计量学 百科内容来自于: 百度百科

按照JJG 1001-98《通用计量名词及定义》中,计量学的定义是:“有关测量知识领域的一门学科”。

定义

按照国际计量局(BIPM),国际标准化组织(ISO)与国际法制计量组织(OIML)以及国际临床化学联合会(IFCC)、国际现论和应用化学联合会(IUPAC)和国际理论与应用物理学联合会(IUPAP)等七个国际组织联合制订的《国际通用计量学基本术语》(1993年版),计量学被定义为“测量学科”。并在注解中说明:“计量学包括涉及测量理论和实用的各个方面,不论其不确定度如何,也不论其用于什么测量技术领域。” ·
Metrology is the science of measurement,made at a known level of uncertainty,in any field of human activity.(见 A concise summary of the international system of units (8th edition,2006)

研究内容

从计量学这种广义定义,表明现代计量学所包括内容的丰富,它研究的主要方向有:
1、研究计量单位及其基准、标准的建立、复现、保存和使用;
2、研究计量与测量器具的特性和测量方法;
3、研究测量不确定度误差理论的实际应用;
4、研究计量、测量人员的测量能力和检定、核准能力;
5、研究基本物理常数、标准物质、材料特性等的有关理论和测量
6、研究一切测量理论和实践问题;
7、研究计量法制和计量管理问题。

分类

计量学包括很多专业,应用范围十分广泛。中国目前根据被测的量来分类,大体可以分为十大类:几何量(长度)、温度、力学、电磁学、电子(或无线电)、时间频率、电离辐射、光学、声学、物理化学(含标准物质)。

相关概念

⒈ 计量(metrology)
中国JJG1001-91《通用计量名词及定义》中计量的定义是:实现单位统一、量值准确的活动。而中国的“计量”一词过去采用与“测量”一词相同的英文,即“measurement”但定义却不相同。
中国从1953年起就使用“计量”一词,到目前已有四十多年了,究竟在中国“计量”的含义是什么?下个什么确切的定义?以前一直存在一定的分歧。经过多次讨论,中国专家学者们提许多见解,为进一步控索计量定义开阔了眼界。归纳直来大致有三种方案:
⑴“计量”是利用科学技术和监督管理手段实现测量统一和准确的一项事业;
⑵“计量”是保证测量实现统一和准确的一门科学;
⑶“计量”是利用技术的法制手段,实现单位统一、量值准确一致的测量
测量有时也称计量”,以及“计量学有时简称计量”。从而说明了“计量”与“测量”的关系以及“计量”与“计量学“的关系。
⒉计量学(metrology)
测量的科学。计量学涵盖有关一的理论经与实践的各个方面,而不论测量不确定度如何,也不论测量是在科学技术的哪个领域中进行的。计量学有时简称计量。
⒊ 计量保证(metrological assurance)
用于保证计量可靠和适当的测量准确度的全部法规、技术手段及必要的各种运作。(JJF)
⒋计量器具控制(comtrol of measuring instruments)
确定计量器具的性能并签发关于该计量器具法定地位的官方文件。这种控制可包括对该计量器具的下列运作中的一项、两项或三项:型式批准、检定、检验。(JJF)
⒌〔计量器具的〕检定(verification [of a meawuring instrument])
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。(JJF)按时间间隔和规定程序,对计量器具定期进行的一种后续检定。 (JJF)
⒍〔计量器具的〕检查(examination [of a measuring instrument])
为确定计量器具是否符合该器具有关法定要求所进行的操作。 (JJF)
⒎〔计量器具的〕检验(inspection [of a measuring instrument])
为查明计量器具的检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后计量器具是否遭到明显改动以及其误差是否超过使用最大允许误差所进行的一种检查。inspection in use 称为使用中检验。(JJF)
