【正文】 中國(guó)石油大學(xué)（華東） 石 油 儀 器 儀 表 主講：廖明燕 EMail： 2023年 09月 第 7章 計(jì)量與測(cè)量誤差 概述 計(jì)量與單位制 測(cè)量 誤差知識(shí) 復(fù)習(xí)思考題 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 “ 新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù) 。 信息技術(shù)由測(cè)量技術(shù) 、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)三部分組成 。 測(cè)量技術(shù)則是關(guān)鍵和基礎(chǔ) 。 ”沒有測(cè)量就沒有科學(xué) ， 計(jì)量科學(xué)是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ) 。 如果測(cè)量涉及實(shí)現(xiàn)單位統(tǒng)一和量值準(zhǔn)確可靠則被稱為計(jì)量 ，因此研究測(cè)量 、 保證測(cè)量統(tǒng)一和準(zhǔn)確的科學(xué)被稱為計(jì)量學(xué) 。 計(jì)量科學(xué)研究一切有關(guān)測(cè)量的理論和實(shí)踐問題 。 其內(nèi)容包括研究確定計(jì)量單位和單位制 、 計(jì)量單位的復(fù)現(xiàn)方法和建立基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)體系 、量值傳遞和溯源方法 , 誤差理論及測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量保證 。 科學(xué)發(fā)展的歷史表明 , 無論是自然科學(xué)還是社會(huì)科學(xué) , 在初始階段都是從定性描述發(fā)展起來的 ， 后來又都向定量描述階段過渡 ， 最后以理論來表述 。 數(shù)學(xué)表達(dá)是對(duì)自然規(guī)律最嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿枋?, 沒有定量的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)便難以證明這種表達(dá)的正確性 。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 概述 概述 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 自然科學(xué)為技術(shù)發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 。 但技術(shù)科學(xué)的成果倘若沒有可供工程計(jì)算的基本數(shù)據(jù)就不可能進(jìn)行工程設(shè)計(jì) ,也不可能形成規(guī)模生產(chǎn)能力 ,不言而喻 ,測(cè)量是獲取基本數(shù)據(jù)必不可少的手段 。 顯然生產(chǎn)過程的自動(dòng)化是當(dāng)前提高生產(chǎn)勞動(dòng)效率的主要途徑 ,而節(jié)約原材料和能源除了有賴于設(shè)計(jì)和工藝方法的改進(jìn)外 ,還與生產(chǎn)過程的控制有關(guān) 。 自動(dòng)測(cè)量不但替代了人的感官功能 ,而且在靈敏度 、 量程以及忍受的環(huán)境條件方面早已超出了人類感官的范圍 ,有些人類尚無法感覺到的物質(zhì)和現(xiàn)象可以靠傳感器探測(cè)出來 。 所以測(cè)量是人類獲取生產(chǎn)過程信息的唯一途徑 。 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 概述 信息科學(xué)是獲取信息 、 傳遞信息和處理信息的科學(xué) 。 人們獲取信息 ,對(duì)自然的認(rèn)識(shí)是由感性到理性 ,由定性到定量的過程 。 現(xiàn)代科學(xué)對(duì)自然的探索主要靠更精密 、 更高級(jí)的傳感技術(shù)及測(cè)量?jī)x器定量而精確的獲得信息 。 從確保其測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠來講 ,計(jì)量科學(xué)是準(zhǔn)確獲取信息的基礎(chǔ)和保證 。 美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì) 1997年發(fā)表的 《 技術(shù)與國(guó)家利益 》 中指出 :“ 不論是今天還是將來 ,基礎(chǔ)科學(xué)技術(shù)對(duì)美國(guó)開發(fā)和利用新技術(shù)的能力都是至關(guān)重要的 。 美國(guó)必須繼續(xù)保證國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)研究 、 測(cè)量和測(cè)試能力跟上技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)踐 。 ” 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 1． [可測(cè)的 ]量 (Measurable Quantity) 量是可以定性區(qū)別并能定量確定的現(xiàn)象 、 物體或物質(zhì)的屬性 。 