1、1,计量技术基础,选用教材：计量学基础 主讲教师：郑方燕 E-mail:,中国计量学院计量测试工程学院,2,第一章 绪论,第一节 计量的作用和意义,任何事物都是由一定的“量”组成，并通过“量”来体现其状态。为了认识“量”并确切获得其量值，只有采用计量的方法实现。科学上通过计量测试手段产生重大发现例子有1、万有引力定律精密扭秤实验2、相对论水星近日点移动、光线在重力场中的弯曲、引力红移三大实验3、关于弱相互作用下宇称不守恒的理论 衰变实验（吴健雄）,一、 计量与科学技术,中国计量学院计量测试工程学院,3,中国计量学院计量测试工程学院,4,著名科学家门捷列夫说：“没有计量，就没有科学”。意为自从有
2、了计量手段才逐步形成了科学理论。聂荣臻元帅：“科技要发展，计量须先行；没有计量，寸步难行。”,第一节 计量的作用和意义,中国计量学院计量测试工程学院,5,二、 计量与生产,计量被称为“工业生产的眼睛”，渗透在产品生产的每个环节，是评定产品等级的依据。如某些钢铁生产企业的板材轧制工艺中就需要对煤气进行准确计量，否则，会造成温度不足产品质量下降或既烧损了钢材又多燃烧了煤气的双重浪费问题。先进制造业中的计量检测技术已成为提高质量、降低成本的重要手段。(电离辐射技术育种、保鲜)世界工业国家将计量检测、原材料和工艺并列为现代化生产的三大支柱。,第一节 计量的作用和意义,中国计量学院计量测试工程学院,6,
3、三、 计量与国防,现代战争需要现代化的武器装备作保证。现代化武器研制、生产需要先进的计量测试技术做基础。2005年我国“神舟”6号飞船的发射成功，2007年我国成功发射了“嫦娥一号”深空探测卫星，标志着我国宇航计量技术已达到国际领先水平。国防科研对计量技术非常重视，各部门都设有高水平的计量站（所），负责本领域的量传与溯源工作。,第一节 计量的作用和意义,中国计量学院计量测试工程学院,7,留给我们的思考题,现代战争,中国驻南联盟大使馆被炸,伊拉克战争：斩首行动 Decapitation Strike 震慑行动：Operation Shock and Awe 2003年3月20日10时34分200
4、3年5月2日上午9时（北京时间）,1999年05月08日,精确制导炸弹的精确度,时间基准,中国计量学院计量测试工程学院,8,留给我们的思考题,误炸与误伤（2003年伊拉克战争）,3月23日，一枚“爱国者”导弹击落了一架在伊拉克和科威特边界飞行的英国空军的一架“旋风”战斗机，造成两名飞行员死亡。 3月24日，一架美国空军的 F-16战斗机用反辐射导弹 A G M-88把一个用来控制“爱国者”导弹发射的相控阵雷达击毁。 4月2日，一枚“爱国者”导弹将正在伊拉克中部卡尔巴拉地区执行近距空中支援任务的 F/ A-18战斗机击落，造成一名飞行员死亡。 4月6日，一架美军的 F-15战斗机在伊拉克北部误炸
5、了一支由美军特种部队和库尔德人武装组成的车队，造成一人死亡、多人受伤。 3月21日，美军发生两架直升机相撞事件。开战之初，美军的一架 A 10攻击机还攻击了英军的装甲车队。,中国计量学院计量测试工程学院,9,四、 计量与人民生活,在现代生活中，计量科学技术时刻伴随着我们。我们非常关注日常购物涉及的计量器具、家用电能表、煤气表、水表和热能表（俗称“民用四表”）的准确性。出租车计价器、加油站流量表、车速测定仪等计量准确性也是人们投诉较多的问题。(山鹿奶粉事件，食品添加刘)医学仪器的准确性一直受到国家重视，量传与溯源体系也逐渐在完善。但还有许多问题需要解决，值得引起我们的高度重视。,第一节 计量的作
6、用和意义,中国计量学院计量测试工程学院,10,留给我们的思考题,不沾锅的毒性“特富龙”全氟辛酸检测,技术壁垒：衡量检测技术,2004年7月8日 美国环保署（EPA）表示，由于杜邦公司20年来均未通报制造特富龙的一种关键原料全氟辛酸铵，可能会给人类健康带来潜在危害，拟对其处以数亿美元的重罚。,特富龙（Teflon）是美国杜邦公司对其研发的所有碳氢树脂的总称。由于其独特优异的耐热（180260）、耐低温（200）、自润滑性及化学稳定性能等，曾被称为“拒腐蚀、永不沾的特富龙”。它在不粘锅，其他如衣物、家居、医疗甚至宇航产品中也有广泛应用。,中国计量学院计量测试工程学院,11,全氟辛酸铵 Ammoni
