計量學

按照國際計量局（BIPM），國際標準化組織（ISO）與國際法制計量組織（OIML）以及國際臨床化學聯合會（IFCC）、國際現論和應用化學聯合會（IUPAC）和國際理論與應用物理學聯合會（IUPAP）等七個國際組織聯合制訂的《國際通用計量學基本術語》（1993年版），計量學被定義為“測量學科”。並在註解中說明：“計量學包括涉及測量理論和實用的各個方面，不論其不確定度如何，也不論其用於什麼測量技術領域。”·

Metrology is the science of measurement,made at a known level of uncertainty,in any field of human activity.（見 A concise summary of the international system of units(8th edition,2006)

從計量學這種廣義定義，表明現代計量學所包括內容的豐富，它研究的主要方向有：

1、研究計量單位及其基準、標準的建立、復現、保存和使用；

2、研究計量與測量器具的特性和測量方法；

3、研究測量不確定度和誤差理論的實際應用；

4、研究計量、測量人員的測量能力和檢定、核准能力；

5、研究基本物理常數、標準物質、材料特性等的有關理論和測量；

6、研究一切測量理論和實踐問題；

7、研究計量法制和計量管理問題。

計量學包括很多專業，應用範圍十分廣泛。中國目前根據被測的量來分類，大體可以分為十大類：幾何量（長度）、溫度、力學、電磁學、電子（或無線電）、時間頻率、電離輻射、光學、聲學、物理化學（含標準物質）。

⒈計量（metrology)

中國JJG1001－91《通用計量名詞及定義》中計量的定義是：實現單位統一、量值準確的活動。而中國的“計量”一詞過去採用與“測量”一詞相同的英文，即“measurement”但定義卻不相同。

中國從1953年起就使用“計量”一詞，到目前已有四十多年了，究竟在中國“計量”的含義是什麼？下個什麼確切的定義？以前一直存在一定的分歧。經過多次討論，中國專家學者們提許多見解，為進一步控索計量定義開闊了眼界。歸納直來大致有三種方案：

⑴“計量”是利用科學技術和監督管理手段實現測量統一和準確的一項事業；

⑵“計量”是保證測量實現統一和準確的一門科學；

⑶“計量”是利用技術的法制手段，實現單位統一、量值準確一致的測量。

“測量有時也稱計量”，以及“計量學有時簡稱計量”。從而說明了“計量”與“測量”的關係以及“計量”與“計量學“的關係。

⒉計量學（metrology)

測量的科學。計量學涵蓋有關一的理論經與實踐的各個方面，而不論測量的不確定度如何，也不論測量是在科學技術的哪個領域中進行的。計量學有時簡稱計量。

⒊計量保證（metrological assurance）

用於保證計量可靠和適當的測量準確度的全部法規、技術手段及必要的各種運作。（JJF)

⒋計量器具控制（comtrol of measuring instruments)

確定計量器具的性能並簽發關於該計量器具法定地位的官方文件。這種控制可包括對該計量器具的下列運作中的一項、兩項或三項：型式批准、檢定、檢驗。（JJF)

⒌〔計量器具的〕檢定（verification [of a meawuring instrument]）

查明和確認計量器具是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。（JJF）按時間間隔和規定程序，對計量器具定期進行的一種後續檢定。(JJF)

⒍〔計量器具的〕檢查（examination [of a measuring instrument]）

為確定計量器具是否符合該器具有關法定要求所進行的操作。(JJF)

⒎〔計量器具的〕檢驗（inspection [of a measuring instrument]）

為查明計量器具的檢定標記或檢定證書是否有效、保護標記是否損壞、檢定後計量器具是否遭到明顯改動以及其誤差是否超過使用最大允許誤差所進行的一種檢查。inspection in use稱為使用中檢驗。（JJF)

⒏計量管理

計量管理是指協調計量技術管理、計量經濟管理、計量行政管理及計量管理法制管理之間關係的總稱。計量管理在計量工作中不不可缺少的組成部分，甚至是更重要的因素。如果沒有較好的計量管理，即使有高準確有計量基準、計量標準和計量檢測設備和測量條件，全國的計量單位和單位量值也不可能得到統一和準確，全國的測量領域將會一片混亂。換句話說，計量管理是在充分了解研究當前計量學技術發展特點和規律的前提下，應用科學技術和法制的手段，正確地決策和組織計量工作，使之得到發展和前進，以實現國家的計量工作方針、政策和目標。歸納起來，計量學大致有下列特性：

