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计量设备和计量基础知识计量设备和计量基础知识基于基于OEDOED发动机公司计量室计量设备学习为主发动机公司计量室计量设备学习为主 计量工：王淼计量设备和计量基础知识l一.计量基础知识l二.计量检测专用设备l三.计量检测常用量具l四.试题学习计量设备和计量基础知识 1.计量基础知识一 基本概念二 计量单位三 测量仪器四 测量结果五 测量误差和测量不确定度计量基础知识 一 基本概念l(一)计量的内容 自然界的一切现象或物质，都是通过一定的“量”来描述和体现的。也就是说，“量是现象、物体或物质可定性区别与定量确定的一种属性”。从广义上说，计量是对“量”的定性分析和定量确认的过程。在相当长的历史时期内，计量的对象主要是物理量。在历史上，计量被称为度量衡，即指长度、容积、质量的测量，所用的器具主要是尺、斗、秤。随着科技、经济和社会的发展，计量的对象逐渐扩展到工程量、化学量、生理量，甚至心理量。与此同时，计量的内容也在不断地扩展和充实，通常可概括为六个方面:(1)计量单位与单位制；(2)计量器具(或测量仪器)，包括实现计量单位的计量基准、计量标准与工作计量器具；(3)量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测；(4)物理常量、材料与物质特性的测定；(5)测量不确定度、数据处理与测量理论及其方法；(6)计量管理，包括计量保证与计量监督等 计量基础知识l(二)计量的分类 计量涉及社会的各个领域。根据其作用与地位，计量可分为科学计量、工程计量和法制计量三类，分别代表计量的基础性、应用性和公益性三个方面。(1)科学计量，是指基础性、探索性、先行性的计量科学研究，它通常采用最新的科技成果来准确定义和实现计量单位，并为最新的科技发展提供可靠的测量基础。(2)工程计量，又称工业计量，是指各种工程、工业、企业中的实用计量。随着产品技术含量提高和复杂性的增大，为保证经济贸易全球化所必需的一致性和互换性，它已成为生产过程控制不可缺少的环节。(3)法制计量，是指由政府或授权机构根据法制、技术和行政的需要进行强制管理的一种社会公用事业，其目的主要是保证与贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测、资源控制、社会管理等有关的测量工作的公正性和可靠性。计量基础知识l(三)计量的特点:(1)准确性是指测量结果与被测量真值的一致程度。由于实际上不存在完全准确无误的测量，因此在给出量值的同时，必须给出适应于应用目的不确定度或可能误差范围。所谓量值的准确性，是在一定的测量不确定度或误差极限或允许误差范围内，测量结果的准确性。(2)一致性是指在统一计量单位的基础上，无论在何时何地采用何种方法，使用何种计量器具，以及由何人测量，只要符合有关的要求，测量结果应在给定的区间内一致。也就是说，测量结果应是可重复、可再现(复现)、可比较的。(3)溯源性是指任何一个测量结果，都能通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，与测量基准联系起来的特性。这种特性使所有的同种量值，都可以按这条比较链通过校准向测量的源头追溯，也就是溯源到同一个测量基准，从而使其准确性和一致性得到技术保证。(4)法制性是指计量必需的法制保障方面的特性。由于计量涉及社会的各个领域，量值的准确可靠不仅依赖于科学技术手段，还要有相应的法律、法规和行政管理的保障。计量基础知识 二、计量的法律和法规 我国现已基本形成由中华人民共和国计量法及其配套的计量行政法规、规章(包括规范性文件)构成的计量法规体系。(一)中华人民共和国计量法 中华人民共和国计量法，简称计量法，是调整计量法律关系的法律规范的总称。自1986年7月1日起施行。计量法是国家管理计量工作的根本法，是实施计量法制监督的最高准则。计量法共6章35条，基本内容包括:(1)计量立法宗旨；(2)调整范围；(3)计量单位制；(4)计量器具管理；(5)计量监督；(6)计量授权；(7)计量认证；(8)计量纠纷的处理；(9)计量法律责任等。制定计量法的目的，是为了保障单位制的统一和量值的准确可靠，从而促进国民经济和科技的发展，为社会主义现代化建设提供计量保证，并保护人民群众的健康和生命、财产的安全，维护消费者利益，以及保护国家的利益不受侵犯。计量基础知识(二)计量法规1.计量行政法规和规范性文件 (1)国务院依据计量法所制定(或批准)的计量行政法规。例如:中华人民共和国计量法实施细则、关于在我国统一实行法定计量单位的命令等。(2)省、直辖市、自治区人大常委会制定的地方计量法规。