(完整版)二级计量师实务知识点.doc
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1、实务与案例分析(第一章 测量数据处理)第1节 测量误差的处理知识点: 系统误差的发现和减小系统误差的方法(P171)实验标准偏差的估计方法(P175)算术平均值及其实验标准差的计算(P177)异常值的判别和剔除(P178)测量重复性和测量复现性的评定(P180)检定时判定计量器具合格或不合格的判据(184)计量器具其他一些计量特性的评定(P186)一、 系统误差的发现和减小系统误差的方法(P171)(一)系统误差的发现(二)减小系统误差的方法1.采用修正的方法2.在实验过程中尽可能减少或消除一切产生系统误差的因素3.选择适当的测量方法,使系统误差抵消而不致带入测量结果中试验和测量中常用的几种方
2、法:(1)恒定系统误差消除法异号法交换法替代法(2)可变系统误差消除法用对称测量法消除线性系统误差半周期偶数测量法消除周期性系统误差这种方法广泛用于测角仪上。周期性系统误差通常可以表示为: =asin2l/T式中:T误差变化的周期;l决定周期性系统误差的自变量(如时间、角度等)。由公式可知,因为相隔T/2半周期的两个测量结果中的误差是大小相等符号相反的。所以凡相隔半周期的一对测量值的均值中不再含有此项系统误差。(三)修正系统误差的方法1.在测量结果上加修正值修正值的大小等于系统误差估计值的大小,但符号相反。当测量结果与相应的标准值比较时,测量结果与标准值的差值为测量结果系统误差估计值。 =xs
3、式中:测量结杲的系统误差估计值; 未修正的测量结果;xs标准值。注意的是:当对测量仪器的示值进行修正时,为仪器的示值误差=xxs式中:x被评定的仪器的示值或标称值; xs标准装置给出的标准值。则修正值C为C= 已修正的测量结果Xc为【案例】用电阻标准装置校准一个标称值为1的标准电阻时,标准装置的读数为1.0003。问:该被校标准电阻的系统误差估计值、修正值、已修正的校准结果分别为多少?【案例分析】系统误差估计值=示值误差=11.0003=0.0003依据修正值的大小等于系统误差估计值的大小,但符号相反,则示值的修正值= +0.0003巳修正的校准结果=1+0.0003=1.00032.对测量结
4、果乘修正因子修正因子Cr等于标准值与未修正测量结果之比已修正的测量结果Xc为3.画修正曲线当测量结果的修正值随某个影响量的变化而变化,这种影响量例如温度、频率、时间、长度等,那么应该将在影响量取不同值时的修正值画出修正曲线,以便在使用时可以查曲线得到所需的修正值。例如电阻的温度修正曲线的示意图如图3-3所示。实际画图时,通常要采用最小二乘法将各数据点拟合成最佳曲线或直线。4.制定修正值表当测量结果同时随几个影响量的变化而变化时,或者当修正数据非常多且函数关系不清楚等情况下,最方便的方法是将修正值制定成表格,以便在使用时可以查表得到所需的修正值。二、 实验标准偏差的估计方法(P175)(一)几种
5、常用的实验标准偏差的估计方法在相同条件下,对同一被测量X作n次重复测量,每次测得值为xi,测量次数为n,则实验标准偏差可按以下几种方法估计。1. 贝塞尔公式法适合于测量次数较多的情况从有限次(测定次数有限,一般n10),设按贝塞尔公式计算出的实验标准偏差为s,若某个可疑值xd与n个结果的平均值之差(xd一)的绝对值大于或等于3s时,判定xd为异常值。即2.格拉布斯准则设在一组重复观测结果xi中,其残差vi的绝对值 最大者为可疑值xd,在给定的置信概率为p0.99或P0.95,也就是显著性水平为a=l-p=0.01或0.05时,如果满足下式,可以判定xd为异常值 式中:G(a,n)与显著性水平a
6、和重复观测数据n有关的格拉布斯临界值,见p215表3-4格拉布斯准则的临界值G(,)表。表中,n(350),而当a为0.05和0.01时,其临界值的变化从1.1532.956,和1.1553.336。五、 测量重复性和测量复现性的评定(P180)(一)测量重复性的评定1.计量标准的重复性评定计量标准的重复性是依据JJFl00l一1998(通用计量术语及定义)中测量仪器的重复性定义的,计量标准的重复性是指在相同测量条件下,重复测量同一被测量时,计量标准提供相近示值的能力。这些测量条件包括:相同的测量程序;相同的观测者;在相同的条件下使用相同的计量标准;在相同地点;在短时间内重复测量。2.测量结果
