校准和检测）应推向市场。
我国将逐步开放校准/检测市场，校准/检测市场既没有国界和行政区域的限制（国外、自治区外的任何人都可以进入这个市场），也没有机构性质的限制（外资的、合资的、私人的都可以，比如：
深圳、浙江、天津…），校准/检测市场将是一个公平竞争的市场，在这个市场中不规范的机构，不具备竞争能力的机构将被淘汰出局。
（我国的实验室认可机构是“中国合格评定国家认可委员会”）
从技术的角度看，随着科学技术的发展，传统的计量项目、计量技术和计量手段在减少（比如：
传统仪器正在被数字仪器代替），计量项目、计量技术和计量手段向自动化（利用高科技手段）、专业化（传统的测量手段效率低，专业化的工厂多采用专业测量设备）和专业融合（使用传感器；数字技术；大型综合测量设备等）的方向发展。
国际上的3种趋势
1.超越国境的合作；
·互相竞争
·工作分工
2.国家承担的任务发展方向
·“私有化”
3．“计量意识”提高
·质量要求
·责任风险
2计量器具（测量仪器）
计量器具（也可称测量器具），定义为：
可以单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。
它包括量具、计量仪器仪表、计量装置和标准物质。
量具（实物量具）是指在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器具。
它又可分为独立量具和从属量具两种，前者如尺子、量筒等；后者如砝码、量块等。
计量仪器仪表是将被测量值转换成可直接观察的示值或等效信息的计量器具。
如压力表、水表、天平、温度计等。
计量装置是指为确定被测量值所必须的计量器具和辅助设备的总体。
如出租车计价器检定装置，煤气表检定装置等。
标准物质（有证）是指具有一种或多种准确确定的特性值，用以标准计量器具评价测量或给材料赋值，并附有强制性的检定机构发给证书的物质或材料。
它分为一级和二级两种，如一级标准酸度物质和二级标准酸度物质；一级标准一氧化碳气体和二级标准一氧化碳气体等。
2．1计量器具的分类
从计量性能或在计量检定系统表中的位置及作用，计量器具可以分为计量基准、计量标准、工作用计量具三种。
2.1.1计量基准由国务院计量行政部门负责建立，作为统一全国量值的最高依据，其中国家基准分为国家基准、副基准和工作基准，国家基准用于国际比对，副基准用于和主基准比对，工作基准用于量值传递（溯源）。
2.1.2按国家计量检定系统表规定的准确度等级，用于检定较低等级计量器具或工作计量器具的计量器具叫做计量标准。
社会公用计量标准：
经过政府计量行政部门考核批准，作为统一本地区量值的依据，在社会上实施计量监督具有公证作用的计量标准。
（解决计量纠纷时，是以计量基准或社会公用计量标准仲裁检定后的数据为仲裁依据。
）
2.1.3工作计量器具是用于现场测量而不用于检定的计量器具。
2．2使用计量器具时应注意的问题
要根据工作实际需要正确选用计量器具，包括量程、测量范围、使用条件、测量不确定度等。
在用计量器具必须经检定合格并在有效期内使用。
不准在工作岗位上使用无检定合格印、证或超过检定周期以及经检定不合格的计量器具。
使用计量器具不得破坏其准确度，损害国家和消费者的利益。
属于强制检定的计量器具必须按国家规定送法计量检定机构（包括授权的）实行定点定周期检定。
（定点是指要由政府计量行政部门授权的有资格的法定计量检定机构检定。
《计量授权管理办法》中可以授权部门、企事业单位检定内部的强检计量器具，比如：
压力表。
）
部门和企业使用的最高计量标准器具，以及用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测方面列入强制检定目录的工作计量器具，应当进行强制检定。
未按照规定申请检定或者检定不合格的，企业不得使用。
对于非强制检定的计量器具，企业可以根据计量器具使用的情况自己制定周期（解释一下：
我国以前有过计量定级，把计量器具分成A、B、C类），这样作也符合ISO10012标准的规定。
（ISO10012中称作计量确认间隔）
2．3计量器具的主要特征
2．3．1［测量仪器的］示值
测量仪器给出的量的值。
量：
现象、物体或物质可定性区别和可定量确定的属性。
解释：
可定性区别、可定量确定（可计量的）、属性（事物本身固有的性质）。