2.计量规章、规范性文件 (1)国务院计量行政部门制定的各种全国性的单项计量管理办法和技术规范。例如:中华人民共和国计量法条文解释、中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录、中华人民共和国依法管理的计量器具目录、国家计量检定规程等。(2)国务院有关主管部门制定的部门计量管理办法。例如:国防计量监督管理条例、农业部部级质检中心验收和计量认证程序等。(3)县级以上地方人民政府及计量行政部门制定的地方计量管理办法。例如:上海市计量监督管理条例、河北省计量管理条例、南京市计量管理办法等。计量基础知识 三、量值溯源、校准和检定(一)量值溯源体系 通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果值能够与规定的参考标准联系起来的特性，称为量值溯源性。这种特性使所有的同种量值，都可以按这条比较链，通过校准向测量的源头追溯，也就是溯源到同一个计量基准，从而使测量的准确性和一致性得到技术保证。(二)校准 在规定的条件下，为确定测量仪器所指示的量值，或实物量具所代表的量值，与对应的测量标准所复现的量值之间关系的一组操作，称为校准。校准的主要目标：(1)确定示值误差，有时也可确定其是否处于预期的允差范围之内；(2)得出标称值偏差的报告值，并调整测量仪器或对其示值加以修正；(3)给标尺标记赋值或确定其他特性值，或给参考物质的特性赋值；(4)实现溯源性;计量基础知识(三)检定 测量仪器的检定，是指查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和(或)出具检定证书。检定具有法制性，其对象是法制管理范围内的测量仪器。一台检定合格的测量仪器，也就是一台被授予法制特性的测量仪器。鉴于各国管理体制不同，法制计量管理的范围也不同。根据检定的必要程度和我国对其依法管理的形式，可将检定分为强制检定和非强制检定两类。(1)强制检定是指由政府计量行政主管部门所属的法定计量检定机构或授权的计量检定机构，对某些测量仪器实行的一种定点定期的检定。我国规定，用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测四个方面且列入中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录的工作计量器具，属于国家强制检定的管理范围。此外，我国对社会公用计量标准，以及部门和企业、事业单位的各项最高计量标准，也实行强制检定。强制检定的特点，是由政府计量行政部门统管，指定的法定或授权技术机构具体执行，固定检定关系，定点送检；检定周期由执行强检的技术机构按照计量检定规程，结合实际使用情况确定。计量基础知识 (2)非强制检定是指由使用单位自己或委托具有社会公用计量标准或授权的计量检定机构，对强检以外的其他测量仪器依法进行的一种定期检定。其特点是使用单位依法自主管理，自由送检，自求溯源，自行确定检定周期。强制检定与非强制检定均属于法制检定，是我国对测量仪器依法管理的两种形式，都要受法律的约束。不按规定进行周期检定的，要负法律责任。计量检定工作应当按照经济合理的原则，就近就地进行。在检定结果中，必须有合格与否的结论，并出具证书或加盖印记。从事检定工作的人员必须经考核合格，并持有有关计量行政部门颁发的检员证。随着改革开放及经济发展，在强化检定法制性的同时，对大量的非强制检定的测量仪器，为达到统一量值的目的，应以校准为主。过去，一直没有把校准作为实现单位统一和量值准确可靠的主要方式，而常用检定取而代之。这一观念目前正在改变中，校准在量值溯源中的地位已逐步确立。计量基础知识 二 计量单位一、概述 在测量中，人们总是用数值和测量单位的乘积来表示被测量的量值。所谓计量单位，是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。为给定量值按给定规则确定的一组基本单位和导出单位，称为计量单位制。法定计量单位是指由国家法律承认、具有法定地位的计量单位。实行法定计量单位是统一我国计量制度的重要决策。它将彻底结束多种计量单位制在我国并存的现象，并与国际主流相一致。我国计量法规定:“国家采用国际单位制。国际单位制计量单位和国家选定的其他计量单位，为国家法定计量单位。”国际单位制是我国法定计量单位的主体，所有国际单位制单位都是我国的法定计量单位。国家选定的法定计量单位的非国际单位制单位，是我国法定计量单位的重要组成部分，具有与国际单位制单位相同的法定地位。计量基础知识二、法定计量单位的构成 国际单位制是在米制的基础上发展起来的一种一贯单位制，其国际通用符号为SI。