7、的重复性评定依据JJFl00l一1998(通用计量术语及定义,测量结果的重复性是指在相同条件下,对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。测量结果的重复性是测量结果的不确定度的一个分量,它是获得测量结果时,各种随机影响因素的综合反映,其中包括了所用的计量标准、配套仪器、环境条件等因素以及实际被测量的随机变化。由于被测对象也会对测量结果的分散性有影响,特别是当被测对象是非实物量具的测量仪器时。因此,测量结果的分散性通常比计量标准本身所引入的分散性稍大。重复性用实验标准偏差sr(y)定量表示,公式如下式中:yi每次测量的测得值;n测量次数;n次测量的算术平均值。在评定重复性时,通常取n=1
8、0。在测量结果的不确定度评定中,当测量结果由单次测量得到时,sr(y)直接就是由重复性引入的标准不确定度分量。当测量结果由n次重复测量的平均值得到时,由重复性引入的标准不确定度分量为。(二)测量复现性的评定测量复现性是指在改变了的测量条件下,同一被测量的测量结果之间的一致性。改变了的测量条件可以是:测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、计量标准、测量地点、环境及使用条件、测量时间。改变的可以是上述条件中的一个或多个。因此,给出复现性时,应明确说明所改变条件的详细情况。复现性可用实验标准偏差来定量表示。常用符号为SR,计算公式如下: 例如:在实验室内为了考察计量人员的实际操作能力,实验室主任请每
9、一位计量人员在同样的条件下对同一件被测件进行测量,将测量结果按上式计算测量结果的复现性。此时式中,yi为每个人测量的结果,n为测量人员数,为每n个测量结果的算术平均值。这个例子中改变了人这一个条件。从一次考察可以看出不同人员测量结果间的复现性,多次考察还可以看出不同人员测量的复现性的变化情况。几个实验室为了验证测量结果的一致性而进行比对,在不同的实验室、不同的地点,由不同的人员,按照相同的测量方法,对同一被测件进行测量,可以将各实验室的测量结果按上式计算出测量结果的复现性。在计量标准的稳定性评定中,实际所做的是计量标准随时间改变的复现性。复现性中所涉及的测量结果通常指已修正结果,特别是在改变了
10、测量仪器和计量标准时,不同仪器和不同标准均各有其修正值的情况。六、 检定时判定计量器具合格或不合格的判据(184)1.什么是符合性评定2.测量仪器示值误差符合性评定的基本要求按照JJFl094一2002测量仪器特性评定的规定,对测量仪器特性进行符合性评定时,若评定示值误差的不确定度满足下面要求:评定示值误差的测量不确定度(U95或k=2时的U)与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值(MPEV)之比小于或等于1:3,即满足时,示值误差评定的测量不确定度对符合性评定的影响可忽略不计(也就是合格评定误判概率很小),此时合格判据为式中:被检仪器示值误差的绝对值;MPEV被检仪器示值的最大允许误差的绝对
11、值。对于型式评价和仲裁鉴定,必要时U95与MPEV之比也可取小于或等于1:5。3.考虑示值误差评定的测量不确定度后的符合性评定依据计量检定规程以外的技术规范对测量仪器示值误差进行评定,并且需要对示值误差是否符合最大允许误差做出符合性判定时,必须对评定得到的示值误差进行测量不确定度评定,当示值误差的测量不确定度(U95或是k=2时的U)与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值(MPEV)之比不满足小于或等于1:3的要求时,必须要考虑示值误差的测量不确定度对符合性评定的影响。(1)合格判据当被评定的测量仪器的示值误差的绝对值小于或等于其最大允许误差的绝对值MPEV与示值误差的扩展不确定度U95之差时
12、可判为合格,即(2)不合格判据当被评定的测量仪器的示值误差的绝对值大于或等于其最大允许误差的绝对值MPEV与示值误差的扩展不确定度U95之和时可判不合格,即(3)待定区当被评定的测量仪器的示值误差既不符合合格判据又不符合不合格判据时,为处于待定区。这时不能下合格或不合格的结论,即当测量仪器示值误差的评定处于不能做出符合性判定时,可以通过采用准确度更高的计量标准、改善环境条件、增加测量次数和改善测量方法等措施,以降低示值误差评定的测量不确定度U95后再进行合格评定。对于只具有不对称或单侧允许误差限的被评定测量仪器,仍可按照上述原则进行符合性评定。七、 计量器具其他一些计量特性的评定(P186)(
13、一)准确度等级测量仪器的准确度等级应根据检定规程的规定进行评定。有以下几种情况:1.以最大允许误差评定准确度等级依据有关规程或技术规范,当测量仪器的示值误差不超过某一档次的最大允许误差要求,且其他相关特性也符合规定的要求时,则判该测量仪器在该准确度级别合格。使用这种仪器时,可直接用其示值。不需要加修正值。例如:弹簧式精密压力表,用引用误差的最大允许误差表示的准确度等级分为0.05级,0.1级,0.16级,0.25级,0.4级,0.6级等。0.05级表明用引用误差表示的最大允许误差0.05%。2.实际值的测量不确定度评定准确度等级3.测量仪器多个准确度等级的评定(二)分辨力对测量仪器分辨力的评定
