计量器具管理及内校实用技术课件.ppt

1、计量器具管理及内校实用技术计量器具管理及内校实用技术日期2011528制作：师艳国1.计量基础知识（P2P10)2.校准-检定-计量确认（P11P15)3.测量不确定度（P16P40)1*计量的定义计量的定义 什么是计量。计量实现单位统一、量值准确可靠的活动。主要包括三个方面 科学技术 进行科学研究、发展计量技术、建立基准、标准，以保证计量结果具有溯源性。法律法规 制定和颁布法律、法规和条例。行政管理 开展计量行政管理，包括计量保证和计量监督。计量有时也当动词用。这时，它与测量同义。2*计量专业*3计量专业相关的应用计量专业相关的应用 长度:涉及波长、刻线量具、光栅、感应器同步器、量块、多面体

2、、角度等具体的测量 热工:对象是在工业生产中热工过程中常用到的温度、压力、真空、流量和物量和物位等 参数 力学:涉及质量、力值、密度、容量、力矩、机械功率、压力、真空、流量以及位移、速度、加速度、硬度等量的测量 电学:涉及的专业范围包括直流和交流的阻抗和电量、精密交直流测量仪器仪表、模数数模转换技术、磁通量、磁性材料和磁记录材料、磁测量仪器仪表以及量子计量等 光学:对象有光源、光探测器、光学介质、光学元件以及光学仪器 声学:研究声压、声强、声强、声功率和响度、听力损失等量的测量 时间频率:用于测量频率值和时间间隔。主要服务领域为通讯、航天、国防、电子、家电、医疗、科研、电视、服务等领域 无线电

3、:包括有关电磁能参数(如电压、电流、功率、电场强度、功率通量密度和噪声功率谱密度)的计量 放射性:指o、8、y、x和中子辐射的有关参数的测量 化学:针对热量、粘度、密度、电导率、浊度等物质化学特性的测量4*计量的特性计量的特性5*计量的分类计量的分类 一.6*计量的分类计量的分类 7*计量的分类计量的分类8*法制计量对我们生活的影响?9*聂荣臻聂荣臻 10*校校 准准 在规定条件下，为确定计量器具所指示的量值与对应的计量标准所复现的量值之间的关系的一组操作 注1校准结果既可给示值赋值，又可确定示值的修正值。注2校准也可确定其他计量特性。注3校准结果通常用校准证书或校准报告来记录。11*检检 定

4、定 国际法制计量组织(OIML)定义为:查明和确认计量器具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。注检定结果出具检定证书12*13*计计 量量 确确 认认 为确保测量设备符合预期使用要求所需的一组操作。注1计量确认通常包括校准和验证、各种必要的调整或维修及随后的再校准、与设备预期使用的计量要求相比较以及所要求的封印和标签。注2只有测量设备已被证实适合于预期使用并形成文件，计量确认才算完成。注3预期使用要求包括测量范围、分辨力、最大允许误差等。14*三者关系的要义 校准 是一项技术工作，不带管理性质。检定 是法制计量中一项工作，法定计量器具是否保持法定特性必须通过检定来确

5、定，它要求通过校准和法定要求的检验提供证据。计量确认是工业计量中一项工作，它要求通过校准提供证据证明是否满足预期用途的要求。法定计量器具通过检定来管理；工业计量器具通过计量确认来管理。15*检定 是法制计量中一项工作，法定计量器具是否保持法定特性必须通过检定来确定，它要求通过校准和法定要求的检验提供证据。允差有两层含义，对测量而言，允差是对指定量量值的限定范围或允许范围。服务性是一项服务工作，因此只有隐含的效益。一般而言，测量数值越多，得到的“真值”的估计值就越好。法律法规 制定和颁布法律、法规和条例。在规定条件下，为确定计量器具所指示的量值与对应的计量标准所复现的量值之间的关系的一组操作其中

6、的一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准偏差表征。不要用术语精密度代替准确度。2.测量不确定度（P16P40)计 量 确 认实现被测量定义的方法不理想；光学:对象有光源、光探测器、光学介质、光学元件以及光学仪器另一个是置信水准（或称置信概率），表明测量结果落在该区间有多大把握。由于各种原因，例如由于环境条件的变化、测量器具没有工作在完全稳定的状态、测量人员的读数误差等，使测量的读数有变化，通常人们通过多次测量并取其读数的算术平均值给出测量结果。当测量值非常平均地散布在最大值和最小值之间的范围内时，就产生了矩形分布或称为均匀分布。这就是正态分布或高斯分布的特征。对模拟式仪器的读数存在