它由SI单位(包括SI基本单位、SI导出单位)，以及SI单位的倍数单位(包括SI单位的十进倍数单位和十进分数单位)组成，具有统一性、简明性、实用性、合理性和继承性等特点。SI单位是我国法定计量单位的主体，所有SI单位都是我国的法定计量单位。此外，我国还选用了一些非SI的单位，作为国家法定计量单位。(1)SI基本单位共7个，见表5.2-1；量的名称单位名称单位符号长度质量时间电流热力学温度物质的量发光强度米千克（公斤）秒安【培】开【尔文】摩【尔】坎【德拉】mkgsAKMolcd计量基础知识(2)包括SI辅助单位在内的具有专门名称的SI导出单位共21个，见表；某些SI单位，例如力的SI单位，应写成kgm/s2。这种表示方法显然比较繁琐，不便使用。为了简化单位的表示式，经国际计量大会讨论通过，给它以专门的名称-牛顿，符号为N。类似地，热和能的单位通常用焦耳(J)代替牛顿米(Nm)和kgm2/S2。这些导出单位，称为具有专门名称的SI导出单位。量的名称 SI导出单位名称符号【平面】角立体角频率力压强能量，功，热量功率，辐【射能】通量电荷【量】电压，电动势，电位电容电阻电导磁【通量】磁通密度，磁感应强度电感摄氏温度光通量【光】照度【放射性】活度吸收剂量剂量当量弧度球面度赫【兹】牛帕【斯卡】焦【耳】瓦【特】库【仑】伏【特】法【拉】欧【姆】西【门子】韦【伯】特【斯拉】亨【利】摄氏度流【明】勒【克斯】贝【可】戈【瑞】希【沃特】radsrHzNPaJWCVFSWbTHlmlxBqGySv计量基础知识(3)国家选定的作为法定计量单位的非SI单位共16个，见表。其中10个是国际计量大会同意并用的非SI单位，它们是:时间单位-分、小时、日(天)；平面角单位-度、角分、角秒；体积单位-升；质量单位-吨和原子质量单位；能量单位-电子伏。另外6个，即海里、节、公顷、转每分、分贝、特克斯，则是根据国内外的实际情况选用的。量的单位单位名称单位符号时间分小时日(天)minhd角度分秒。“体积升L(l)质量吨原子质量单位tu旋转速度长度速度能级差线密度面积转每分海里节电子伏分贝特克斯公顷r/minn milekneVdBtexh计量基础知识三 法定计量单位和词头的符号l 法定计量单位和词头的符号，不论拉丁字母或希腊字母，一律用正体。单位符号一般为小写字母，只有单位名称来源于人名时，其符号的第一个字母大写；只有升的符号例外，可以用L。例如:时间单位秒的符号是s，电导单位西门子的符号是S，压力、压强、应力的单位帕斯卡的符号是Pa。l词头符号的字母，当其所表示的因数小于10+6时，一律用小写体；而当大于或等于10+6时，则用大写体。尤其要注意区分词头符号Y(10+24)与y(10-24)，Z(10+21)与z(10-21)，P(10+15)与p(10-12)，M(10+6)与m(10-3)。l单位符号没有复数形式，不得附加任何其他标记或符号来表示量的特性或测量过程的信息。l由两个以上单位相乘构成的组合单位，相乘单位间可用乘点也可不用。但是，单位中文符号相乘时必须用乘点。例如:力矩单位牛顿米的符号为Nm或Nm，但其中文符号仅为牛米。相除的单位符号间用斜线表示或采用负指数。例如:密度单位符号可以是kg/m3或kgm-3，其中文符号可以是千克/米3或千克米-3。单位中分子为1时，只用负数幂。例如:用m-3，而不用1/M3。表示相除的斜线在一个单位中最多只有一条，除非采用括号能澄清其含义。例如:用W/(Km)，而不用W/K/m或W/Km。也可用水平线表示相除。l词头的符号与单位符号之间不得有间隙，也不加相乘的符号。口述单位符号时应使用单位名称而非字母名称。计量基础知识法定计量单位和词头的使用规则l法定计量单位和词头的名称，一般适宜在口述和叙述性文字中使用。而符号可用于一切需要简单明了表示单位的地方，也可用于叙述性文字之中。l单位的名称与符号必须作为一个整体使用，不得拆开。例如:摄氏度的单位符号为，20不得读成或写成摄氏20度或20度，而应读成20摄氏度，写成20。l用词头构成倍数单位时，不得使用重叠词头。例如:不得使用毫微米、微微法拉，等。选用SI 单位的倍数单位，一般应使量的数值处于0.11 000的范围内。例如:1.210-4 N可以写成12kN；1401Pa可以写成1.401kPa。非十进制的单位，不得使用词头构成倍数单位。亿(10-8)、万(10-4)不是词头，只按一般数词使用。只通过相乘构成的组合单位，词头通常加在组合单位中的第一个单位之前。例如:力矩的单位kNm，不宜写成Nkm。l只通过相除构成或通过乘和除构成的组合单位，词头通常加在分子中的第一个单位之前，分母中一般不用词头。例如:摩尔内能单位kJ/mol，不宜写成J/mmol。但质量的SI单位kg不作为有词头的单位对待。