注：
“量”可指一般意义上的量或特定量。
一般意义上的量如长度、时间、质量、温度、电阻、物质的浓度等；特定量如某根棒的长度，某根导线的电阻，某份酒样中的乙醇浓度等。
实际上示值就是由测量仪器所指示的被测量的量值。
其具有广义性。
即：
有的测量仪器可以直接读出示值（比如：
数字显示的测量仪器），也有的测量仪器不能直接读出示值，而是要通过换算（比如：
模拟指示的测量仪器）对于实物量具，示值就是它所标出的值。
测量仪器的示值是随着被测量的变化而变化的。
被测量：
作为测量对象的特定量。
2．3．2示值范围
极限示值界限内的一组值。
是指测量仪器的显示装置上最小示值和最大示值的范围。
（可以指示的量值的范围）对于模拟仪表，其示值范围就是其刻度范围。
对于数字显示仪器由数字位数决定。
2．3．3标称值
测量仪器上表明其特征或指导其使用的量值，该值为圆整值或近似值。
比如：
标在标准电阻上的量值：
100Ω；标在单刻度量杯上的量值：
1L。
对于实物量具其标称值是经过圆整后的量值，也就是说是其实际值的近似值。
（举例：
砝码）
量值：
一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。
对于多刻度的量杯、电阻箱等一般取满刻度值作为标称值（或称总标称值），标称值具有广义性，一般来说测量仪器上标注的量值也是标称值的概念。
标称值不随被测量的变化而变化。
标称值和示值的区别：
标称值是标注在测量仪器上表明其特征或指导其使用的量值。
而示值是由测量仪器所指示的被测量的量值。
2．3．4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。
一般情况下用测量仪器的上限表示。
（0～100V可表示为100V）
2．3．5测量范围（工作范围）
测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。
举例：
最大允许误差为±0.3％负荷传感器的标称范围是（0～100）N，由于其标称范围的10％以下的范围其示值误差不能满足最大允许误差的要求，所以其测量范围应该是10N～100N。
测量范围所规定的区间一般是小于标称范围和示值范围的。
示值误差：
测量仪器示值与对应输入量的真值之差。
最大允许误差（允许误差限）：
对于给定的测量仪器，规范、规程所允许的误差极限值。
2．3．6量程
标称范围内两极限之差的模。
在标称范围内上限值减去下限值之差的模。
这里所说的“模”是指上限值和下限值之差的绝对值（不标方向，没有符号）。
如：
－10V～＋10V的标称范围其量程为20V；－30℃～0℃的标称范围其量程为30℃。
标称范围、示值范围、测量范围和量程的区别：
标称范围是对测量仪器整体而言的；示值范围是指测量仪器的显示装置或标尺上所能指示的范围（比如：
标称范围为1000V的直流数字电压表，可能有三个示值范围:
0～200V；0～500V；0～1000V）；测量范围是指示值误差满足规定最大允许误差的量值范围；量程是指标称范围内上限和下限之差的模。
标称范围、示值范围、测量范围强调的都是区间，量程强调的是一个具体的值。
2．3．7额定操作条件
测量仪器的规定计量特征处于给定极限内的使用条件。
额定操作条件是指测量仪器的正常工作条件。
额定操作条件一般要规定被测量和影响量的范围或额定值，只有在规定的范围或额定值下使用测量仪器才能达到规定的计量特征或规定的示值允许误差值。
（比如：
10V的直流电压表，其输入电压不能超过10V直流电压，也不能输入交流电压。
另外对测量仪器要规定工作的环境条件）
影响量：
不是被测量但对测量结果有影响的量。
2．3．8极限条件
测量仪器的规定计量特征不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件运行而能承受的极端条件。
注：
1）．极限条件可包括被测量和影响量的极限值。
（有些测量仪器可以承受10％或20％的过负荷，而不损坏。
考虑到运输和储存有些仪器在超过其规定工作的环境条件试验后仍能正常工作）
2）．贮存、运输和运行的极限条件可以各不相同。
2．3．9参考条件
为测量仪器的性能试验或为测量结果的相互比较而规定的使用条件。
参考条件一般包括作用于测量仪器的影响量的参考值或参考范围。