7、人为偏差（偏移）；其中的一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准偏差表征。另一些 分量可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准偏差表征。测量误差测量误差 测量误差定义为 测量结果减去被测量的真值。由于真值不能确定，实际测量中是用“约定真值”代替。测量误差是指示值与约定真值之差。测量误差通常是能够定量评定的量，并可用于对测量值进行修正。但是，对误差的识别及其后的修正不可能完全精确，这种不精确性的本身将会产生测量不确定度。还必须区分误差与错误/疏忽。错误和疏忽既不能量化，也不是测量不确定度的输入量。16*测量误差分类测量误差分类 误差可以分为随机误差和系统误差两类。误差等于随

8、机误差与系统误差之和。测量误差示意图如图1.1所示。被测值为Y，真值为t，第i次测量结果为yi。由于测量误差的存在，测得值（单次测得值yi或测量平均值 y）与真值 t 不能重合。设测量值呈正态分布N(，)，则分布曲线总体均值的位置（即值）决定了系统误差的大小；曲线的形状（随标准偏差而定）决定了随机误差的分布范围k，k，以及其在该范围内取值的概率。17*随机随机 误差误差残差残差系统误差系统误差测得值测得值 y真值真值 k 测得值测得值总体均值总体均值样本样本均值均值测得值概率测得值概率分布曲线分布曲线 k tyiy测量误差示意图测量误差示意图误差误差总体概率分布的期望总体概率分布的期望有限次数

9、测量平均值有限次数测量平均值(总总体均值的一个无偏估计体均值的一个无偏估计)单次测量值单次测量值18*19*20*21*22允允 差差 允差有两层含义，对测量而言，允差是对指定量量值的限定范围或允许范围。典型的例子是零部件特定尺寸的制造允差(最大/最小)，通常规定其能够保证与配件的合适配合。要能够测量这种零部件并保证符合允差，扩展不确定度U就必须小于允差，通常推荐的最小比率为35比1。允差也常用于测量仪器设备，这时是指由仪器设备制造厂调试和检定仪器设备时，仪器设备示值的合格范围。仪器设备的允差是贡献给测量不确定度的一个重要分量。在评定测量不确定度时，了解和解释允差的确切含义和用途是重要的。23

10、*准准 确确 度度 定义测量结果与被测量真值的一致程度。【注】1.不要用术语精密度代替准确度。2.准确度是一个定性的概念。鉴于不可能准确地确定真值的大小，因而定义“准确度”这个术语说明测量结果与被测量的真值的接近程度，所以准确度是一个定性的概念。因而准确度不能量化，也不能作为一个量进行运算。准确度的高低常用误差表示，误差越小，分析结果的准确度越高。24*最佳估值最佳估值多次测量的平均值多次测量的平均值 由于各种原因，例如由于环境条件的变化、测量器具没有工作在完全稳定的状态、测量人员的读数误差等，使测量的读数有变化，通常人们通过多次测量并取其读数的算术平均值给出测量结果。平均值给出的是被测量“真

11、值”的最佳估值。一般而言，测量数值越多，得到的“真值”的估计值就越好。理想的估计值应当用无穷多数值集来求平均值。但是增加读数要做额外的工作，并增大测量成本，且会产生“缩小回报”的效果。什么是合理的次数呢？10次是普遍选择的，因为这能使计算容易。20次读数只比10次给出稍好的估计值，50次只比20次稍好。根据经验通常取610次读数就足够了。25*分散范围分散范围(区间区间)标准偏差标准偏差 在重复测量给出不同结果时，需要了解这些读数分散范围有多宽。测量结果的分散范围告诉了我们关于测量不确定度的情况。通过了解读数分散范围有多大，就能着手判断这次测量或这组测量的质量如何。定量给出分散范围的常见形式是

12、标准偏差。一个数集的标准偏差给出了各个读数与该组读数平均值之差的典型值。根据“经验”，全部读数大概有三分之二（68.27）会落在平均值的正负（）1倍标准偏差范围内，大概有全部读数的95会落在正负2倍标准偏差范围内。虽然这种“尺度”并非普遍适用，但应用广泛。标准偏差的“真值”只能从一组非常大（无穷多）的读数求出。由有限个数的读数所求得的只是标准偏差的估计值，称为实验标准偏差或估计的标准偏差，用符号s表示。26*概率密度概率密度概率概率p=95.45%概率概率p=68.27%等于概率曲线与横坐标围等于概率曲线与横坐标围成的面积成的面积xf(x)整个分布曲线与横坐标围成的面积整个分布曲线与横坐标围成