例如:比授能的单位可以写成J/kg。当组合单位分母是长度、面积和体积单位时，按习惯和方便，分母中可以选用词头构成倍数单位。例如:密度的单位可以选g/cm3。计量基础知识 三 测量仪器l一、概述 l(一)测量仪器的分类l单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具，称为测量仪器，又称计量器具。其中，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测量仪器称之为实物量具，简称量具，例如:砝码、量块、标准电阻线圈、标准信号发生器、标准硬度块、参考物质等。l测量仪器按其结构和功能特点可分为四种:l(1)显示式测量仪器，又称为指示式测量仪器，它能直接或间接显示出被测量的示值。例如:转速计、温度计、密度计、弹簧式压力表、千分尺、电流表、功率表、频率计等。这类测量仪器按其给出示值的形式，又分为模拟式、数字式和记录式三种。l(2)比较式测量仪器，它能使被测量与标准量具相互比较。例如:天平、长度比较仪、电位差计、光度计、测量电桥等。l(3)积分式测量仪器，它通过一个量对另一个量的积分来确定被测量值。例如:家庭用的电能表，测量的是在两次付费时刻之间的一段时间内，所耗用的电功率对时间的积分。l(4)累积式测量仪器，它通过对来自一个或多个源中，同时或依次得到的被测量的部分值求和，来确定被测量值。例如:累积式皮带秤，是通过累积器根据称重和位移传感器提供的信息，对皮带测量段上每次称得的各分量负荷进行累加求和，并通过累积指示器显示累积值。另外还有电子轨道衡、总加式电功率表等。计量基础知识l按其计量学用途或在统一单位量值中的作用，测量仪器可分为测量基准、测量标准和工作用测量仪器三种。l(二)测量设备l测量设备是为实现测量过程所必须的测量仪器、软件、测量标准、标准物质及辅助设备的组合。测量设备不仅包含一般的测量仪器，而且包括各等级的测量标准，各类参考物质和实物量具，与测量设备连接的各种辅助设备，以及进行测量所必须的软件和资料。辅助设备主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备，以及作为检验手段用的工具、工装、定位器、模具等。辅助设备有时会直接影响测量的准确可靠程度。进行测量所必须的软件和资料，是指设备使用说明书、作业指导书以及有关测量程序文件等软件，当然也包括一些测量仪器本身的控制和测量程序。没有这些资料和软件，也不能给出准确可靠的数据。总之，测量设备是对测量所包括的硬件和软件的统称，对测量设备进行控制，是企业质量管理的重要内容。计量基础知识l二、测量仪器的计量特性 l测量仪器的计量特性是指其影响测量结果的一些明显特征，其中包括测量范围、偏移、重复性、稳定性、分辨力、鉴别力阈和示值误差等。为了达到测量的预定要求，测量仪器必须具有符合规范要求的计量学特性。l确定测量仪器的特性，并签发关于其法定地位的官方文件，称为测量仪器控制。这种控制可包括对测量仪器的下列运作中的一项、两项或三项:l-型式批准；l-检定；l-检验。l这些工作的目的是要确定测量仪器的特性是否符合相关技术法规中规定的要求。型式批准是由政府计量行政部门做出的承认测量仪器的型式符合法定要求的决定。l检定是查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，它包括检查、加标记和(或)出具检定证书。l 检验是对使用中测量仪器进行监督的重要手段，其内容包括检查测量仪器的检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后测量仪器是否遭到明显改动，以及其误差是否超过使用中最大允许误差等。计量基础知识l(一)标称范围、量程和测量范围l测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围，称为标称范围。标称范围通常以被测量的单位表示，而不管标尺上所标的单位是什么。例如:一台万用表，把操纵器件调到10一挡，其标尺上、下限的数码为010，则其标称范围为(0100)V。标称范围一般用上限和下限说明，例如:(100200)。当下限(即最小值)为零时，标称范围一般只用其上限(即最大值)来表示，例如:(0100)v的电压表，其标称范围可表示为100V。l标称范围的上限与下限之差的绝对值，称为量程。例如:某温度计的标称范围为(-3080)，则其量程为|80-(-30)|=110；某电压表的标称范围为100V，则其量程为|100-0|V=100V。l测量范围，也称为工作范围，是指测量仪器的误差处于规定的极限范围内的被测量的示值范围。