参考条件是指测量仪器在性能试验、检定、校准或比对时使用的条件。
（实际上就是标准条件）
2．3．10[显示装置的]分辨力
显示装置能有效辨别的最小示值差。
一般模拟式的显示装置的分辨力为一个分度值的1/2（实际可以到1/3，如果采用放大镜或读数望远镜可以提高分辨力）。
对于数字显示装置分辨力为末位数字的一个数码。
2．3．11分度值
对应两相邻标尺标记的两个值之差。
标尺间隔用标在标尺上的单位来表示，与被测量无关。
2．3．12测量仪器的准确度
测量仪器给出接近于真值的响应能力。
响应：
输入测量仪器的信号称激励，测量仪器的输出信号称响应。
测量准确度：
测量结果与被测量真值之间的一致程度。
注：
1．不要用术语精度（精密度）代替准确度。
2．准确度是一个定性概念。
实际中，不用“测量仪器的准确度”，而是用“准确度等级”、“最大允许误差”对测量仪器“准确度水平”进行定量描述（可以用准确度“高、低”来定性描述）。
一般不用“测量不确定度”来描述测量仪器（《计》P19欠妥），但可以理解为：
测量仪器在用上一级标准检定/校准时所复现的的量值的测量不确定度。
2．3．13准确度等级
符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别。
等与级概念不一样，它们是计量器具的主要特性指标之一。
例如：
测量范围至５００mm的千分尺，分为０级与１级。
弹簧管式精密压力表，分为0.25级、0.4级和0.6级。
有些计量器具只按等划分，如标准水银温度计，为分１等、２等。
标准活塞压力计，分为１等、２等、３等。
但有些计量器具既按等又按级分，如量块，分为０－４级，１－６等。
量块的等是指计量准确度，反映其计量性能。
而它的级反映其加工准确度，在使用上是有区别的。
另外电测量仪表、压力表等一般按级划分，比如：
0.5级、0.4级等（表示其最大允许误差为±0.5%和±0.4%）。
（有的是引用误差）
按等使用的计量器具是按其检定证书上给出的实际值使用（或经过修正按其标称值使用）。
若按级使用，就是按该计量器具的标称值使用。
（举例）
2．3．14稳定性
测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。
可分为短期稳定性和长期稳定性。
实际使用时可以定量表达，但是一定有时间的描述。
2．3．15超然性
测量仪器不改变被测量的能力。
（举例：
砝码天平测量质量，超然。
电压表测量电压，不超然）
2．3．16[测量仪器的]重复性
在相同的测量条件下，重复测量同一被测量，测量仪器提供相近示值的能力。
注：
1．这些条件包括：
⑴相同的测量程序；
⑵相同的观测者；
⑶在相同的条件下使用相同的测量设备；
⑷相同地点；
⑸在短时间内重复。
2．重复性可用示值的分散性定量地表示。
[测量结果的]重复性
在相同的测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。
注：
1．这些条件称为重复性条件。
2．重复性条件包括：
⑴相同的测量程序；
⑵相同的观测者；
⑶在相同的条件下使用相同的测量仪器；
⑷相同地点；
⑸在短时间内重复测量。
3．重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。
3国家检定系统、量值传递和量值溯源
3.1国家检定系统
国家对计量基准到计量标准直至工作计量器具的检定程序所做的技术规定称检定系统。
一般用图表结合文字的形式规定了计量检定的程序和国家基准、计量标准和工作计量器具的名称、测量范围、准确度（或测量不确定度或允许误差）和检定方法。
检定系统框图示意：
计量基准
××国家基准
（复现量的范围）
（不确定度）
检定方法
计量标准
一等标准××
（测量范围）
（不确定度或允许误差或准确度等级）
检定方法
二等标准××
（测量范围）
（不确定度或允许误差或准确度等级）
检定方法
工作计量器具
名称
（测量范围）
（允许误差）
名称
（测量范围）
（允许误差）
名称
（测量范围）
（允许误差）
3.2量值传递和溯源
什么叫量值传递？
什么叫量值溯源？
二者的关系是什么？
量值传递指通过计量检定或校准，将国家计量基准所复现的计量单位量值逐级传递给各级计量标准直至工作计量器具的活动。