⑴統一性——這是計量學最本質的特性，古今中外，都是如此，計量失去統一性，也就失去了存在的意義。秦始皇統一中國度量衡，功績已載入史冊。現在統一性不僅限於在一個國家的單位量值的統一，而且要實現全世界各國單位量值的統一性。

⑵準確性——有人說“准”字是計量工作的核心，這是完全對的。一切計量科學技術研究的目的，最終是要達到所預期的某種準確度，無論其準確度是高，還是低，都必須有一定程度的準確性。計量的統一性也必須建立在有一定程度準確度的準確性。計量的統一性也必須建立在有一定程度準確性的基礎上才有意義。

⑶法制性——為了保證計量學的統一性和準確性，國家對統一使用的計量單位，復現單量量值的國家計量基準，以及進行量值傳遞的方法、手段等，用法律作出規定。對涉及貿易、安全、環保、衛生等分益或公平性利益的計量設備、計量方法及手段等進行法律規定，作為各行各業遵循的準則。如果沒有法制性，所謂計量學的統一性、準確性就是一句空話。國際上現已形成法制計量學。

⑷社會性——是指計量學涉及的廣泛性。它與國民經濟各部門，人民生活的各個方面有密切的聯繫，對維護社會經濟起著重要的作用。從直接的關係來說，正是計量學的社會性，決定了計量學的法制性。上述計量學的四個特性，應該說基本上概括了計量管理的特性，是我們研究計量管理特性的基礎。但如果深入去探討，計量管理還具有以下特性：

⑸權威性——要使計量更好地為國民經濟建設服務，必須建立具有高度權威的計量管理機構和計量測試中心，即在行政領導和科技水平方面具有權威的計量管理系統，因為這也是計量本身的性質及其在國民經濟中的重要作用所決定的，政府計量管理部門的重要職責，是代表國家對全國各行各業進行計量監督、檢查、認證和鑒定等，這些基本的職能，必須要求具有高度的權威性。

⑹技術性——計量管理的技術性是特別明顯的，國為計量本身就是一項科學技術性強的工作。要做好計量管理工作，就必須擁有先進的技術手段和雄厚的技術力量。在許多場合，計量管理要起一種“公證”、“仲裁”或者說是一種“技術法庭”的作用。准還是不準，合格與不合格，測量結果正確不正確，可行不可行等，都得以技術數據作為依據，即通常所講的靠數據說話。

⑺服務性——這是中國計量管理的一貫宗旨。計量要為國民經濟、科學技術、國防和國家、企、事業單位和消費者服務，因而要把管理與服務看成是對立統一、相輔相成的兩個方面。我們要提倡加強計量法制管理與社會經濟服務相結合、在管理中體現服務精神，在服務中貫穿管理的原則。

⑻群眾性——這一特性包含兩層意思：其一，要時刻考慮人民群眾的利益，保護消費者免受計量失准功不誠實的測量所造成的危害；其二，要注意發動群眾參與計量監督，使專業計量管理與群眾管理相結合。象商店設兼職計量員，集市上設義務計量員、公平秤等，就是計量管理群眾性的體現。綜述以上特性，可以看出計量是技術與管理的結合體，也可以說是兩重性。它依靠計量技術作物質基礎，實現單位量值的統一和全國量值的準確可靠。由此可見，計量技術與計量管理是支撐計量大廈的兩根支柱。

