1、第第1 1章章 測試計量基礎測試計量基礎測試計量有關的基本概念測試計量有關的基本概念量值傳遞與檢定測試量值傳遞與檢定測試計量誤差計量誤差第第2 2章章 各種物理量的測試計量各種物理量的測試計量 基本測試計量方法基本測試計量方法時間頻率、電磁學、無線電電子測試計量時間頻率、電磁學、無線電電子測試計量幾何量、溫度、力學、光學計量測試計量幾何量、溫度、力學、光學計量測試計量第第3 3章章 經典誤差理論經典誤差理論誤差性質與處理誤差性質與處理誤差的合成與分配誤差的合成與分配第第4 4章章 測量不確定度測量不確定度第第5 5章章 測量數據處理測量數據處理 最小二乘法最小二乘法 回歸分析回歸分析 第第6

2、6章章 動態測試及數據處理動態測試及數據處理參考書目參考書目1.1. 周渭，測試與計量技術基礎，西安電子科技大學出版社，周渭，測試與計量技術基礎，西安電子科技大學出版社，200420042.2.梁晉文，誤差理論與數據處理，中國計量出版社，梁晉文，誤差理論與數據處理，中國計量出版社，20012001 測試（測試（TestTest）：加入一定激勵信號后，用一定的測量儀器：加入一定激勵信號后，用一定的測量儀器測量某一參數的變化或響應。測量某一參數的變化或響應。 測量（測量（MeasurementMeasurement）：用一定的儀器和工具測定某一參數：用一定的儀器和工具測定某一參數或指標?；蛑笜?。以

3、確定被測對象的量值為目的的一組操作。用實驗方法，以確定被測對象的量值為目的的一組操作。用實驗方法，將物理量與作為單位量的量值相比較求出其比值的過程。將物理量與作為單位量的量值相比較求出其比值的過程。 計量（計量（MetrologyMetrology）：為實現測量單位的統一和被測量值準：為實現測量單位的統一和被測量值準確可靠的活動。計量源于測量，而又嚴于測量。確可靠的活動。計量源于測量，而又嚴于測量。狹義的計量指計量單位及其基準、標準與量值的傳遞等；狹義的計量指計量單位及其基準、標準與量值的傳遞等；廣義的計量則包括了所有的測量。廣義的計量則包括了所有的測量。 計量學計量學：研究測量、保證測量統一

4、和準確的科學，關于計：研究測量、保證測量統一和準確的科學，關于計量理論與實踐的知識領域。量理論與實踐的知識領域。 計量單位及其基準、標準的建立，基準和標準的復制、保計量單位及其基準、標準的建立，基準和標準的復制、保存和傳遞；存和傳遞； 擬訂測試計量方法、設計計量器具，以便實施計量；擬訂測試計量方法、設計計量器具，以便實施計量； 分析和估計測量結果的不確定度，設法減小誤差，提高計分析和估計測量結果的不確定度，設法減小誤差，提高計量精度；量精度； 采取措施保證國家內部和國際間計量量值的統一性，研究采取措施保證國家內部和國際間計量量值的統一性，研究計量的法制和管理。計量的法制和管理。 測試計量技術：

5、測試計量技術：挑戰物理極限，協助物理挑戰極限；受各技術支援，又回饋挑戰物理極限，協助物理挑戰極限；受各技術支援，又回饋各支援技術各支援技術跨技術譜域最寬，也最易被忽視的技術跨技術譜域最寬，也最易被忽視的技術純粹以應用為導向，可以學習其知識而無法學習其智慧的技純粹以應用為導向，可以學習其知識而無法學習其智慧的技術，需要對物理現象通盤了解的理工科人才術，需要對物理現象通盤了解的理工科人才自己會自己會“管管”自己的技術，制造業之母，自己的技術，制造業之母，“以其微而知其著以其微而知其著”計量是靈魂計量是靈魂儀器儀器：測量、測試計量技術的外顯表征。根據應用需要，結合測量測量、測試計量技術的外顯表征。根

6、據應用需要，結合測量原理，經雛形到商品化的漫長過程。原理，經雛形到商品化的漫長過程?！斑z棄遺棄”產業產業 ，難度大、風險大、獲利慢。，難度大、風險大、獲利慢。 計量的特點計量的特點 準確性：準確性：給定的誤差范圍（不確定度）給定的誤差范圍（不確定度） 一致性：一致性：計量單位統一是量值統一的重要前提。計量單位統一是量值統一的重要前提。 溯源性：溯源性：任何一個計量結果都能通過連續的比較鏈與原始任何一個計量結果都能通過連續的比較鏈與原始的標準器具聯系起來。溯源性是準確性和一致性的技術歸的標準器具聯系起來。溯源性是準確性和一致性的技術歸宗。宗。 法制性：法制性： 與科學技術、工農業生產、人民生活、