7、um Perfluoroocatanate,商品名称：全氟烷基羧酸铵 分子式：C8HF15O2N 物化性质：可溶于水、甲醇、丙酮，熔点：130（分解） 主要用途：用作分散剂、乳液聚合法合成PVC,国家质检总局已经组织中国检验检疫科学研究院研究出不粘锅“特富龙”涂层中全氟辛酸的测定方法（包括气相色谱法和液相色谱法），对不同环境下（包括高温条件下）全氟辛酸铵的含量及特性进行研究；同时将就全氟辛酸对人体健康的危害进行研讨和论证。,中国计量学院计量测试工程学院,12,五、 计量与贸易,目前世界已进入经济全球化的阶段，商贸计量得到广泛发展。经济贸易科学、准确、公正需要先进的计量测试技术做基础。我国加入W
8、TO后，出现许多技术性贸易壁垒，如欧盟针对浙江打火机产品提出的“CR法案”，被中外媒体广泛称为“中国加入WTO第一案”，是典型的技术性贸易壁垒。最近，由中国计量学院和宁波出入境检验检疫局联合开发的检测仪器使这一问题得到较好解决。,第一节 计量的作用和意义,中国计量学院计量测试工程学院,13,留给我们的思考题,中日农产品贸易摩擦,2000年12月，日本宣布对自中国进口的大葱、鲜香菇等进行调查。 2001年03月27日，日本农林水产省大臣谷津义男宣布，从4月1日起到10月底，对所有进口农产品实施检疫管理。 2001年04月23日零时起，日本对中国出口的大葱、鲜香菇、蔺草席实施的临时紧急限制进口措施
9、开始生效，一直持续到11月8日。 2002年04月，日本认为从中国进口的菠菜、松蘑、青豆荚等蔬菜的毒死蜱(一种农药)的含量超标。并将检出的个案通过媒体大肆炒作。国际上通行的标准是每公斤零点零五毫克，而日本针对中国农产品却提出了每公斤零点零一毫克的苛刻标准。,技术壁垒：衡量检测技术,中国计量学院计量测试工程学院,14,竞技体育中的检测技术,兴奋剂 Doping,加拿大著名短跑运动员本约翰逊 在1988年汉城奥运会上因药检阳性而被取消金牌（9.79 秒）,1904年美国圣路易斯奥运会，美国马拉松运动员托马斯西柯斯服用了大量的混合了鸡蛋清的的士宁，成为奥运史上第一位有案可查的服药选手。 1908年奥
10、运会，意大利马拉松运动员多兰多彼得里跑到终点处虚脱倒地，被认为是服用了士的宁（strychnine）。 1960年，丹麦自行车运动员克纳德延森在公路自行车比赛时突然死亡。 1967年，英国历史上最杰出的自行车运动员、1965年世界冠军汤米辛普森在环法赛途中死于法国境内的旺图山峰。在他的衣服口袋中发现了尚未服用完的安非他明（Amphetamine 苯丙胺）。 1973年，前奥运会链球冠军海尔康诺利承认：“从1964年至1972年，作为我的投掷训练的组成部分，我像我的所有竞争对手一样，一直在使用合成类固醇。” 现在像人体生长激素（HGH）这种因目前找不到满意的检测方法。,中国计量学院计量测试工程学
11、院,15,留给我们的思考题,兴奋剂检测 Doping Control,猫捉老鼠游戏,1964年东京奥运会，首次对自行车运动员进行了小规模的某些药物检测。 1968年格勒诺布尔冬季奥运会和墨西哥城夏季奥运会上，第一次在所有比赛项目中实施了全面的药物检测。 1974年开始采用英国伦敦圣托马斯医院的雷蒙德布鲁克斯教授发明的一种既简单又可靠的分析合成代谢类固醇方法。 1975年4月，国际奥委会宣布禁止使用代谢类固醇方法。 德国科隆兴奋剂检测实验室的前领导人曼弗雷德多尼克教授发明“类固醇显形法”，即使某个运动员在药物检测前几个月已停止服药，仍然能查出该运动员是否使用了激素类药物。这位科学家不幸于1995
12、年8月逝世。,1961年，国际奥委会医学委员会成立于希腊雅典，由阿瑟波里特爵士出任主席。1964年，由比利时的亚历山大德梅罗德亲王担任主席。,中国计量学院计量测试工程学院,16,留给我们的思考题,兴奋剂检测 Doping Control,猫捉老鼠游戏,1989年,国际滑雪联合会才在世界滑雪锦标赛上首次进行血检。 目前难以在尿检中查出的如缩氨酸、荷尔蒙及其同类产品像促红细胞生长素（EPO）、人体生长激素（hGH）等，可以通过血检进行。 1991年，国际奥委会通过了一项议案，在其医务委员会下成立赛外检查委员会，进行飞行检查，简称“飞检”，亦称赛外检查，指的是在比赛以外期间进行的不事先通知的突出性兴
13、奋剂抽查。 国际奥委会已考虑在其总部（瑞士洛桑）建立一所兴奋剂检测实验室，组织一批医生和研究人员继续完成多尼克教授留下的工作，并进行其它开创性的研究，以对付滥用药物者不断更新扩充的药物种类和服用方法。 生物芯片？,自1964年以来,国际上一直采用的是尿检为主，血检为辅的检测原则。,魔鬼,正义,科学技术,中国计量学院计量测试工程学院,17,留给我们的思考题,2008年北京奥林匹克运动会,捉,非商业目的引用,猫,老鼠,游戏,猫,在所有的运动项目中，运动员滥用兴奋剂最严重的依次为自行车、田径、举重、游泳。,中国计量学院计量测试工程学院,18,第二节 计量学、计量和测量,一、 概述,计量这个名词对现代