计量管理是指协调计量技术管理、计量经济管理、计量行政管理及计量管理法制管理之间关系的总称。计量管理在计量工作中不不可缺少的组成部分,甚至是更重要的因素。如果没有较好的计量管理,即使有高准确有计量基准、计量标准和计量检测设备和测量条件,全国的计量单位和单位量值也不可能得到统一和准确,全国的测量领域将会一片混乱。换句话说,计量管理是在充分了解研究当前计量学技术发展特点和规律的前提下,应用科学技术和法制的手段,正确地决策和组织计量工作,使之得到发展和前进,以实现国家的计量工作方针、政策和目标。归纳起来,计量学大致有下列特性:
⑴统一性——这是计量学最本质的特性,古今中外,都是如此,计量失去统一性,也就失去了存在的意义。秦始皇统一中国度量衡,功绩已加载史册。现在统一性不仅限于在一个国家的单位量值的统一,而且要实现全世界各国单位量值的统一性。
准确性——有人说“准”字是计量工作的核心,这是完全对的。一切计量科学技术研究的目的,最终是要达到所预期的某种准确度,无论其准确度是高,还是低,都必须有一定程度的准确性。计量的统一性也必须建立在有一定程度准确度的准确性。计量的统一性也必须建立在有一定程度准确性的基础上才有意义。
⑶法制性——为了保证计量学的统一性和准确性,国家对统一使用的计量单位,复现单量量值的国家计量基准,以及进行量值传递的方法、手段等,用法律作出规定。对涉及贸易、安全、环保、卫生等分益或公平性利益的计量设备、计量方法及手段等进行法律规定,作为各行各业遵循的准则。如果没有法制性,所谓计量学的统一性、准确性就是一句空话。国际上现已形成法制计量学。
⑷社会性——是指计量学涉及的广泛性。它与国民经济各部门,人民生活的各个方面有密切的联系,对维护社会经济起着重要地作用。从直接的关系来说,正是计量学的社会性,决定了计量学的法制性。上述计量学的四个特性,应该说基本上概括了计量管理的特性,是我们研究计量管理特性的基础。但如果深入去探讨,计量管理还具有以下特性:
⑸权威性——要使计量更好地为国民经济建设服务,必须建立具有高度权威的计量管理机构和计量测试中心,即在行政领导和科技水平方面具有权威的计量管理系统,因为这也是计量本身的性质及其在国民经济中的重要作用所决定的,政府计量管理部门的重要职责,是代表国家对全国各行各业进行计量监督、检查、认证和鉴定等,这些基本的职能,必须要求具有高度的权威性。
⑹技术性——计量管理的技术性是特别明显的,国为计量本身就是一项科学技术性强的工作。要做好计量管理工作,就必须拥有先进的技术手段和雄厚的技术力量。在许多场合,计量管理要起一种“公证”、“仲裁”或者说是一种“技术法庭”的作用。准还是不准,合格与不合格,测量结果正确不正确,可行不可行等,都得以技术数据作为依据,即通常所讲的靠数据说话。
⑺服务性——这是中国计量管理的一贯宗旨。计量要为国民经济、科学技术、国防和国家、企、事业单位和消费者服务,因而要把管理与服务看成是对立统一、相辅相成的两个方面。我们要提倡加强计量法制管理与社会经济服务相结合、在管理中体现服务精神,在服务中贯穿管理的原则。
⑻群众性——这一特性包含两层意思:其一,要时刻考虑人民群众的利益,保护消费者免受计量失准功不诚实的测量所造成的危害;其二,要注意发动群众参与计量监督,使专业计量管理与群众管理相结合。象商店设兼职计量员,集市上设义务计量员、公平秤等,就是计量管理群众性的体现。综述以上特性,可以看出计量是技术与管理的结合体,也可以说是两重性。它依靠计量技术作物质基础,实现单位量值的统一和全国量值的准确可靠。由此可见,计量技术与计量管理是支撑计量大厦的两根支柱。
⒐工业计量
工业计量是属于“计量管理”中的一个领域,它是为了区别法制计量和科学计量而提出来的,也就是说,除了法制计量和科学计量之外的计量管理工作称之为“工业计量”;当然,它又与法制计量和科学计量密不可分,工业计量也可以认为是计量学在工业领域的应用。工业计量是一种泛指,具体到企业中可以称之为“企业计量”。企业计量是企业为了获得准确可靠的测量数据,为企业生产经营提供计量保证所开展的各项活动。对于企业计量管理来说,日本对“企业计量管理”定义为:“为了科学、合理地进行企业的各项活动,有效而切实地采用计量检测手段,并将计量检测手段形成体系”,日本首先提出计量体系的思想。为了使企业计量管理被更加深刻地得到认识,日本计量管理协会目前正在大力宣传,积极推行“计量保证”的特定名词。“计量保证”是企业计量管理的核心部分。原苏联将全面实现“计量保证”的思想也运用到企业中,它不仅限于测量技术,而且包括对所有产品质量参数的检验、分析、试验技术;不仅限于测量、试验与检验的器具,而且包括所进行的方法。