在这一规定的测量范围内使用，测量仪器的示值误差必处在允许极限内；而若超出测量范围使用，示值误差就将超出允许极限。计量基础知识l(二)额定操作条件、极限条件和参考条件l额定操作条件是指测量仪器的正常工作条件，也就是使测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。例如:工作压力表测量范围的上限为10MPa，则压力的最大值只能加到10MPa；额定电流为10A的电能表，其输入电流不得超过10A。只有满足这些条件，才能保证测量结果的准确性和可靠性。l测量仪器的规定计量特性不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件下运行所能承受的极端条件，称为极限条件。极限条件应规定被测量和影响量的极限值。例如:有些测量仪器可以进行测量上限之上10%的超载试验，l参考条件是指测量仪器在性能试验或进行检定、校准、比对时的使用条件，即标准工作条件，或称为标准条件。计量基础知识l(三)示值误差和最大允许误差l示值就是由测量仪器所指示的被测量值。测量仪器的示值误差是测量仪器示值与对应的输入量的真值之差，它是测量仪器最主要的计量特性之一，本质上反映了测量仪器准确度的大小，即测量仪器给出接近于真值的响应的能力。示值误差大，则其准确度低；示值误差小，则其准确度高。l示值误差是相对真值而言的，指示式测量仪器的示值误差=示值-实际值，实物量具的示值误差=标称值-实际值。l例如:被检电流表的示值I为40A时，用标准电流表检定，其电流实际值为I0=39A，则示值40A的误差为:l=I-I0=(40-39)A=1A 即该电流表的示值比其约定真值大1A。l测量仪器示值误差，通常简称为测量仪器的误差。l对给定的测量仪器，由规范、规程等所允许的误差极限值，称为测量仪器的最大允许误差。通常可简写为mpe，有时也称为测量仪器的允许误差限。l示值误差和最大允许误差均是对测量仪器本身而言的。最大允许误差是指技术规范所规定的允许的误差极限值，它是一个判定测量仪器合格与否的规定的要求；而示值误差则是指测量仪器某一示值的误差的实际大小，它是通过检定、校准所得到的一个值或一组值，用以评价测量仪器是否满足最大允许误差的要求。计量基础知识l(四)灵敏度l测量仪器响应的变化除以对应的激励变化，称为灵敏度。它反映测量仪器被测量(输入)变化引起仪器示值(输出)变化的程度，用被观察变量的增量(即响应或输出量)与相应被测量的增量(即激励或输入量)之商来表示。如果被测量变化很小，而引起的示值改变(输出量)很大，则该测量仪器的灵敏度很高。l灵敏度是测量仪器重要的计量特性之一，其值应与测量目的相适应，并不是越高越好。例如:为了方便读数，及时地使示值稳定下来，有时还需要施加阻尼，特意降低灵敏度。l(五)分辨力l显示装置能有效辨别的最小的示值差，称为显示装置的分辨力，或简称为分辨力。它是指显示装置中对其最小示值的辨别能力。模拟式显示装置的分辨力，通常为标尺分度值的一半，即用肉眼可以分辨到一个分度值的1/2；当然也可以采取其他工具，例如放大镜、读数望远镜等来提高分辨力。l对于数字式显示装置，其分辨力为末位数字的一个数码。对半数字式的显示装置，其分辨力为末位数字的一个分度。显然，分辨力高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起的对测量结果的影响。计量基础知识l(六)稳定性和漂移l稳定性通常是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。稳定性通常用以下两种方式定量地表征:l(1)计量特性变化某个规定的量所经历的时间；l(2)计量特性经过规定的时间所发生的变化量。l例如:标准电池对其长期稳定性(电动势的年变化幅度)和短期稳定性(电动势在35天内的变化幅度)，分别提出了明确的要求；量块的稳定性，则以规定长度每年的允许最大变化量(微米/年)进行考核。l测量仪器产生不稳定的因素很多，主要原因是元器件的老化、零部件的磨损，以及使用、储存、维护工作不细致等所致。对测量仪器进行周期检定或定期校准，就是对其稳定性的一种考核。l漂移是测量仪器计量特性的慢变化。它反映了在规定的条件下，测量仪器计量特性随时间的慢变化，诸如在几分钟、几十分钟或几小时内，保持其计量特性恒定的能力。例如:测量仪器在规定时间内的零点漂移，线性测量仪器静态特性随时间变化的量程漂移。l漂移往往是由于温度、压力、湿度等外界变化所致，或由于仪器本身性能的不稳定所致。测量仪器使用前采取预热、预先在实验室内放置一段时间与室温等温，就是减少漂移的一些措施。计量基础知识 四 测量结果l一 测量准确度(Accuracy)l通过测量所得到的被测量的值，称为测量结果。