14、,可以通过测量仪器的显示装置或读数装置能有效辨别的最小示值来确定。(1) 带数字显示装置的测量仪器的分辨力为:最低位数字显示变化一个步进量时的示值差。例如:数字电压表最低位数字显示变化一个字的示值差为1V,则分辨力为1V。(2) 用标尺读数装置(包括带有光学机构的读数装置)的测量仪器的分辨力为:标尺上任意两个相邻标记之间最小分度值的一半。例如:线纹尺的最小分度为1mm,则分辨力为0.5mm。(三)灵敏度对被评定测量一起,在规定的某激励值上通过一个小的激励变化x,得到相应的响应变化y,则比值S=y/x,即为该激励值时的灵敏度。对线性测量仪器来说,灵敏度是一个常数。(四)鉴别力(五)稳定性这是对测
15、量仪器保持其计量特性恒定能力的评定。通常可用以下几种方法来评定:(1) 方法一:通过测量标准观测被评定测量仪器计量特性的变化,当变化达到某规定值时,其变化量与所经过的时间间隔之比即为被评定测量仪器的稳定性。例如:用测量标准观测某标准物质的量值,当其变化达到规定的1.0%时所经过的时间间隔为3个月,则该标准物质质量值的稳定性为1.0%/3个月。(2) 方法二:通过测量标准定期观测被评定测量仪器计量特性随时间的变化,用所记录的被评定测量仪器计量特性在观测期间的变化幅度除以其变化所经过的时间间隔,即为被评定测量仪器的稳定性。例如:观测动态力传感器电荷灵敏度的年变化情况,按以下公式计算其静态年稳定性式
16、中:Sb传感器电荷灵敏度年稳定性; Sq1上年检定得到的传感器电荷灵敏度; Sq2本年检定得到的传感器电荷灵敏度。(1) 方法三:频率源的频率稳定性用阿伦方差的正平方根值评定,称频率稳定度。频率稳定度按下式计算式中:y()用阿伦方差的正平方根值表示的频率稳定度; p取样时间; m取样个数减1; yi()一一第I次取样时,在取样时间p内频率相对偏差的平均值。(1) 当稳定性不是对时间而言时,应根据检定规程、技术规范或仪器说明书等有关技术文件规定的方法评定。(六)漂移(七)响应特性第2节 测量不确定度的评定与表示知识点: 统计技术应用(P191)概率分布的数学期望、方差和标准偏差(P192)有限次
17、测量时的算术平均值和实验标准偏差(P193)正态分布(P194)常用的非正态分布(P194)评定不确定度的一般步骤(P196)测量不确定度的评定方法(P196)标准不确定度分量的评定(P197)输入量间不相关时合成标准不确定度的评定(P203)扩展不确定度的确定(P205)表示不确定度的符号(P206)一、 统计技术应用(P191)(一)概率分布概率分布(p)是一个随机变量取任何给定值或属于某一给定值集的概率随取值而变化的函数,该函数称为概率密度函数。概率分布通常用概率密度函数随随机变量变化的曲线来表示“概率分布曲线”测量值X落在区间a,b内的概率p可用式(3-32)计算 (3-32)式中,p
18、(x)为概率密度函数,数学上积分代表面积。由此可见,概率p是概率分布曲线下在区间a,b内所包含的面积,又称包含概率或置信水平。当p=0.9,表明测量值有90%的可能性落在该区间内,该区间包含了概率分布下总面积的90%。在(一+)区间内的概率为1,即随机变量在整个值集的概率为1;当p=1(即概率为1)表明测量值以100%的可能性落在该区间内,也就是可以相信测量值必定在此区间内。二、 概率分布的数学期望、方差和标准偏差(P192)1. 期望 期望又称(概率分布或随机变量的)均值(Mean)或期望值,有时又称数学期望。常用符号表示,也可用E(X)表示被测量X的期望。离散随机变量的期望为 ?连续随机变
19、量的期望为 ?式中,p(x)为概率密度函数,数学上积分代表面积。期望是在无穷多次测量的条件下定义的,通俗地说:无穷多次测量的平均值。期望是概率分布曲线与横坐标轴所构成面积的重心所在的横坐标,所以期望是决定概率分布曲线位置的量。对于单峰、对称的概率分布来说,期望值在分布曲线峰顶对应的横坐标处。因为实际上不可能进行无穷多次测量,因此测量中期望值是可望而不可得的。2方差2(随机变量或概率分布的)方差用符号2 表示测量值与期望值之差是随机误差,用表示,i=xi一,方差就是随机误差平方的期望值。测量值X的方差还可写成V(X),是随机变量X的每一个可能值对其期望E(X)的偏差的平方的期望,也就是测量的随机
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