7、貿易息息相關，相互推動與科學技術、工農業生產、人民生活、貿易息息相關，相互推動。哥百尼的天體運行學說，是伽利略發明了望遠鏡并進行實際觀測后哥百尼的天體運行學說，是伽利略發明了望遠鏡并進行實際觀測后才得以確立；才得以確立；萬有引力定律被牛頓揭示百年之后，經過實際計量驗證被確認；萬有引力定律被牛頓揭示百年之后，經過實際計量驗證被確認；相對論是在頻率精密計量的基礎上才得到比較明確的驗證。相對論是在頻率精密計量的基礎上才得到比較明確的驗證。第一次技術革命第一次技術革命：蒸汽機、機械工業的興起。：蒸汽機、機械工業的興起。 經典力學和熱力學。經典力學和熱力學。壓力、膨脹系數、燃燒效率的測試計量，幾何量的計

8、量壓力、膨脹系數、燃燒效率的測試計量，幾何量的計量第二次技術革命第二次技術革命：電的產生和應用。歐姆定律、法拉第電磁感應定：電的產生和應用。歐姆定律、法拉第電磁感應定律以及麥克斯韋電磁波理論推動電磁計量和無線電計量律以及麥克斯韋電磁波理論推動電磁計量和無線電計量第三次技術革命第三次技術革命：量子力學、核物理學的創立和發展，核能及化工：量子力學、核物理學的創立和發展，核能及化工等的開發和應用。等的開發和應用。經典計量進入量子計量的新階段經典計量進入量子計量的新階段第四次技術革命第四次技術革命：微電子與計算機，信息革命。精密計量的保證作：微電子與計算機，信息革命。精密計量的保證作用。用。GPSGP

9、S與頻率計量、二代導航衛星的時間頻率標準銫鐘銣鐘。與頻率計量、二代導航衛星的時間頻率標準銫鐘銣鐘。 1 1. .量和量值量和量值量：量：“現象、物體和物質的可定義性區別與定量確定的一種現象、物體和物質的可定義性區別與定量確定的一種屬性屬性”。描述大小、長短等概念。描述大小、長短等概念。數值數值+ +計量單位計量單位基本量和導出量：基本量和導出量： 基本量和導出量的特定組合構成整個科學領域或某個專業領域的基本量和導出量的特定組合構成整個科學領域或某個專業領域的“量制量制”。 基本量：量制中約定認為是彼此獨立的量，如力學領域：長度、質基本量：量制中約定認為是彼此獨立的量，如力學領域：長度、質量、時

10、間；量、時間； 導出量：為該量制基本量的函數所定義的量；導出量：為該量制基本量的函數所定義的量； 量值：量值： 一個數和合適的計量單位表示的量。一個數和合適的計量單位表示的量。 同一個量，計量單位不同，其表示的數值也不同同一個量，計量單位不同，其表示的數值也不同。 2.2.單位和單位制單位和單位制 單位單位：“約定采用的特定量，用以定量表示具有相同量綱的約定采用的特定量，用以定量表示具有相同量綱的量量”。“習慣上公認數值為習慣上公認數值為1 1的一個量值的一個量值” 基本單位和導出單位基本單位和導出單位：基本單位是：基本單位是“給定量制中基本量的單給定量制中基本量的單位位”，導出單位是，導出單

11、位是“給定量制中導出量的計量單位給定量制中導出量的計量單位”。例如：例如：MKSMKS（米千克秒）制中，（米千克秒）制中，cmcm為導出單位。為導出單位。 單位制單位制：由選定的一組基本單位和根據定義方程式及一定的：由選定的一組基本單位和根據定義方程式及一定的比例因數構成的導出單位所組成的單位體系。比例因數構成的導出單位所組成的單位體系。 量綱量綱：以量制中基本量的冪的乘積表示該量制中一個量的表：以量制中基本量的冪的乘積表示該量制中一個量的表達式。達式。dimQ=AdimQ=AB BC C例如：長度、質量和時間量制中，力的量綱為例如：長度、質量和時間量制中，力的量綱為LMTLMT-2-2在給定