测量准确度是指测量结果与被测量真值之间的一致程度。l通常认为，测量准确度是一个定性的概念，不宜将其定量化。我们可以说准确度高低、准确度等级或准确度符合标准等，而不宜将准确度与数字直接相连，例如:准确度为025%、16mg或16mg等说法是错的。l在实际工作中，有些情况下约定真值的含义是明确的，例如:当测量仪器接受高等级的测量标准对其进行检定或校准时，该测量标准器所复现的量值即为约定真值，这时，测量准确度可以用测量结果对约定真值的偏移来估计。l二 测量精密度(PrEcision)l测量精密度是指在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。不要用术语精密度来表示准确度，因为前者仅反映分散性，即指随机效应所致的测量结果的不可重复性或不可再现性；而后者则是指在随机效应和系统效应的综合作用下，测量结果与真值的不一致。计量基础知识l三 测量重复性(Repeatability)l在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性，称为测量结果的重复性。这些条件称为重复性条件，包括:(1)相同的测量程序；(2)相同的观测者；(3)在相同的条件下使用相同的测量仪器；(4)相同的地点；(5)在短时间内重复测量。换言之，就是在尽量相同的程序、人员、仪器、环境等条件下，以及尽量短的时间间隔内完成重复测量任务。上述定义中的“一致性”是定量的，可以用重复条件下对同一量进行多次测量所得结果的分散性来表示。而最为常用的表示分散性的量，就是实验标准差。l四 测量再现性(Reproducibility)l在改变了的测量条件下，对同一被测量的测量结果之间的一致性，称为测量结果的再现性。再现性又称为复现性、重现性。在给出再现性时，应详细地说明测量条件改变的情况，可以改变其中一项、多项或全部。同测量重复性一样，这里的“一致性”也是定量的，可以用再现性条件下对同一量进行重复测量所得结果的分散性来表示，例如用再现性标准差来表示。l测量结果重复性和再现性的区别是显而易见的。虽然都是指同一被测量的测量结果之间的一致性，但其前提不同。重复性是在测量条件保持不变的情况下，连续多次测量结果之间的一致性；而再现性则是指在测量条件改变了的情况下，测量结果之间的一致性。计量基础知识 五 测量误差和测量不确定度 一 测量误差l测量结果减去被测量的真值所得的差，称为测量误差，简称误差。测量结果是人们认识的结果，不仅与量的本身有关，而且与测量程序、测量仪器、测量环境以及测量人员等有关。真值从本质上说是不能确定的。但在实践中，对于给定的目的，并不一定需要获得特定量的真值，而只需要与真值足够接近的值。这样的值就是约定真值，对于给定的目的可用它代替真值。例如:可以将通过校准或检定得出的某特定量的值，或由更高准确度等级的测量仪器测得的值，或多次测量的结果所确定的值，作为该量的约定真值。l测量结果的误差往往是由若干个分量组成的，这些分量按其特性可分为随机误差与系统误差两大类，任意一个误差，均可分解为系统误差和随机误差的代数和，即可用下式表示:l误差=测量结果-真值=(测量结果-总体均值)+(总体均值-真值)=随机误差+系统误差l测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得的结果的平均值之差，称为随机误差。l 在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差，称为系统误差。计量基础知识l二 测量结果修正l对系统误差尚未进行修正的测量结果，称为未修正结果。当由测量仪器获得的只是单个示值时，该示值通常是未修正结果；而当获得几个示值时，未修正结果通常由这几个示值的算术平均值求得。l例如:用某尺测量圆柱直径，单次观测所得的示值为14.7mm，则该测得值是未修正结果。如果进行10次测量，所得的示值分别为14.9、14.6、14.8、14.6、14.9、14.7、14.7、14.8、14.9、14.8(mm)，则该测量列的未修正结果为其算术平均值，即(14.9+14.6+14.8)/10=14.7714.8(mm)。l对系统误差进行修正后的测量结果，称为已修正结果。用代数方法与未修正测量结果相加，以补偿其系统误差的值，称为修正值。在上述例子中，若该尺经量块检定，其修正值为-0.1mm，则单次测量的已修正结果为(14.7-0.1)mm=14.6mm；而10次测量的已修正结果为(14.8-0.1)mm=14.7mm。l修正值等于负的系统误差，也就是说，加上某个修正值就像扣掉某个系统误差，其效果是一样的。