通常所說的量是指可以測(cè)量的量 。 可相互比較并按大小排序的量稱為同種量 。若干同種量合在一起可稱為同類量 ， 如：功和熱能 。 量可以是標(biāo)量如質(zhì)量；也可以是矢量 （ 或向量 ） 如速度 、 加速度等 。 廣義的量如：長(zhǎng)度 、時(shí)間 、 電阻；特定意義的量如：桿的長(zhǎng)度 、 導(dǎo)線的電阻 。 量可以用符號(hào)表達(dá) 。 如功率： tWP ?量在特定情況下總是可測(cè)知的 。 此外 ， 物理量也可以用數(shù)值和單位的乘積表示 。 如：濟(jì)南柴油機(jī)廠生產(chǎn)的 12V190型柴油機(jī)的功率為 1200馬力 ，可以寫成： P＝ 982kW（千瓦） 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 2． 量制 （ Quantity System） 彼此間存在確定關(guān)系的一組量 ， 即在特定科學(xué)領(lǐng)域中的基本量和相應(yīng)導(dǎo)出量的特定組合 。 一個(gè)量制可以有不同的單位制 。 3． 單位 （ Unit） 在同類量中 ， 選出一個(gè)特定的量作為參考量 ， 用這個(gè)參考量與其他同類量進(jìn)行比較 （ 或?qū)Ρ?） ， 以表示同類量的大小 ， 則這個(gè)參考量就叫單位 。 單位是量度各種物理量數(shù)值大小的標(biāo)準(zhǔn)量 ， 是 “ 量 ” 的表征 。 例如為了表達(dá)長(zhǎng)度 、 寬度 、 高度 、 半徑和距離的大小 ， 我們可以用市尺 、市丈 、 米 、 英尺或碼作為參考量度量其大小 。 則市尺 、 市丈 、 米 、 英尺或碼就叫作長(zhǎng)度的單位 。 在國(guó)際單位制中 ， 長(zhǎng)度選定米為基本單位 。 同類量的量綱必然相同 ， 但相同量綱的量未必同類 。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 4． 基本量和基本單位 1） 基本量 （ Fundamental Quantity） 一組彼此相互獨(dú)立的量稱之為基本量 。 在制定一種單位之前 ， 首先要選定一組彼此相互獨(dú)立的量為基礎(chǔ) ， 其他的量則由這一組彼此相互獨(dú)立的量通過物理方程導(dǎo)出 。 在單位制發(fā)展的歷史上 ， 有各種單位制及相應(yīng)的基本量 。 例如 ， 在工程上常見的單位制及其基本量如表 － 1。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 基本量 單位制 長(zhǎng)度 質(zhì)量 時(shí)間 力 厘米 、 克 、 秒制 米 、 千克 、 秒制 工程單位制 cm（ 厘米 ） m（ 米 ） m（ 米 ） g（ 克 ） kg（ 千克 ） － s（ 秒 ） s（ 秒 ） s（ 秒 ） kgf（千克力） 表 － 1各種單位制的基本量及基本單位 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 2） 基本單位 （ Fundamental Unit） 在每一類基本量中 ， 雖然有大小若干個(gè)單位 ， 但有獨(dú)立定義的單位只有一個(gè) ， 這個(gè)單位稱之為基本單位 。 而其他單位則以基本單位為基礎(chǔ)給予定義 。 基本單位的選擇應(yīng)符合下述幾項(xiàng)原則： （ 1） 基本單位的定義應(yīng)該是科學(xué)的 、 嚴(yán)格的和明確的； （ 2） 基本單位必須能以很高的精度復(fù)現(xiàn)和保持長(zhǎng)期穩(wěn)定不變； （ 3） 基本單位應(yīng)便于和導(dǎo)出單位建立聯(lián)系 ， 也就是便于用它來檢驗(yàn)導(dǎo)出單位的準(zhǔn)確度 。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 5． 輔助量及輔助單位 除基本量外 ， 還具有獨(dú)立意義的量和單位為輔助量及輔助單位 。如 SI輔助量是平面角和立體角 ， 對(duì)應(yīng)的 SI輔助單位為弧度和球面度 。 6． 導(dǎo)出量及導(dǎo)出單位 1） 導(dǎo)出量 （ Derived Quantity） 由基本量通過物理方程導(dǎo)出的物理量叫導(dǎo)出量 。 導(dǎo)出量是以基本量的函數(shù)來定義的 。 例 1． 密度是單位體積內(nèi)所含有的質(zhì)量： vm?? 密度是基本量質(zhì)量與基本量長(zhǎng)度的三次方之比 ， 密度就是導(dǎo)出量 。除基本量外 ， 物理學(xué)中的其他物理量都是導(dǎo)出量 。 如力 、 功 、 功率 、電荷 、 電阻 、 磁通等都是導(dǎo)出量 。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 2） 導(dǎo)出單位 （ Derived Unit） 由基本單位和輔助單位以相乘 、 相除形式構(gòu)成的單位叫導(dǎo)出單位 。 例 2． （時(shí)間）（距離）速度）＝TA(v則， ? ? ? ?][TAv ?速度的單位 距離屬于長(zhǎng)度的量，其 SI基本單位是米（ m），而時(shí)間的 SI基本單位是秒（ s），所以 [υ ]＝ m/s（米每秒） 我們把“米每秒”稱之為 SI導(dǎo)出單位。在國(guó)際單位制中，導(dǎo)出單位的數(shù)量與物理量的數(shù)量是相等的。