第二部分(2计量知识)

2 计量知识

一、计量设备 1、计量器具

是指可单独的或与辅助设备一起，用以直接或间接确定被测对象量值的装置或器具。 计量器具分类——工作计量器具和标准物质

工作计量器具——国家依法管理的计量器具，强制性检定的工作计量器具，专用计量器具。 了解水运工程常用的计量器具和标准物质。 检测用计量器具的基本要求：具有许可证、不得私自制造、定期检定或校验、标准物质的保存环境控制。 2、仪器设备

（1）仪器设备的使用：

使用前的准备——零点调整——量程设置——过程控制——过程结束 （2）仪器设备维护：机械维护、电气、电子设备维护 （3）仪器设备的管理——标志管理、管理制度 标志管理：合格证（绿色）、准用证（黄色）、停用证（红色） 管理制度：专管共用、专管专用 3、检定与校验 （1）检定

强制检定的计量器到指定的法定计量检定机构或授权的计量检定机构进行定点、定期检定。 非强制检定的计量器具可由使用单位自己依法进行定期检定，或送有资格的计量检定机构检定。

自行检定的条件：检定系统表中所规定等级的合格的计量标准器、取得相应项目的检定员证的人员、合适的环境。 （2）校验

对无检定规程可循的检测仪器可自行校验。

校验的条件：有相应的计量标准器和校准方法、有相应项目的检测技术人员、校验的环境符合仪器工作要求。

可校验的仪器：如非金属超声波检测仪可用《用超声仪测量空气声速进行自身校验》的方法校验。 有些仪器进行校验时无检定规程无计量标准，校验其基本参数，如单桩静载试验装置（位移、力）。 4、数值修约与计算 数值修约

四舍五入，若舍去的部分等于0.5时，则使末位凑成偶数，末位为奇数进1，为偶数舍去，即奇收偶弃。 例题：将下列数据修约到小数点后2位： 4.1262＝4.13，3.2253＝22，1.1715＝1.17，3.2050＝3.20，4.37501＝4.38。 二、误差理论

1、误差分析与计算

（1）误差定义：测量结果与该物理量真实大小之间的差异，叫做误差。ε＝X-X0

误差与真实值（测量值）之比称为相对误差。X为测量值，X0为真值，Xmax为满量程值。

实际相对误差＝ε/X0³(100%)；标称相对误差≈ε/X ³(100%)；额定相对误差＝ε/Xmax ³(100%) 最大额定相对误差＝εmax/Xmax ³(100%)。

仪器仪表表示值误差＝指示值－计量检定值；仪器仪表表示值相对误差＝仪器仪表示值误差/指示值；仪器仪表表示值引用误差＝仪器仪表示值误差/仪器仪表最大指示值。 仪器仪表精度等级用最大示值误差与最大指示值的百分数表示。 （2）误差来源——设备误差、环境误差、人员误差、方法误差 设备误差——标准器、仪表、附件误差 环境误差——温度、湿度、气压、振动 人员误差——分辨力、习惯

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（3）误差种类——系统误差、粗大误差、随机误差。 （4）测量误差对测量结果影响

随机误差影响测量结果的精密程度，常由测量仪器、测量方法和环境等因数造成，一般服从正态分布，用标准差σ表示其大小。

精密度——多次测量同一量时，各测量值之间的离散程度，σ小，精密度高。

系统误差直接影响测量结果的准确度，主要由仪器较准误差、试验条件、个人误差等因数引起。 粗差往往是由人工疏忽或环境干扰造成，是对测量结果的歪曲，应剔除。 精确度——综合误差大小的程度，只有随机和系统误差均小时，精确度才高。 （5）误差分析 ①偶然误差的计算

nn标准误差σ： 2(xx)(xix)2i（单次测量的标准差） i1i1当观测次数较少时n n1平均值的标准差： xn

范围误差（极差）△=Xmax-Xmin

偏差系数： CV X例题：用烘干法测定土的含水量，得含水量的平均值为20%，标准差为1%；同时用湿度密度仪测定该土的含水量时，得含水量的平均值为15%，标准差也是1%.问哪个方法精度高。 解：烘干法Cv=1/20=0.05 湿度密度仪Cv=1/15=0.067 烘干法精度高