即:l真值=测量结果+修正值=测量结果-误差l需要强调指出的是:系统误差可以用适当的修正值来估计并予以补偿，但这种补偿是不完全的，也即修正值本身就含有不确定度。当测量结果以代数和的方式与修正值相加之后，其系统误差的绝对值会比修正前的小，但不可能为零，计量基础知识l三 测量不确定度 l表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数，称为测量不确定度。从词义上理解，不确定度即怀疑或不肯定，因此，广义上说，测量不确定度意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度。实际上，由于测量不完善和人们认识的不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域内的多个值。虽然客观存在的系统误差是一个相对确定的值，但由于我们无法完全认知或掌握它，而只能认为它是以某种概率分布于某区域内的，且这种概率分布本身也具有分散性。测量不确定度正是一个说明被测量之值分散性的参数，测量结果的不确定度反映了人们在对被测量值准确认识方面的不足。l不要把误差与不确定度混为一谈。测量不确定度表明赋予被测量之值的分散性，是通过对测量过程的分析和评定得出的一个区间。测量误差则是表明测量结果偏离真值的差值。经过修正的测量结果可能非常接近于真值(即误差很小)，但由于认识不足，人们赋予它的值却落在一个较大区间内(即测量不确定度较大)。l为了表征赋予被测量之值的分散性，测量不确定度往往用标准差表示。在实际使用中，由于人们往往希望知道测量结果的置信区间，因此测量不确定度也可用标准差的倍数或说明了置信水平的区间的半宽表示。为了区分这两种不同的表示方法，分别称它们为标准不确定度和扩展不确定度。计量基础知识l1.标准不确定度l 以标准差表示的测量不确定度，称为标准不确定度，用符号u表示，它不是由测量标准引起的不确定度，而是指不确定度以标准差来表征被测量之值的分散性。l 用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度，称为不确定度的A类评定，有时也称为A类不确定度评定。所得到的相应的标准不确定度称为A类不确定度分量，用符号uA表示。l用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度，称为不确定度的B类评定，有时也称为B类不确定度评定。所得到的相应的标准不确定度称为B类不确定度分量，用符号uB表示 l2.扩展不确定度l用标准差的倍数或说明了置信水平的区间的半宽表示的测量不确定度，称为扩展不确定度，通常用符号U表示。计量检测专用设备计量室现有的11种专用测量设备如下：l1.三坐标测量机l2.表面粗糙度轮廓仪l3.圆柱度仪TR450l4.曲轴凸轮轴综合测量仪Adcole1100l5.光学影像测量仪ScopeCheck322l6.全自动布洛维硬度计综合测量仪Integral2l7.一米测长仪LABCP1000l8.缸孔形貌测量仪Topometerl9.固定式金属分析直读光谱仪SPECTROMAXx计量检测专用设备l1.三坐标测量机l(1).桥式三坐标：德国LEITZ。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：对零件位置误差的检测。l技术指标：长度测量的示值误差 MPEE=0.9+L/350 m，探测误差MPEP=1.0 m ，扫描精度THP(45 sec)=1.9 m计量检测专用设备硬件介绍：桥式三坐标refrence15.9.7操作盘桥式三坐标自动更换架Y轴坐标尺Z轴坐标尺X轴坐标尺计量检测专用设备l(1).桥式三坐标：青岛海克斯康Global。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：对零件位置误差的检测。l技术指标：长度测量最大允许示值误差MPEE=1.9+3.0L/1000m 最大允许探测误差MPEP=1.9mGlobal Performance 09.15.08计量检测专用设备硬件介绍：大理石工作台计算机及测量软件测头和传感器自动更换架光栅标尺标准球计量检测专用设备l三坐标的特点：测量速度快、精度高、可实现空间测量、可用局部特征代替整体特征测量。前面两种三坐标的区别：精度不同、触发传感器不同、测头座不同。测量环境、三坐标编程、三坐标校准、坐标系建立、三坐标维护、读懂工艺图纸、故障处理 三坐标主要对位置误差检测，同时也可评价其他形装和位置公差，计量检测专用设备l二.表面粗糙度轮廓仪l英国泰勒.霍普森有限公司。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：粗糙度,宏观轮廓尺寸,波纹度。