溯源性指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，通常是国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。
量值传递与量值溯源是同一过程的两种不同的表达。
量值溯源是自上而下逐级溯源；量值传递是自下而上，可以越级传递，但必须确保溯源的链路不能中断。
量值溯源可以通过送检或送校来实现。
量值传递是自上而下的，是政府行为，现在国际上除了强制检定以外，一般实行量值溯源，量值溯源是自下而上的，是市场行为，需要溯源的单位有较大的自主权。
全国计量技术保证体系示意图
量值溯源和传递框图示意：
上级计量标准
××计量基（标）准
（准确度等级或不确定度或最大允许误差）
（单位或部门名称）
检定或校准方法
本单位计量标准
××计量标准
（测量范围）
（准确度等级或不确定度或最大允许误差）
检定或校准方法
工作计量器具
计量器具名称
（测量范围）
（准确度等级或不确定度或最大允许误差）
4计量标准的建立
建立计量标准的依据和条件
（一）建立计量标准的法律法规依据
（1）《中华人民共和国计量法》第六条、第七条、第八条及第九条。
（2）《中华人民共和国计量法实施细则》第七条、第八条、第九条及第十条。
（3）《计量标准考核办法》
（二）建立计量标准的技术依据
（1）国家计量技术规范JJF1033—2008《计量标准考核规范》。
（2）国家计量检定系统表以及相应的计量检定规程或技术规范。
计量标准分为：
1．社会公用计量标准；
2．部门、企（事）业单位的计量标准。
我国采取计量标准考核制度，任何单位或部门建立计量标准（对于部门和企业是最高计量标准）都须事先向政府计量行政部门提出申请，经考核合格，由政府计量行政部门批准后方可开展工作。
对计量标准主要考核以下内容：
（1）计量标准设备配套齐全，技术状况良好，并经主持考核的有关人民政府计量行政部门指定的计量检定机构检定合格；
（2）具有计量标准正常工作所需的温度、湿度、防尘、防震、防腐蚀、防干扰等环境条件和工作场所；（3）计量检定人员应取得所从事的检定项目的计量检定证件；（4）具有完善的管理制度，包括计量标准的保存、维护、使用制度，周期检定制度和技术规范。
（申请计量建标：
本地区最高计量标准和社会公用计量标准，由上一级政府计量行政部门主持考核。
其他等级的由组织建立计量标准的政府计量行政部门主持考核。
向主持考核的计量行政部门申请。
）
4．1计量标准使用的条件
1．计量标准器及主要配套设备检定合格；（解释主要配套设备）
2．具有规定的环境条件；（检定规程的规定）
3．具有有资格的操作人员；（检定员证）
4．具备要求的管理制度。
（JJF1033-2008中是“文件集”）
4．2计量标准的管理
法定计量检定机构对于计量标准的管理应执行JJF1069和JJF1033，企业的计量标准管理执行JJF1033，同时可以根据自身的具体情况参照GB/T19022（ISO10012）进行。
（测量设备的标志管理国家没有统一规定具体方法，自治区内应执行［2003］内质计量发44号文件。
）
4.2.1计量标准管理的变化趋势
（1）《计量法》修订稿对计量标准考核对象与方式
进行了调整：
1）对计量标准考核对象进行了调整：
①社会公用计量标准
②部门最高计量标准
③对社会开展校准的最高计量标准
④执行质量技术监督部门授权强制检定任务的各项计量标准
2）对计量标准器具的溯源方式进行调整：
计量标准器具的溯源方式由强制计量检定调整为计量校准。
4．3计量标准考核的原则和内容一、计量标准考核的原则1．执行考核规范的原则计量标准考核工作必须执行JJF1033—2008《计量标准考核规范》。
2．逐项考评的原则计量标准考核坚持逐项逐条考评的原则，每一项计量标准必须按照JJF1033—2008《计量标准考核规范》规定的六个方面30项内容逐项进行考评。
3．考评员考评的原则计量标准考核实行考评员考评制度。
考评员须经国家或省级质量技术监督部门考核合格，并取得计量标准考评员证，方能从事考评工作，考评员承担的考评项目应当与其所取得
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