“计量保证”即计量管理的方法之一,它贯穿于影响产品质量的全过程,就是说从原料、材料的验收到成品出厂,都有计量保证的任务。在美国,也广泛提出了“计量保证”的思想,并提出“计量保证方案”及“计量保证方法”的概念,“计量保证方案”侧重于量值溯源。“计量保证方法”侧重于企业计量的测量过程控制。综上所述,计量管理的范围比以前扩大了,计量管理的职能也比以前加强了,计量管理的内容比以前丰富了,计量管理的概念已经广泛渗入到工业计量测试的各个领域,渗透到控制工艺过程的各个环节。这就是70到80年代计量管理的新发展。在90年代,世界各国对计量管理又提出了更加深入和广泛的新发展,其特点是将测量设备的管理发展到测量数据的管理,从狭义的计量管理发展到广义的计量管理,它不但强调对测量设备本身的管理,还强调对测量过程的控制。工业计量的对象主要是除了商贸企业之外的企业,它包括工业企业,交通企业,建筑企业,其它服务性企业。因此,工业计量范围也是指在上述领域中的计量工作。计量工作又包括计量管理工作和计量技术工作。也可以认为工业计量在上述领域中包括以计量技术为核心的计量管理工作。工业计量与法制计量和科学计量密不可分。在企业计量工作中有一部分工作是属于法制计量的内容,也就是说,凡是《计量法》规定的应该属于法制计量的内容;企业计量中也有大量的科学计量工作,包括计量学的范畴都属于科学计量的内容。因此,工业计量是一个广义的概念,它与企业计量也有区别。工业计量一般是为了区别法制计量和科学计量而提出来的,它不包括法制计量,它只包括一部分科学计量;而企业计量是指除了商贸企业之外的企业计量,它既含有法制计量和科学计量的内容,只不过比例有所不同。在企业计量中,工业计量的内容占主导,法制计量的内容占的较少,科学计量也有一部分内容。企业计量工作应以企业自身的需要为主,它只涉及很少的外部利益关系。因此,我们对企业计量是采用指导、帮助、服务的方式,只对其中的法制计量工作采取监督的方式,就是这个道理。
测量(Measurement)
以确定量值为目的的一组操作。操作可以是自动地进行的。测量有时也称计量。
⒒〔量的〕真值(true value of a quantity)
与给定的特定量的定义一致的值。量的真值只有通过完善的测量才能有可能获得。真值按其本性是不确定的。与给定的特定量定义一致的值不一定只有一个。(JJF)
⒓〔量的〕约定真值(conventional true value of a quantity)
对于给定目的具有适当不确度的、赋予特定量的值,有时该值是约定采用的。例:a)在给定地点,取由参考标准复现而赋予该量的值作为约定真值。b)常数委员会(CODATA)1986年推荐的阿伏加德罗常数值6.022 1367×1023mol-1。注:⑴约定真值有时称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值。参考值在这种意义上使用不应与5.7条注中的参考值混淆。⑵常常用某量的多次测量结果来确定约定真值。(JJF)
⒔ 影响量(influence quantity)
不是被测量但对测量结果有影响的量。例:(a)用来测量长度的千分尺的温度; (b)交流电位差幅值测量中的频率;(c)测量人体血液样品血红蛋白浓度时的胆红素的浓度。(JJF)
⒕〔测量仪器的〕示值(indication of a measuring instrument)
测量仪器所给出的量值。注:⑴由显示器读出的值可称为直接示值,将它乘以仪器常数即为示值。⑵这个量可以是被测量、测量信号或用于计算被测量之值的其它量。⑶对于实物量具,示值就是它所标出的值。(JJF)
测量结果(result of a measurement)
测量所得到的赋予被测量的值。注:在给出测量结果时,应说明它是示值、未修正测量结果或已修正测量结果,还应表明它是否为几个值的平均。在测量结果的完整表述中应包括测量不确定度,必要时还应说明有关影响量的取值范围。(JJF)
⒗〔测量结果的〕重复性(repeatability [of results of measurements])
在相同测量条件下,对同一个被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。注:⑴这些条件称为重复性条件。⑵重复性条件包括: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测量仪器、相同地点、在短时间内重复测量。⑶重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。(JJF)