l技术指标：X轴绝对测量长度:0-120mm Z轴绝对测量长度:0-700mm 表面粗糙度测量不确定度5（DIN1级，不包括标准样块本身误差）计量检测专用设备l硬件介绍：X向驱动器传感器测头加长杆Z轴驱动螺杆大理石立柱大理石工作台气浮工作台 测头计量检测专用设备主要粗糙度量有：Ra、Rz、Rc。Ra：粗糙度算术平均值Ra是普遍公认的，最常用的粗糙度的国际参数。它是轮廓偏离平均线的算术平均，并且是在一个取样长度lr内定义的。Ra的图形解释从数学意义上,Ra是在取样长度内，轮廓偏离平均线的算术平均值。计量检测专用设备Rc：粗糙度轮廓的平均高度l该参数是在取样长度内，轮廓要素的高度的平均值。峰高的辨别标准是在评估范围内，为最大峰谷值的10%，其间距是取样长度的1%。Rc的图形解释：计量检测专用设备lRz：粗糙度最大峰-谷高度lRz定义了在轮廓取样长度内的最大峰谷高度。(例如，在取样长度内最高的峰和最深的谷间的距离。)lRz的图形解释：计量检测专用设备l三.圆柱度仪TR450l英国泰勒.霍普森有限公司。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：圆度,圆柱度,直线度。l技术指标：最大工件高度:1.000mm(标准)最大测量直径:270mm，最大工件重量:1.000Kg，主轴轴线距立柱的距离：400mm 圆度误差：0.1m(最小二乘圆，1-50UPR滤波，2rpm)计量检测专用设备硬件介绍：工作台操纵盘Z向立柱旋转主轴测头传感器加长杆缸体测杆计量检测专用设备l4.曲轴凸轮轴综合测量仪Adcole1100l英国泰勒.霍普森有限公司。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：圆度,圆柱度,直线度。l技术指标：最大工件高度:1.000mm(标准)最大测量直径:270mm，最大工件重量:1.000Kg，主轴轴线距立柱的距离：400mm 圆度误差：0.1m(最小二乘圆，1-50UPR滤波，2rpm)计量检测专用设备l硬件介绍：测头待测曲轴驱动主轴顶尖计算机控制柜机体计量检测专用设备l5.光学影像测量仪ScopeCheck322l德国WERTH公司。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：基本几何量测量：点、线、圆、弧、角度、高度；组合元素测量：基本几何量组合测量。l技术指标：测量范围：X=300mmY=200mmZ=200mm ，定位速度:150mm/s，加速度：350mm/s ，工作台载重20kgs2.9.最大不确定度（MaximalPermissibleErrorMPE），X轴Y轴Z轴单轴测量精度（1.8+L/200）m，XY平面两维精度（2.2+L/150）m根据国际ISO10360/2及VDI/VDE2617标准，光栅尺分辨率:0.1m 无级变倍，放大倍率19X-217X，光学变倍0.6X-6.8X，三轴伺服电机控制CNC测量模式。计量检测专用设备l6.全自动布洛维硬度计综合测量仪Integral2l意大利AFFRI公司。图片如下：l主要组成部分：机身、计算机、控制柜、软件。l主要检测功能：机加工零件的硬度指标进行测试，可以测量布氏、洛氏、维氏硬度值。l技术指标：分辨率0.1HB/0.1HR/0.1HV ，测试高度500mm 深度170mm ，载荷范围1-250Kgf计量检测专用设备l硬件介绍：触摸显示器测头工作台立柱工件台计量检测专用设备7.一米测长仪LABCP1000 意大利AFFRI公司。图片如下：主要组成部分：机身、计算机、辅助工具、软件。主要检测功能：测量标准或工作用光面环规，光面塞规，螺纹环规，螺纹塞规，校对杆，两点式内径规、卡规等。技术指标：测量范围：外尺寸测量0-1060mm内尺寸测量0.5-905mm 测量系统：整体光栅尺长度1080mm，分辨率0.01/0.1/1m可切换 最大允许误差（0.1L/2000）m（300mm以内）（0.15L/2000）m（300mm以上）,测量重复性0.1m计量检测专用设备硬件介绍：导轨滑动架机身计算机检具台计量检测专用设备8.缸孔形貌测量仪Topometer 德国Hommel公司。图片如下主要检测功能：对缸孔表面的网纹角、缺陷、粗糙度进行测试。技术指标：缸孔直径60-110mm；缸孔深度150mm放大倍数(光学)35.160倍机动缩放固定放大倍数分级可选；光学系统高分辨率显微变焦镜头1/2”CCD照相，粗糙度系统接触式传感器量程100微米分辨率：0.01微米计量检测专用设备计算器待测缸体测头系统缸体的的完整系统测量软件计量检测专用设备应用在研发和现场测试领域的