14、人来说并不陌生，在过去几千年里一直被称为“度量衡”。度：长度，对应的量具是“尺”；量：容量，对应的量具是“斗”；衡：重量，对应的量具是“秤”。解放初期，中央财经委员会技术管理局度量衡处把度量衡称为“计量”。现在，计量已扩展到国民经济各领域。,中国计量学院计量测试工程学院,19,二、 测量,根据计量检定规范JJF1001-1998通用计量术语及定义的规定，测量的定义为：测量：以确定量值为目的一组操作。 （1）要选择相应的测量原理和方法、标准和仪器等； （2）进行一组操作； （3）获得被测量的量值。要注意测量与计量在概念上的区别。,第二节 计量学、计量和测量,中国计量学院计量测试工程学院,20,三
15、、 计量学,JJF1001-1998通用计量术语及定义定义计量学（metrology）：关于测量的科学。计量学涵盖有关测量的理论与实践的各个方面，是现代科学的重要组成部分。一个主要任务：逐步将不可测量的量转化为可测量的量，从而达到改善和控制该量的目的，起到推动社会发展和进步的作用。,第二节 计量学、计量和测量,中国计量学院计量测试工程学院,21,四、 计量,计量（ measurement ）：实现单位统一，量值准确可靠的活动。为了达到这一目的，需要：依靠法制的手段-中华人民共和国计量法；依靠监督管理手段-各级计量监管部门；依靠科学技术-研究新的测试方法、提高测量精度；依靠计量技术-建立基、标准
16、，进行量值的传递、溯 源等。,第二节 计量学、计量和测量,中国计量学院计量测试工程学院,22,第三节 计量的对象、内容和特点,一、 计量的对象,计量的对象主要是物理量。当前普遍开展的有几何量、热学（温度）、力学、电磁学、（无线电）电子学、时间频率、光学、电离辐射、声学和化学量计量，即所谓的十大计量，是传统的计量对象。同时，在一些高新技术领域（如：生物、医学、环保、信息、航天和软件等的专业领域）的计量测试也已逐步开展起来了。,中国计量学院计量测试工程学院,23,二、 计量的内容,包括计量理论、计量技术和计量管理等。具体有：1、计量（测量）单位与单位制。2、计量器具（测量仪器）。3、量值传递和量值
17、溯源。 4、物理常量、材料与物理特性的测定。5、测量理论与数据处理、不确定度及其方法。6、计量管理、计量保证与计量监督。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,24,专业计量简介,几何量计量：描述物体大小、长短、形状和位置。它的基本参量是长度（米）和角度。热学（温度）计量：描述物体的冷热程度。它的单位名称为开尔文。力学计量： 研究的对象是物体力学量的计量和测试。包括质量、密度、容量、粘度、重量、力值、硬度、转速、振动、冲击、压力、流量、真空等计量项目。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,25,专业计量简介,电磁学计量：研究的对象是电学量领域的
18、电流、电压、电阻、电容、电杆、功率等参量及磁学量领域的磁场、磁材料的测量。光学计量：主要内容包括光度、色度、辐射、激光、材料光学等等。时间频率计量：研究时间频率基准建立、测量及相关参量（如微波频率、频率稳定度）的测量。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,26,专业计量简介,声学计量：研究声学基本参量（如声压、声强）和主观评价参量（如响度、听力损失）的测量。(无线电）电子学计量：主要研究与电磁波有关的各种电磁参量（电压、功率、衰减、噪声、失真系数、调幅系数等等）的计量。化学计量：关于物质成分、物理化学性质和物质结构的测量。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院