⒘〔测量结果的〕复现性(reproducibility [of results of measurements])
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。注:⑴在给出复现性时,应有效说明改变条件的详细情况。⑵改变条件可包括:测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量标准、地点、使用条件、时间。⑶复现性可用测量结果的分散性定量地表示。⑷测量结果在这里通常理解为已修正结果。(JJF)
⒙包含因子(coverage factor):为求得扩展不确定度,对合成标准不确定度所乘之数字因子。注:⑴包含因子等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比。⑵包含因子有时也称覆盖因子。(JJF)
⒚偏差(deviation)
一个值减去其参考值 (JJF)
⒛系统误差(systematic error)
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。如真值一样,系统误差及其原因不能完全获知。对测量仪器而言,参见“偏移”。(JJF)
21.修正值(correction)
代数方法与未修正测量结果相加,以补偿其系统误差的值。修正值等于负的系统误差。由于系统误差不能完全获知,因此这种补偿并不完全。(JJF)
22.修正误差(correction factor)
为补偿系统误差而志未修正测量结果相乘的数字因子。由于系统误差不能完全获知,因此这种补偿并不完全。(JJF)
23.测量仪器(measuring instrument)
计量器具,单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。(JJF)
24.实物量具(material measure)
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器具。例:(a)砝码;(b)(单值或多值、带或不带标尺的)量器;(c)标准电阻;(d)量块;(e)标准信号发生器;(f)参考物质。注:这里的给定量亦称为供给量。(JJF)
25.测量系统(measuring system)
组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其它设备。例:(a)测量半导体材料电导率的装置;(b)校准体温计的装置。测量系统可以包含实物量具和化学试剂。固定安装着的测量系统称为测量装置。(JJF)
26.额定操作条件(rated operation conditions)
测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。额定操作条件一般规定被测量和影响量的范围或额定值。(JJF)
27.极限条件(limiting conditions)
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而能承受的极端条件。贮存、运输和运行的极限条件可以各不相同。极限条件可包括被测量和影响量的极限值。(JJF)
28.参考条件(reference conditions)
测量仪器的性能试验或为测量结果的相互比较而规定的使用条件。参考条件一般包括作用于测量仪器的影响量的参考值或参考范围。(JJF)
29.测量仪器的〔示值误差(error [of indication] of a measuring instrument)
测量仪器示值与对应输入量的真值之差。由于真值不能确定,实用上用的是约定真值。此概念主要应用于与参考标准相比较的仪器。就实物量具而言,示值就是赋予它的值。
30.测量仪器的〕最大允许误差(maximum permissible errors [of a measuring instrument])
对给定的测量仪器,规范、规程等所允许的误差极限值。有时也称测量仪器允许误差限。(JJF)
31.〔测量仪器的〕重复性(repeatability [of a measuring instrument])