12、量制中，其表達式內基本量的指數為零的量稱為在給定量制中，其表達式內基本量的指數為零的量稱為“無量綱量無量綱量”?！傲烤V法則量綱法則”：任何表達式，等號兩邊必須具有相同的量綱式。：任何表達式，等號兩邊必須具有相同的量綱式。3.3.國際單位制國際單位制 國際單位制國際單位制19601960年第十一屆國際計量大會決定以年第十一屆國際計量大會決定以米米、千克千克、秒秒、安培安培、開爾文開爾文和和坎德拉坎德拉這六個單位為基本單位的實用計量單位制命這六個單位為基本單位的實用計量單位制命名為國際單位制（名為國際單位制（SISI）。）。19741974年第十四屆國際計量大會又決年第十四屆國際計量大會又決定增加

13、物質量的單位定增加物質量的單位摩爾摩爾作為基本單位。作為基本單位。 國際單位制的構成國際單位制的構成SISI單位單位（基本單位、輔助單位和導出單位）（基本單位、輔助單位和導出單位）SISI單位的十進制倍數和分數單位單位的十進制倍數和分數單位( (由由SISI詞頭和詞頭和SISI單位構成的單位構成的新單位新單位, ,如如cmcm) )SISI詞頭詞頭（與（與SISI單位一起構成十進制倍單位一起構成十進制倍/ /分數單位，如分數單位，如M MHzHz）SI輔助單位輔助單位：弧度弧度：圓內兩條半徑間的平面角，在圓周上所截取的弧長與半徑相等。：圓內兩條半徑間的平面角，在圓周上所截取的弧長與半徑相等。球

14、面度球面度：頂點位于球心的立體角，在球面上所截取的面積等于以球半徑：頂點位于球心的立體角，在球面上所截取的面積等于以球半徑為邊長的正方形的面積。為邊長的正方形的面積。SI導出單位導出單位：用用SISI基本單位表示的基本單位表示的：如：如m m2 2，m/sm/s2 2 用用SISI輔助單位表示的輔助單位表示的：如角速度：如角速度rad/srad/s、輻射強度、輻射強度W/srW/sr（瓦每球面度）（瓦每球面度）具有專門名稱的具有專門名稱的：如：如HzHz、N N、PaPa、J JSI詞頭詞頭：與與SISI單位組合在一起構成十進制的倍數和分數單位，單位組合在一起構成十進制的倍數和分數單位，SIS

15、I規定了規定了1616個：個：dada十十 、hh百百 、k k、M M、G G、TT太太 、PP拍拍 、EE艾艾 dd分分 、cc厘厘 、m m、u u、n n、p p、ff飛飛 、aa阿阿 kg ?kg ?制外單位制外單位：不屬于給定單位制的計量單位，如分、時、日；度；升；噸等不屬于給定單位制的計量單位，如分、時、日；度；升；噸等1.1.定義定義計量儀器（主動式）、量具（被動式）、計量物質及計量裝置的總計量儀器（主動式）、量具（被動式）、計量物質及計量裝置的總稱。計量工作的物質基礎。稱。計量工作的物質基礎。 計量器具的性能特性：漂移、穩定性、超然性（不改變被測量的能計量器具的性能特性：漂移

16、、穩定性、超然性（不改變被測量的能力）、重復性、可靠性力）、重復性、可靠性計量儀器計量儀器：測量并能得到確切量值。如天平、安培計：測量并能得到確切量值。如天平、安培計量具量具：以固定形式復現給定量的一個或多個已知值。如砝碼、容器、：以固定形式復現給定量的一個或多個已知值。如砝碼、容器、量塊、電阻等。一般本身不帶指示器、沒有測量機構、也不含測量量塊、電阻等。一般本身不帶指示器、沒有測量機構、也不含測量過程中運動的計量元件。過程中運動的計量元件。 獨立量具（如容器）和從屬量具（如砝碼）獨立量具（如容器）和從屬量具（如砝碼） 單值量具（如標準量塊）和多值量具（如可變電阻）單值量具（如標準量塊）和多值

17、量具（如可變電阻）計量物質計量物質：具有一種或多種足夠均勻和確定計量特性的物質，用以：具有一種或多種足夠均勻和確定計量特性的物質，用以測定相關物質的化學成分、物理化學特性、工程技術特性，以及校測定相關物質的化學成分、物理化學特性、工程技術特性，以及校準計量裝置、評價計量方法等。準計量裝置、評價計量方法等。計量系統和裝置計量系統和裝置：2.2.分類分類 按用途和在統一單位量值的作用，分為三類按用途和在統一單位量值的作用，分為三類:計量基準計量基準原始標準或最高標準，在特定領域具有當代最高計量特性的原始標準或最高標準，在特定領域具有當代最高計量特性的計量標準，計量的最高依據。國際基準、國家基準。計