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 基本概念 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 1． SI單位制緣起 單位制指為已規(guī)定的量制按規(guī)則確定的一組基本單位和導(dǎo)出單位 。 SI是國(guó)際單位制 (International System of Units)的簡(jiǎn)稱 ， 取自于法文： Syst232。me international d39。unit233。s (SI)。 1948年 召開的第九屆 國(guó)際計(jì)量大會(huì) 作出了決定 ， 要求 國(guó)際計(jì)量委員會(huì) 創(chuàng)立一種簡(jiǎn)單而 科學(xué)的 、 供所有 米制公約組織 成員國(guó)均能使用的實(shí)用 單位制 。 1954年第十屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)決定采用 米 (m)、 千克 (kg)、 秒 (s)、 安培 (A)、 開爾文 (K)和 坎德拉 (cd)作為基本單位 。 1960年 第十一屆國(guó)際計(jì)量大會(huì) （ CGPM） 決定將以這六個(gè) 單位 為基本單位的實(shí)用計(jì)量單位制命名為 “ 國(guó)際單位制 ” ，并規(guī)定其 符號(hào) 為 “ SI” 。 1974年的第十四屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)又決定增加將物質(zhì)的量 的單位 摩爾 (mol)作為基本單位 。 因此 ， 目前國(guó)際單位制共有七個(gè)基本單位 。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 國(guó)際單位制 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 2． SI單位 SI單位是國(guó)際單位制中構(gòu)成一貫制的那些單位 。 除質(zhì)量外 ， 均不帶詞頭 （ 質(zhì)量的 SI基本單位為千克 （ kg） 。 SI單位由三部分組成： 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 國(guó)際單位制 )() SI (cd))K A))SI???????即一貫制導(dǎo)出單位導(dǎo)出單位：、球面度輔助單位：弧度（和坎德拉）、摩爾（開爾文（）、安培（、秒（）、千克（基本單位：米（單位SIsrradmolskgmSI 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 3． SI詞頭 只有 SI單位 ， 還不能滿足不同領(lǐng)域需要不同大小的單位 。如長(zhǎng)度的 SI基本單位為米 。 對(duì)天文學(xué)來說 ， 米的單位就顯得太??；而對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的微觀世界來說 ， 米的單位又太大了 。 為了適應(yīng)不同領(lǐng)域的需要 ， 國(guó)際單位制規(guī)定了一套詞頭 ， 稱為 SI詞頭 。 把 SI詞頭加在 SI單位前就可以構(gòu)成國(guó)際單位制的倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位 。 詞頭多用于科學(xué)研究和工程技術(shù)方面 ， 日常生活中一般不使用詞頭 。 規(guī)定使用的詞頭其名稱 、 符號(hào)及所代表的因數(shù)見下表－ 2。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 國(guó)際單位制 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 表 － 2 用于構(gòu)成十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭 所表示的因數(shù) 詞頭名稱 詞頭符號(hào) 1024 1021 1018 1015 1012 109 108 103 102 101 10－ 1 10－ 2 10－ 3 10－ 6 10－ 9 10－ 12 10－ 15 10－ 18 10－ 21 10－ 24 yotta 堯 〔 它 〕 zetta 澤 〔 它 〕 exa艾（可薩） peta拍（它） tera太（拉） giga吉（物） mega兆 kilo千 hecto百 deca 十 deci 分 centi 厘 milli 毫 micro 微 nano納（諾） pico皮（可） femto飛（母托） atto阿（托） zepto 仄 〔 普托 〕 yoct 幺 〔 科托 〕 Y Z E P T G M k h da d c m μ n p f a z y 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 國(guó)際單位制 中國(guó)石油大學(xué)（華東）工業(yè)訓(xùn)練中心 4． 國(guó)際單位制 1） 國(guó)際單位制的構(gòu)成 國(guó)際單位制是由 SI單位和 SI單位的十進(jìn)制倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位及幾部分組成 。 計(jì)量測(cè)試基礎(chǔ) 國(guó)際單位制 )() SI)()K A))SI??