在相同测量条件下,重复测量同一个被测量,测量仪器提供相近示值的能力。这些条件包括:相同的测量程序;相同的观测者;在相同条件下使用相同的测量设备;在相同地点;在短时间内重复。重复性可用示值的分散性定量地表示。(JJF)
32.〔测量仪器的〕引用误差(fiducial error [of a measuring instrument])
测量仪器误差除以仪器的特定值。
注:该特定值一般称为引用值,例如可以是测量仪器的量程或标称范围的上限。(JJF)
33.〔测量〕标准([measurement] standard,etalon)、〔计量〕基准、标准
为了定义、实现、保存或复现量的单位或一个或多个量值,用作参考的实物量具、测量仪器参考物质测量系统。例:(a)1kg质量标准;(b)100Ω标准电阻;(c)标准电流表;(d)铯频率标准;(e)标准氢电极;(f)有证的血浆中可的松浓度的参考溶液。注:⑴一组相似的实物量具或测量仪器,通过它们的组合使用所构成的标准称为集合标准。⑵一组其值经过选择的标准,它们可单个使用或组合使用,从而提供一系列同种量的值,称为标准组。(JJF)
34.参考标准(reference standard)
在给定地区或在给定组织内,通常具有最高计量学特性的测量标准,在该处所做的测量均从它导出。(JJF)
35.工作标准(working standard)
用于日常校准或核查实物量具、测量仪器或参考物质的测量标准。注:⑴工作标准通常用参考标准校准。⑵用于确保日常测量工作正确进行的工作标准称为核查标准。(JJF)
36.传递标准(transfer standard)
测量标准相互比较中用作媒介的测量标准。当媒价不是测量标准时,应该用术语传递装置。(JJF)
37.溯源性(traceability)
通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链,使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准,通常是与测量标准或国家测量标准联系起来的特性。此概念常用形容词可溯源的表述。这条不间断的比较链称为溯源链。(JJF)
38.校准(calibration)
在规定条件下,为确定测量仪器测量系统所指示的量值,或实物量具或参考物质所代表的量值,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。校准结果既可赋予被测量以示值,又可确定示值的修正值。校准也确定其它计量特性,如影响量的作用。校准结果可以记录在校准证书或校准报告中。(JJF)
39.参考物质(reference material (RM))、标准物质
具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性,用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。参考物质可以是纯的或混合的气体、液体或固体,例如校准粘度计用的水、量热计法中作为热容量校准物的兰宝石,化学分析校准溶液。(JJF)
40.有证参考物质(certified reference material (CRM))、有证标准物质
附有证书的参考物质,其一种或多种特性值用建立了溯源性的程序确定,使之可溯源到准确复现的表示该特性值的测量单位,每一种出证的特性值都附有给定置信水平不确定度。有证参考物质一般成批制备,其特性是通过对代表整批物质的样品进行测量而确定,并具有规定的不确定度。当物质与特制的器件结合时,例如已知三相点的物质装入三相点瓶、已知光密度的玻璃组装成透射滤光片、尺寸均匀的球状颗粒安放在显微镜载片上,有证参考物质的特性有时可方便和可靠地确定。上述这些器件也可以认为是有证参考物质。所有有证参考物质均应符合本规范中测量标准的定义。有些参考物质和有证参考物质,由于不能和已确定的化学结构相关联或出于其它原因,其特性不能按严格规定的物理和化学测量方法确定。这类物质包括某些生物物质,如疫苗、世界卫生组织已经规定了它的国际单位。 (JJF)
41.取样检验(sampling inspection)
根据取自整批计量器具中有限数量样品的检验结果,对计量器具所作的检验。(JJF)
42.OIML国际建议(OIML international recommendation)
