测试与计量技术基础(周渭)第2章 量和单位制

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1、第2章量和单位制2.1量2.2单位和单位制2.3国际单位制及其使用方法2.4我国的法定计量单位习题2.1量2.1.1量的种类根据量在计量学中所处的地位和作用,有不同的分类方法。1．基本量和导出量基本量是“在量制中,约定地认为是彼此独立的量”；导出量是“在量制中,为该量制基本量的函数所定义的量”。基本量和相应导出量的特定组合构成整个科学领域或某个专业领域的“量制”。如在力学领域里,公认的基本量有三个：长度、质量和时间；在电磁学中,还要增加一个基本量电流；在热学中,则要增加一个基本量温度；在整个科学领域里,则还有物质的量和发光强度两个基本量。由此可见,

2、基本量的数目不可能很多,而导出量是根据它的物理公式,由几个基本量推导出来的,因而数量比较多。2．被计量的量和影响量在计量中,经常会遇到被计量的量和影响量。被计量的量是要求计量的量。影响量不是计量对象,但却影响被计量的量值或计量仪器示值。虽然影响量不直接反映被计量对象的量值,但对计量结果有重大影响。在进行计量时,不能只满足于获得直接的计量结果,还应该注意影响量的作用,这在高精度计量中尤为重要。影响量来源于环境条件和计量器具本身,如环境温度、气压、湿度、地磁场、重力场、振荡、环境噪声、电源电压、电源频率及计量器具的安装位置和本身的结构变化等等。因此

3、,在进行任何计量时,必须考虑这类因素的影响。现在,避免和减小影响量的方法比较多,大体上有两种：一种是尽量消除影响源,另一种是在影响存在的情况下采取相应的处理方法减小影响量的影响。针对后者已经有了一些软件处理方法,如卡尔曼滤波等。3．有源量与无源量有些计量对象具有一定的能量,如温度、力、照度等,观察者无需为计量中的信号提供外加能源,这类量称为有源量。在进行精密计量时,应力求使从计量对象获取的能量不导致计量对象原有状态的变化。有些计量对象本身没有能量,如长度、角度等空间位置及硬度等材料特性,为了能够对这些对象进行计量,必须从外界获取能量,这类量称为

4、无源量。电学计量中的量,如电流、电压、功率、电能、相位、频率等,通常可以直接用计量器具进行计量,属于有源量；而电阻、电感、电容、互感等电路元件的参量,计量时必须有外接电源,属于无源。在我国的实际工作中,将计量按学科划分为10大类：几何量、力学、温度、电磁、电子、时间频率、电离辐射、声学、光学和化学（标准物质）。2.1.2量值的概念由一个数和合适的计量单位表示的量称为量值。即量由数值和计量单位两部分组成,且其所选用的单位大小要合适。对于同一个量,用的计量单位不同,其表示的数值也不同,并不完全统一。关于“量值统一”,比较确切的用语应该是量值准确、一致。

5、它可以理解为：在单位量值的传递中,所用的各级标准计量器具以及由它们检定或校准的计量器具的量值,都可以溯源到国家计量基准,它们的量值在规定误差范围内保持一致。为了实现量值一致,必须用法律形式或行政命令办法通过国家法定计量单位,统一全国计量单位制度；建立复现计量单位的国家计量基准和传递所需的各级计量标准,还要制定相应的计量检定系统和检定规程等技术法规,以确定被认可的被检项目、设备、方法和环境条件等。同时,计量人员也必须经过严格的培训和考核,以能正确完成计量过程。2.2单位和单位制2.2.1单位的概念计量单位是“约定采用的特定量,用以定量表示具有相同

6、量纲的量”。这个定义也可以表示为“习惯上公认数值为1的一个量值”。首先,它明确表示,计量单位是数值等于1的特定量,在计量过程中起已知其值的比较标准之用；其次,单位是用来定量表示具有相同量纲的量,这就可以比较同量纲量的大小。但是应该注意,有个别量同量纲但不同单位,例如力矩和功、材料强度和压力的量纲相同,但是都用各自的计量单位。由选定的一组基本单位和根据定义方程式由它们及一定的比例因数构成的导出单位,所组成的单位体系,称为单位制。在不同的单位制中,同一个量可以有大小不等的计量单位,例如长度单位在CGS制中为厘米,在MKS制中为米。每个计量单位都有相应的

7、名称和符号，如在国际单位制中,长度单位为“米”,其符号为“m”；力的单位为“牛顿”,其符号为“N”。同一个量可以用不同的单位表示,得到不同的数值,单位与数值适成反比。任何量与所选用的计量单位无关,单纯的数值不能表达量的属性。在多种单位制并存的情况下,同一个量的两种计量单位之比k称为“单位换算系数”。如在国际单位制中,力的单位是牛顿,而在CGS制中,是达因(dyn),它们的换算系数可按下式计算：计量单位的定义,特别是基本单位的定义,并不是一成不变的,它随着科学技术的发展而重新定义,以体现现代计量学的成就和水平。单位定义的更改不等于单位量值的变化。恰

8、恰相反,单位定义的更改是在保持量值一致的前提下,完善单位复现的方法,并能提高复现的准确度。如以长度单位“米”