19、计量测试工程学院,27,电离辐射计量：研究电离辐射相关量的测量方法。所谓电离辐射是一切能引起物质电离的辐射总称，其种类很多，高速带电粒子有粒子、粒子、质子，不带电粒子有种子以及X射线、射线。 标准物质：所谓标准物质是具有一种或多种均匀并已确定了特性值的，用于校准测量设备、评价测量方法或者给材料赋值的物质或材料。也称参考物质。可以是纯的或混合的气体、液体或固体。,中国计量学院计量测试工程学院,28,在欧美国家，这两个名词在概念上已逐渐接近一致,只有在特殊的情况下才加以区分。在我国，目前来讲还是要对其加以区别。“计量”是可以追溯到标准量的测量，是有“根”的测量。除了获得量值外还要有一系列“活动”
20、。而测量则是为了获得量值，通常不会考虑溯源问题（并非不重要，而是往往被忽略）。,“计量”与“测量”在概念上的区别,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,29,三、 计量的基本特性,1）、计量的技术特性（1）一致性是计量工作的本质；（2）准确性是计量工作的核心；（3）溯源性是准确性和一致性的必要条件；（4）法制性是一致性和准确性的重要保证；（5）社会性是由现代计量学涉及众多专业领域 所决定。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,30,三、 计量的基本特性,2）、计量的管理特性计量或计量技术的上述五个特性，也能反映出计量管理的特性，但单从计量管理的
21、性质和特点方面看，计量管理具有技术性、服务性、群众性、权威性等特性。综上可见，计量是技术和管理的结合体，具有双重性。,第三节 计量的对象、内容和特点,中国计量学院计量测试工程学院,31,第四节 计量学的分类,一、 计量学的分类,计量学分为：通用计量学，应用计量学，技术计量学，理论计量学，法制计量学，经济计量学，品质计量学，纳米计量学，分离计量学。当前国际上趋向于把计量学分为科学计量、工程计量和法制计量三类，分别概括计量学的基础、应用和社会事业三方面的内容。这里计量学通常简称计量。,中国计量学院计量测试工程学院,32,二、 科学计量scientific metrology,科学计量是指基础性、探
22、索性、先行性的计量科学研，用最新的科学技术成果精确地定义和实现计量单，并为科技创新和高科技的发展提供可靠的测量技术基础。我国国家计量研究机构有那几个？中国计量科学研究院，中国计量测试研究院，国家标准物质研究中心。,第四节 计量学的分类,即真正意义的计量学，涉及十大类量的计量。 几何、光学、电离辐射、力学、声学、热工、化学、电磁、无线电、时间频率,中国计量学院计量测试工程学院,33,三、 工程计量industrial metrology,工程计量也称工业计量，是指各种工程、工业、交通运输、能源、信息等行业中的应用计量。例如：能源和原材料的物流和消耗计量测试，生产工艺流程的监控，产品（工程）质量与
23、性能测试等。近年来，同位素、激光、超导、计算机、新型传感器、纳米等新技术在现代生产和工程经计量技术中得到广泛应用。是量限向两端扩展。,第四节 计量学的分类,企业内部的计量：源于需求，满足需求,中国计量学院计量测试工程学院,34,四、 法制计量legal metrology：官方授权强制管理的计量,计量涉及到对计量单位、测量方法、测量设备和测量实验室的法定要求：1）国家政府机关通过制定、实施计量法律、法规、规章，对一部分计量单位、测量方法、测量器具、测量数据和测量实验室实行法定监督管理。2）使用计量器具的单位，依据法规或合同规定，保证与贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测、资源控制、社会管理等
24、有关测量结果的公正性和可靠性，以取得用户的信任。,第四节 计量学的分类,中国计量学院计量测试工程学院,35,第五节 计量学的创立与发展,一、 计量学的创立,现代计量学的创始可追溯到17世纪前后。物理学的建立和发展为计量学的发展奠定了基础。牛顿力学理论力学计量热力学理论热学计量欧姆定律、法拉第电磁感应定律电磁学计量工业革命几何量计量,中国计量学院计量测试工程学院,36,一、 计量学的创立,提出建立十进计量制度和建立以自然物为计量单位的设想。这个阶段的计量基准，属于宏观计量器具。1875年，“米制公约”的签订促进了各国计量制度走向统一，称为现代计量学创立的标志。,第五节 计量学的创立与发展,中国计