国际法制计量组织两类主要出版物之一,这类出版物是典型的法规,旨在提出某种计量器具必需具备的计量特性,并规定了检查其合格与否的方法和设备。(JJF)
43.OIML 国际文件(OIML international document)
国际法制计量组织两类主要出版物之一,这类出版物实质是中提供资料,旨在改进计量机构的工作。
42.OIML 计量器具证书制度(OIML certificate system for measuring instruments)
在自愿基础上,对符合国际法制计量组织建议的计量器具,进行证书签发、注册和使用的一种制度。该制度的目的在于推进、加速和协调那些批准计量器具型式的国家组织或区域组织的工作;这些组织在OIML成员或成员集团中是接受国家控制的。该制度的目的也在于在尚无型式批准要求的国家中,促进计量器具的首次检定。(JJF)
43.OIML合格证书(OIML certificate of conformity)
证明由提交检测的样品所代表的某个计量器具的某个型式、符合OIML国际建议有关要求的文件。该文件由OIML成员国的授权机构签发。(JJF)
44.最佳测量能力(best measurement capability)
通常提供给用户的最高测量水平,它用包含因子k=2的扩展不确定度表示。(JJF)
45.溯源等级图(hierarchy scheme)
一种代表等级顺序的框图,用以表明计量人的计量特性与给定量的基准之间的关系。溯源等级是对给定量或给定型号计量器具所用的比较链的一种说明,以此作为其溯源的证据。(JJF)
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,实际上用的是约定真值;当有必要与相对误差相区别时,误差有时称为测量的绝对误差。但不应与误差的绝对值相混淆,后者为误差的模。其中测量结果定义为:“由测量所得到的而赋予被测量的值。”在给出测量结果时,应说明它是示值、未修正测量结果或已修正测量结果;还应表明它是否为若干个值的平均值。在测量结果的完整表述中,应包括测量不确定度,必要时还应给出自由度及影响量的取值范围。由误差的定义可知,误差表示的是一个量,而不是一个区间。误差按其性质,可以分为随机误差系统误差两类。系统误差的定义为:“在重复性条件下,对同一补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。”如真值一样,系统误差及其原因不能完全获知。对测量仪器而言,其系统误差也称为测旦仪器的偏移。随机误差的定义为:“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结果的平均值之差。”随机误差等于误差减去系统误差。因为测量只能进行有限次数,故可能确定的只是随机误差的估计值。这是1993年国际上对“随机误差”一词的定义作了原则性修改后的新定义。它表明测量结果是真值、系统误差和随机误差三者的代数和。而测量结果与无限多次测量所得结果的平均值(即总体均值)之差,则是这一测量结果的随机误差分量。1993年前,随机误差被定义为“在同一量的多次测量过程中,以不可预知方式变化的测量误差分量”。按该定义,随机误差是误差的一个分量,即它表示的是一个区间。而根据新定义,随机误差是一个量,它是对应于无限多次测量的理想概念,可以确定的只是随机误差的估计值。
47.准确度
测量结果与被测量的真值之间的一致程度。不要用术语精密度代替准确度。准确度是一个定性的概念。根据该定义,准确度是一个定性的概念,而不宜将其定量化。目前有些测量仪器的说明书或技术规范中规定的准确度,实际上是仪器的最大允许误差或允许的误差限。
测量不确定度的定义:“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。”此参数可以是标准偏差或其倍数,也可以是给定概率下置信区间的半宽。测量不确定度由多个分量组成。其中一些分量可由测量列的测量结果按统计分布评定,以实验标准差表征一些分量可基于经验或其它信息按假定的概率分布评定,也以标准差表征。测量结果应理解为被测量之值的最佳估计。全部不确定度分量均贡献给了分散性,其中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。
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