18、量標準，計量的最高依據。國際基準、國家基準。計量標準計量標準用以定義、實現、保持或復現計量單位或一個或多個已知量用以定義、實現、保持或復現計量單位或一個或多個已知量值的實物量具、物質、計量儀器或系統。值的實物量具、物質、計量儀器或系統。計量標準應該包括計量基準計量標準應該包括計量基準最高的計量標準。最高的計量標準。標準的等級劃分：零級最高標準的等級劃分：零級最高工作用計量器具工作用計量器具雖不是計量標準，但有計量性能。雖不是計量標準，但有計量性能。3.3.計量基準計量基準 分類分類 主基準主基準：最高計量特性，不輕易使用：最高計量特性，不輕易使用 作證基準作證基準：用于核對主基準的變化，也不用

19、于日常計量：用于核對主基準的變化，也不用于日常計量 副基準副基準：通過直接或間接與主基準比較或用于基準法來定：通過直接或間接與主基準比較或用于基準法來定值的基準，一般可以代替主基準使用。值的基準，一般可以代替主基準使用。 參考基準參考基準：在給定地區或組織內，通常具有最高計量特性：在給定地區或組織內，通常具有最高計量特性的計量標準，在該處所作的計量均由它導出。的計量標準，在該處所作的計量均由它導出。 工作基準工作基準：日常校準或核查實物量具、計量儀器或參考物：日常校準或核查實物量具、計量儀器或參考物質的計量標準，通常由參考基準校準。質的計量標準，通常由參考基準校準。 主要特性主要特性 符合或最

20、接近計量單位定義所依據的基本原理；符合或最接近計量單位定義所依據的基本原理； 良好的復現性，所定義、實現、保持或復現的計量單位具良好的復現性，所定義、實現、保持或復現的計量單位具有當代（或本國）最高精度；有當代（或本國）最高精度； 性能穩定、計量特性長期不變；性能穩定、計量特性長期不變； 能將所定義、實現、保持或復現的計量單位通過一定的方能將所定義、實現、保持或復現的計量單位通過一定的方法或手段傳遞下去。法或手段傳遞下去。發展發展古典階段古典階段：簡陋、主觀因素明顯：簡陋、主觀因素明顯 如：計時如：計時經典階段經典階段：18751875年年“米制公約米制公約”開始。宏觀器具。開始。宏觀器具。

21、根據自然界所存在的一些相對穩定的實物及現象來定義所要根據自然界所存在的一些相對穩定的實物及現象來定義所要求的基準，并用實物來保存。求的基準，并用實物來保存。 如：地球子午線長度的四千萬分之一，用鉑銥合金制造的米如：地球子午線長度的四千萬分之一，用鉑銥合金制造的米原器；原器；1 1立方米的水在密度最大時溫度下的質量，用鉑銥合金立方米的水在密度最大時溫度下的質量，用鉑銥合金制造的千克原器。制造的千克原器?，F代階段現代階段：量子基準，利用微觀世界所固有的穩定性和齊一：量子基準，利用微觀世界所固有的穩定性和齊一性而建立。性而建立。 如：米基準、秒基準、電壓基準（伏特）等如：米基準、秒基準、電壓基準（伏

22、特）等量值傳遞的概念量值傳遞的概念量值傳遞量值傳遞 將國家計量基準所復現的計量單位量值，通過檢定或者其它將國家計量基準所復現的計量單位量值，通過檢定或者其它方式傳遞給下一等級計量標準，并依次逐級傳遞到工作計量方式傳遞給下一等級計量標準，并依次逐級傳遞到工作計量器具，以保證被計量對象量值準確一致。器具，以保證被計量對象量值準確一致。 由于傳遞方式的進步，出現了通過無線電方式的由于傳遞方式的進步，出現了通過無線電方式的跨級傳遞跨級傳遞，如時間、頻率量值傳遞。如時間、頻率量值傳遞。量值準確一致的前提量值準確一致的前提溯源性溯源性被計量量必須具有能與最高基準相聯系的特性。逐級往上追被計量量必須具有能與