25、量学院计量测试工程学院,37,二、 米制的产生及其发展,1）米制建立于18世纪90年代，是法国大革命的第一个科学成果。2）1791年，国名议会采纳了以米为单位的计量制度的建议。3）1875年5月20日正式签署了“米制公约”。 成立国际计量大会（CGPM）、国际计量委员会（CIPM）、国际计量局（BIPM）。确定“国际米”和“国际千克”的法律地位。,第五节 计量学的创立与发展,中国计量学院计量测试工程学院,38,三、 国际单位制的诞生,1954年，第十届国际计量大会决定采用米、千克、秒、安培、开氏度、坎德拉6个单位作为建立新单位制的基本单位。1960年第十一届国际计量大会正式定名为“国际单位制”
26、，符号为“SI”。1967年第十三届国际计量大会把开氏度改称开尔文。1971年第十四届国际计量大会物质的量摩尔增列为国家单位制的第七个基本单位。,第五节 计量学的创立与发展,中国计量学院计量测试工程学院,39,四、 量子计量基准的历史与进展,1）量子物理学带来的新概念能量子的提出；光子理论的建立；波粒二象性；微观粒子的能级；测不准关系。2）量子计量基准的发展1960年国际计量大会采用86Kr光波长度基准为量子计量基准。3）最新的量子计量基准,第五节 计量学的创立与发展,中国计量学院计量测试工程学院,40,1、以法令（诏书）建立全国统一的度量衡制度2、使用标准器3、采用先进的十进制4、规定度量衡
27、器具的允许误差5、度量衡器具的校正6、减少温度、湿度的影响,一、秦朝在计量发展过程中的贡献,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,41,第六节 我国计量的起源和发展简史,二、 新莽嘉量,是承前启后的汉代度量衡的典型代表,中国计量学院计量测试工程学院,42,三、 指南车和记里鼓车,指南车 记里鼓车,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,43,四、 唐代白牙尺和红牙尺,白牙尺 、 红牙尺,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,44,五、 元代简仪和仰仪,简仪 仰仪,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工
28、程学院,45,六、 明代戥(deng)秤,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,46,七、度量衡名称改为“计量”,建立我国的计量技术体系和计量管理体系构架。,八、加入国际米制公约组织,我国的计量技术体系和计量管理体系向国际社会靠拢。,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,47,九、公布施行中华人民共和国计量法,十、成立中国计量学院,1985年10月中国计量学院成立，专门培养计量领域的高素质人才。,计量法的颁布执行，是我国的计量工作向法制管理方向发展的一个重要转折。,第六节 我国计量的起源和发展简史,中国计量学院计量测试工程学院,48,计量在中
29、国,1986年以前：“行政计量” 1986年：“法制计量” 1987年：产品质量检验机构的“计量认证” 1998年：引入“实验室认可”机制 目前：计量认证/审查认可、实验室认可并行,中国计量学院计量测试工程学院,49,ISO 9000 ？,ISO：International Organization for Standardization,ISO/TC176：质量管理与质量保证技术委员会,ISO 9000族：ISO/TC176制定的所有的国际标准，已有21项。,GB/T 19000系列：等同采用ISO9000族的国家推荐标准（19项）,2868,ISO共有2868个技术机构：技术委员会（TC）
30、： 228（闲置38）分技术委员会（SC）： 611工作组（WG）： 2022特别工作组： 45,中国计量学院计量测试工程学院,50,产品、服务、质量体系、能力,ISO 14000：ISO/TC207制定的关于环境管理体系的标准,OHSMS：Occupational Health and Safety Management Systems OHSAS： Occupational Health and Safety Assessment Series,HACCP：Hazard Analysis Critical Control Point,GSP： Good Supply Practiced FDA：Food and Drug Administration（U.S.A.）,中国计量学院计量测试工程学院,51,Thank you!,