13、的面积(概率概率)等于等于1概率概率p=99.73%2 3 2 3 正态分布正态分布概率密度函数曲线概率密度函数曲线随机变量随机变量x的取值的取值 ，2 内的概率为内的概率为 p=81.86%27*分布分布数据散布的数据散布的“形状形状”一组数值的散布绘取不同的形式，或称为服从不同的概率分布。（1）正态分布 在一组读数中，较多的读数值靠近平均值，少数读数值离平均值较远。这就是正态分布或高斯分布的特征。（2）均匀分布（矩形分布）当测量值非常平均地散布在最大值和最小值之间的范围内时，就产生了矩形分布或称为均匀分布。（3）其他分布 还有其他分布形状，但较少见，例如三角分布、反余弦分布（U型分布）等。

14、28*不要用术语精密度代替准确度。所以，定义中使用了“合理地”一词。但是增加读数要做额外的工作，并增大测量成本，且会产生“缩小回报”的效果。校准 是一项技术工作，不带管理性质。国际法制计量组织(OIML)定义为:查明和确认计量器具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。统计学可以用来得出各类结论，而这些结论本身并不告诉我们任何关于不确定度的什么。20次读数只比10次给出稍好的估计值，50次只比20次稍好。因为不仅工业，其它生产部门也需计量。可以概括地说，测量不确定度是定量表示对测量结果的怀疑程度，以一个具有置信水准的区间的形式表示，而且不能用不确定度数值来修正测量结果。

15、另一些分量可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准偏差表征”。服务性是一项服务工作，因此只有隐含的效益。20次读数只比10次给出稍好的估计值，50次只比20次稍好。但是，在技术标准/规范/规程的制定过程中，在推荐和选择测量设备/测量标准时，通常都会考虑使仪器设备的最大允许误差为规范允差的1/31/5。不要用术语精密度代替准确度。等于概率曲线与横坐标围成的面积统一性统一单位，统一量值。无线电:包括有关电磁能参数(如电压、电流、功率、电场强度、功率通量密度和噪声功率谱密度)的计量也就是说，测量不确定度评定与评定人员的理论知识和实践经验密切相关。分散性是表示测量结果之间相互不一致程度的一

16、个量，例如重复性、复现性，以及测量不确定度。定义的注3指出，“所有的不确定度分量均贡献给了分散性，包括那些由系统效应引起的（如与修正值和参考测量标准有关的）分量”。计 量 确 认29*测量不确定度概念测量不确定度概念 测量结果的质量 测量给出关于某物的属性，它可以告诉我们某物体有多重，或多长，或多热。测量总是通过某种仪器或器具来实现的，尺子、秒表、称重秤、温度计等都是测量器具。被测量的测量结果通常由两部分组成一个数和一个测量单位。例如人体温度37.2，人体温度是被测量，37.2是数，是单位。对于复杂的测量，通过实际测量获得被测量的测量数据后，通常需要对这些数据进行计算、分析、整理，有时还要将数

17、据归纳成相应的表示式或绘制成表格、曲线等等，亦即要进行数据处理，然后给出测量结果。测量不确定度用于衡量测量结果的质量。30*测量不确定度测量不确定度 测量不确定度定义 测量不确定度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。（对测量结果正确性的怀疑程度）注1.此参数可以是诸如标准偏差或其倍数，或说明了置信 水准的区间的半宽度。2.测量不确定度由多个分量组成。其中的一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准偏差表征。另一些 分量可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准偏差表征。3.测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，而所有的不确定度分量均贡献给了分散性，包括那

18、些由系统效应引起的（如与修正值和参考测量标准有关的）分量。对测量结果正确性的怀疑程度对测量结果正确性的怀疑程度31*测量不确定度测量不确定度 4.不确定度恒为正值。5.不确定度一词指可疑程度，广义而言，测量不确定度定义 为对测量结果正确性的可疑程度。不带形容词的不确定 度用于一般概念，当需要明确某一测量结果的不确定度 时，要适当采用一个形容词，比如合成标准不确定度或扩展不确定度；但不要用随机不确定度和系统不确定度这两个术语，必要时可用随机效应导致的不确定度和系统效应导致的不确定度。32*如何理解不确定度？如何理解不确定度？定义的注1指出，分散性这一“参数”可以是“标准偏差或其倍数”。分散性是表

19、示测量结果之间相互不一致程度的一个量，例如重复性、复现性，以及测量不确定度。定义的注1还指出，测量不确定度是“说明了置信水准的区间的半宽度”。也就是说，测量不确定度需要用两个数来表示一个是测量不确定度的大小，即置信区间；另一个是置信水准（或称置信概率），表明测量结果落在该区间有多大把握。例如上述测量人体温度为37.2或加或减0.05，置信概率为99。该结果可以表示为 37.20.05，置信概率为99 33*允许误差下限值允许误差下限值允许误差上限值允许误差上限值 示值误差示值误差示值示值 x x TU 扩展不确定度扩展不确定度校准值校准值 xr x T图图3.1 示值误差示值误差 、允许误差、