23、最高基準相聯系的特性。逐級往上追溯，量值傳遞概念的逆過程。溯，量值傳遞概念的逆過程。量值傳遞與保證量值準確一致的基礎量值傳遞與保證量值準確一致的基礎 科學基礎科學基礎：計量理論計量理論 技術基礎技術基礎：保證以最高準確度復現計量單位的國家計量基保證以最高準確度復現計量單位的國家計量基準體系；將國家計量基準的量值傳遞到工作計量器具的計準體系；將國家計量基準的量值傳遞到工作計量器具的計量標準體系；用以保證計量器具準確一致的標準物質體系；量標準體系；用以保證計量器具準確一致的標準物質體系；計量器具的研制、定型鑒定、生產及修理體系；計量器具計量器具的研制、定型鑒定、生產及修理體系；計量器具的檢定體系。

24、的檢定體系。 法制基礎法制基礎：計量法及有關法規、計量檢定系統、計量檢定計量法及有關法規、計量檢定系統、計量檢定規程、法定性質的操作規范。規程、法定性質的操作規范。 組織基礎組織基礎：國家計量部門、各級地方計量部門、各部委系國家計量部門、各級地方計量部門、各部委系統的計量部門及有關研究結構、各單位計量機構及實現室、統的計量部門及有關研究結構、各單位計量機構及實現室、培養計量人才的院校。培養計量人才的院校。計量檢定規程計量檢定規程計量檢定計量檢定：為評定計量器具的計量性能，確定其是否合格所：為評定計量器具的計量性能，確定其是否合格所進行的全部工作進行的全部工作計量檢定規程計量檢定規程：為檢定計量

25、器具而制定的：為檢定計量器具而制定的技術法規技術法規，對規程，對規程適用范圍、計量器具名稱、計量性能、檢定項目、檢定方法、適用范圍、計量器具名稱、計量性能、檢定項目、檢定方法、檢定條件、檢定數據的處理以及檢定周期等都有明確的規定。檢定條件、檢定數據的處理以及檢定周期等都有明確的規定。 計量鑒定規程由國務院計量行政部門統一組織制定和頒布。計量鑒定規程由國務院計量行政部門統一組織制定和頒布。檢定測試的基本條件檢定測試的基本條件檢測標準檢測標準：精度按一定級別優于被檢器具：精度按一定級別優于被檢器具檢測方案檢測方案：精度損失小、可靠性高、簡單易行：精度損失小、可靠性高、簡單易行輔助設備輔助設備：避免

26、引入附加誤差：避免引入附加誤差環境條件環境條件：相對比較嚴格：相對比較嚴格數據處理方法數據處理方法： 檢定測試中器具合格的判斷檢定測試中器具合格的判斷標準器具誤差可忽略的條件標準器具誤差可忽略的條件 設標準器具誤差設標準器具誤差Xs，被檢器具誤差為，被檢器具誤差為X，總誤差，總誤差XtXt =Xs +XXs Xs 、X X都只含系統誤差都只含系統誤差Xs e Xmax e 不合格，反之則合格不合格，反之則合格 根據標準和被測器具的容許誤差限判斷根據標準和被測器具的容許誤差限判斷設標準和被測器具的容許誤差限分別為設標準和被測器具的容許誤差限分別為n n和和e e 標準和被測器具都只含系統誤差標準

27、和被測器具都只含系統誤差總誤差總誤差| |Xt | n + e Xt | n + e 不合格不合格總誤差總誤差| |Xt |= e-n Xt | Xmax| 不合格，反之則合格不合格，反之則合格22ne A0 A0 真值真值 ？只有理論意義。？只有理論意義。 測量不確定度測量不確定度通常以通常以“指定值指定值”AsAs、“實際值實際值”A A、或估計值、或估計值代替代替 1。計量誤差的定義。計量誤差的定義0AXX修正值修正值XC2。計量誤差的表征。計量誤差的表征絕對誤差與相對誤差絕對誤差與相對誤差 實際相對誤差實際相對誤差 （A A實際值）實際值） 標稱相對誤差標稱相對誤差 （x x測定值）測定值） 滿度相對誤差（引用誤差）滿度相對誤差（引用誤差）電工儀表按最大引用誤差分電工儀表按最大引用誤差分7 7級：級：0.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5, 5.00.1, 0.2, 0.5, 1, 1.5, 2.5, 5.0。引用誤差實際給出的是絕對誤差，為了減小相對誤差，選擇量程時應引用誤差實際給出的是絕對誤差，為了減小相對誤差，選擇量程時應使指針盡可能接近滿度值。使指針盡可能接近滿度值。 分貝誤差分貝誤差對電壓對電壓/ /電流類參量：電流類參量： )(lg200dBAD )(lg(200dBxADD00069. 8lg20)(/1lg(20AXAXdBAxD對功率類參