②系统误差——不具有抵偿性

系统误差发现：实验对比法——用于定值系统误差，用高一级精度重复测量；剩余误差观察法——找变值系统误差。

系统误差的消除：消除定值系统误差用替代法、交换法；消除线性系统误差用对称法；消除周期性系统误差用半周期法。

③粗差剔除：3σ准则——对某一量n次测量（n>10)，︱εi︱>3σ时应剔除。 此外还有肖维勒准则、格拉布斯准则、迪克松准则（极差比方法）等。 注意：每次只能剔除一个。 2、测量不确定度评定

不确定度——各误差的综合作用使被测量值不能肯定的程度。实质指误差可能出现的范围（包含范围、可能性）。

可能程度的大小用置信概率表示：Pu(︱△X︱≤a)＝Pa

上式给出误差落在[-a,a]范围的概率。A为不确定度（也称误差限），a=K²σ,K为置信因素，σ为标准差。K＝1，Pa＝68%；K＝2，Pa＝95％；K＝3，Pa＝99.73%。 例题：测量房间长度得到一组数5.23,5.24,5.24,5.25,5.26(m)

算术平均值：5.244m，算术平均值的标准差σx=0.005，标准差σ=0.012

如果以其中某一测量值作为结果，标准差是0.012，如果以5次测量结果的平均值作为结果，标准差就是0.005，测量次数越多标准差越小。

如果置信因数k取1，用算术平均值作为房间长度真值，误差限a=±1³0.005=±0.005,置信概率为68.3%，置信区间：5.244 ±0.005=5.24～5.25m，上述5次测量结果不能全在此区间(5.23,5.26不在）。如果k取2，误差限为±0.01m，置信概率是95.4%，置信区间5.244 ±0.01=5.23～5.25m。

例题：设某量具的系统误差已经修正，其一次测量的标准差σ=5μm，而被测轴径要求的测量极差为△=9μm，试问选用该量具是否适当？如不适当应采取什么措施？

解：使用量具测量工件尺寸多是使用一次测量其结果的极限误差，Δ=3σ＝15μm＞9μm，所以选用该

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量具不适当，但可以采用多次重复测量以算术平均值作为测量结果的方法来满足测量的精度要求。以σ＝Δ/3＝9/3＝3μm作为多次测量后的算术平均值的标准差，σ＝5μm为一次测量的标准差。 三、计量单位

1、法定计算单位及应用

计量单位是用以度量同类量大小的一个标准量。法定计量单位是政府以法令形式明确规定要在全国采用的计量单位。

法定计算单位（国际单位制的基本单位、辅助单位、导出单位，非国际单位制单位，合成形式单位，词头和单位构成倍数分数单位），国际单位制简称SI，其基本单位有：长度（m）、质量（kg）、时间（s）、电流（A）、热力学温度（K）、物质的量（mol）、发光强度（cd），其辅助单位有：平面角（rad）、立体角（sr）。SI导出单位是由基本单位以相乘、相除的形式构成的单位。

法定计算单位使用：量的符号不是法定计量单位内容，量的符号也不是唯一的，量的符号一律用斜体；

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字母符号与其前面的数字之间，相乘不用乘号，与其后面的数字相乘须用乘号，如3UI³10 单位符号：

要采用国际符号，而不能用其它符号；用正体；来源于人名的符号第一个字母要大写，如Wb(韦伯)； 注意常用计量单位的正确使用：

如长度单位的米，应为m，不可写成M；力的单位千牛，应为kN,不可写成KN,这里的千为词头，词头兆

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以上（10）才是大写，千以下的词头均为小写；单位名称和符号应写为55m±0.5m,不可写成55±0.5m。 千克力等于质量为1kg的物体在北纬45°海平面上所受的重力，符号为kgf。 四、正交试验设计理论

因素——在试验中要考察的对试验指标可能有影响的因素简称为因素。 水平——每个因素在试验中要比较的具体条件。 五、质量管理体系

质量体系的基本组成有四个部分，即组织结构、程序、过程和资源。一个组织的体系只有一个。 全面质量管理的基本观点：“为用户服务”、以预防为主、用数据说话（区别于传统质量管理的重要一点）、一切按PDCA循环办事。

建立质量体系的要求：强调系统优化、强调预防为主、强调满足顾客的要求、强调过程概念、强调质量与效益的统一。

质量体系文件：质量手册、程序文件、作业指导书及质量记录。具有的特点：系统性、法规性、价值、见证性、适宜性。 补充：《检测和校准实验室认可准则》GB/T15481

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