20、允许误差 T、测量不确定度、测量不确定度U的关系的关系区间半宽度区间半宽度34*如何理解不确定度？如何理解不确定度？定义的注2指出，“测量不确定度由多个分量组成。其中的一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准偏差表征。另一些分量可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准偏差表征”。“经验的”或“假定概率的分布”说明，不确定度评定带有主观鉴别的成分。也就是说，测量不确定度评定与评定人员的理论知识和实践经验密切相关。所以，定义中使用了“合理地”一词。定义的注3指出，“所有的不确定度分量均贡献给了分散性，包括那些由系统效应引起的（如与修正值和参考测量标准有关的）分量”。也就是说，

21、不确定度评定应当考虑已识别的系统效应的影响。换句话说，测量结果是指对已识别的系统效应修正后的最佳估值。35*如何理解不确定度？如何理解不确定度？定义的注4指出，不确定度恒为正值。当由方差得出时，取其正平方根。所以人们说，测量不确定度只有正号。定义的注5指出，不确定度一词指可疑程度。可以概括地说，测量不确定度是定量表示对测量结果的怀疑程度，以一个具有置信水准的区间的形式表示，而且不能用不确定度数值来修正测量结果。36*不确定度的来源不确定度的来源 对被测量的定义不完整或不完善；实现被测量定义的方法不理想；取样的代表性不够，即被测量的样本不能完全代表所定义的被测量；对测量过程受环境影响的认识不周全

22、，或对环境条件的测量与控制不完善；对模拟式仪器的读数存在人为偏差（偏移）；测量仪器计量性能（如灵敏度、鉴别力阈、分辨力、稳定性及死区等）的局限性；赋予计量标准的值或标准物质的值不准确；引用的数据或其他参数的不确定度；与测量方法和测量程序有关的近似性和假定性；被测量重复观测值的变化等等。37*什么不是测量不确定度什么不是测量不确定度操作人员失误不是不确定度。这一类不应计入对不确定度的贡献，应当并可以通过仔细工作和核查来避免发生。允差不是不确定度。允差是对工艺、产品或仪器所选定的允许极限值。技术条件不是不确定度。技术条件告诉的是对产品或仪器期望什么。技术条件包含的内容，包括“非技术”的质量项目，例

23、如外观。准确度不是不确定度。遗憾的是这些术语的使用常被混淆。确切地说，“准确度”是一个定性的术语，如人们可能说，测量是“准确”的或“不准确”的。误差不是不确定度。统计分析不是不确定度分析。统计学可以用来得出各类结论，而这些结论本身并不告诉我们任何关于不确定度的什么。不确定度分析只是统计学的一种应用。38*量具选择？*39测量不确定度由多个分量组成。测量误差示意图如图1.注检定结果出具检定证书不确定度一词指可疑程度，广义而言，测量不确定度定义 为对测量结果正确性的可疑程度。检定 是法制计量中一项工作，法定计量器具是否保持法定特性必须通过检定来确定，它要求通过校准和法定要求的检验提供证据。测量不确

24、定度（P16P40)准确性可以在允许误差范围内重复，在科学、合理的条件 下复现。允差也常用于测量仪器设备，这时是指由仪器设备制造厂调试和检定仪器设备时，仪器设备示值的合格范围。在评定测量不确定度时，了解和解释允差的确切含义和用途是重要的。无线电:包括有关电磁能参数(如电压、电流、功率、电场强度、功率通量密度和噪声功率谱密度)的计量放射性:指o、8、y、x和中子辐射的有关参数的测量对于复杂的测量，通过实际测量获得被测量的测量数据后，通常需要对这些数据进行计算、分析、整理，有时还要将数据归纳成相应的表示式或绘制成表格、曲线等等，亦即要进行数据处理，然后给出测量结果。2，人体温度是被测量，37.2.

25、一个数集的标准偏差给出了各个读数与该组读数平均值之差的典型值。被测值为Y，真值为t，第i次测量结果为yi。时间频率:用于测量频率值和时间间隔。对模拟式仪器的读数存在人为偏差（偏移）；测量结果的符合性判别与测量不确定度测量结果的符合性判别与测量不确定度 针对规定的技术规范/技术标准进行测量，而且该技术规范/技术标准要求有符合性报告时，测量结果报告应包括测量结果是否符合该技术规范/技术标准的说明。但是，在技术标准/规范/规程的制定过程中，在推荐和选择测量设备/测量标准时，通常都会考虑使仪器设备的最大允许误差为规范允差的1/31/5。从而使测量结果的不确定度的影响可以忽略不计。40*计量器具管理及内校实用技术计量器具管理及内校实用技术 Thank you！41*