⒐工業計量

工業計量是屬於“計量管理”中的一個領域，它是為了區別法制計量和科學計量而提出來的，也就是說，除了法制計量和科學計量之外的計量管理工作稱之為“工業計量”；當然，它又與法制計量和科學計量密不可分，工業計量也可以認為是計量學在工業領域的應用。工業計量是一種泛指，具體到企業中可以稱之為“企業計量”。企業計量是企業為了獲得準確可靠的測量數據，為企業生產經營提供計量保證所開展的各項活動。對於企業計量管理來說，日本對“企業計量管理”定義為：“為了科學、合理地進行企業的各項活動，有效而切實地採用計量檢測手段，並將計量檢測手段形成體系”，日本首先提出計量體系的思想。為了使企業計量管理被更加深刻地得到認識，日本計量管理協會目前正在大力宣傳，積極推行“計量保證”的特定名詞。“計量保證”是企業計量管理的核心部分。原蘇聯將全面實現“計量保證”的思想也運用到企業中，它不僅限於測量技術，而且包括對所有產品質量參數的檢驗、分析、試驗技術；不僅限於測量、試驗與檢驗的器具，而且包括所進行的方法。“計量保證”即計量管理的方法之一，它貫穿於影響產品質量的全過程，就是說從原料、材料的驗收到成品出廠，都有計量保證的任務。在美國，也廣泛提出了“計量保證”的思想，並提出“計量保證方案”及“計量保證方法”的概念，“計量保證方案”側重於量值溯源。“計量保證方法”側重於企業計量的測量過程式控制制。綜上所述，計量管理的範圍比以前擴大了，計量管理的職能也比以前加強了，計量管理的內容比以前豐富了，計量管理的概念已經廣泛滲入到工業計量測試的各個領域，滲透到控制工藝過程的各個環節。這就是70到80年代計量管理的新發展。在90年代，世界各國對計量管理又提出了更加深入和廣泛的新發展，其特點是將測量設備的管理髮展到測量數據的管理，從狹義的計量管理髮展到廣義的計量管理，它不但強調對測量設備本身的管理，還強調對測量過程的控制。工業計量的對象主要是除了商貿企業之外的企業，它包括工業企業，交通企業，建築企業，其它服務性企業。因此，工業計量範圍也是指在上述領域中的計量工作。計量工作又包括計量管理工作和計量技術工作。也可以認為工業計量在上述領域中包括以計量技術為核心的計量管理工作。工業計量與法制計量和科學計量密不可分。在企業計量工作中有一部分工作是屬於法制計量的內容，也就是說，凡是《計量法》規定的應該屬於法制計量的內容；企業計量中也有大量的科學計量工作，包括計量學的範疇都屬於科學計量的內容。因此，工業計量是一個廣義的概念，它與企業計量也有區別。工業計量一般是為了區別法制計量和科學計量而提出來的，它不包括法制計量，它只包括一部分科學計量；而企業計量是指除了商貿企業之外的企業計量，它既含有法制計量和科學計量的內容，只不過比例有所不同。在企業計量中，工業計量的內容佔主導，法制計量的內容佔得較少，科學計量也有一部分內容。企業計量工作應以企業自身的需要為主，它只涉及很少的外部利益關係。因此，我們對企業計量是採用指導、幫助、服務的方式，只對其中的法制計量工作採取監督的方式，就是這個道理。

⒑測量(Measurement)

以確定量值為目的的一組操作。操作可以是自動地進行的。測量有時也稱計量。

⒒〔量的〕真值（true value of a quantity）

與給定的特定量的定義一致的值。量的真值只有通過完善的測量才能有可能獲得。真值按其本性是不確定的。與給定的特定量定義一致的值不一定只有一個。（JJF)

⒓〔量的〕約定真值（conventional true value of a quantity）

對於給定目的具有適當不確度的、賦予特定量的值，有時該值是約定採用的。例：a）在給定地點，取由參考標準復現而賦予該量的值作為約定真值。b）常數委員會（CODATA)1986年推薦的阿伏加德羅常數值6.022 1367×1023mol-1。註：⑴約定真值有時稱為指定值、最佳估計值、約定值或參考值。參考值在這種意義上使用不應與5.7條注中的參考值混淆。⑵常常用某量的多次測量結果來確定約定真值。（JJF)

⒔影響量（influence quantity）

不是被測量但對測量結果有影響的量。例：（a）用來測量長度的千分尺的溫度；(b）交流電位差幅值測量中的頻率；（c）測量人體血液樣品血紅蛋白濃度時的膽紅素的濃度。（JJF)

⒕〔測量儀器的〕示值（indication of a measuring instrument）

測量儀器所給出的量值。註：⑴由顯示器讀出的值可稱為直接示值，將它乘以儀器常數即為示值。⑵這個量可以是被測量、測量信號或用於計算被測量之值的其它量。⑶對於實物量具，示值就是它所標出的值。（JJF)

⒖測量結果（result of a measurement）

由測量所得到的賦予被測量的值。註：在給出測量結果時，應說明它是示值、未修正測量結果或已修正測量結果，還應表明它是否為幾個值的平均。在測量結果的完整表述中應包括測量不確定度，必要時還應說明有關影響量的取值範圍。（JJF)

⒗〔測量結果的〕重複性（repeatability [of results of measurements]）

在相同測量條件下，對同一個被測量進行連續多次測量所得結果之間的一致性。註：⑴這些條件稱為重複性條件。⑵重複性條件包括：相同的測量程序、相同的觀測者、在相同的條件下使用相同的測量儀器、相同地點、在短時間內重複測量。⑶重複性可以用測量結果的分散性定量地表示。（JJF)

⒘〔測量結果的〕復現性（reproducibility [of results of measurements]）

在改變了的測量條件下，同一被測量的測量結果之間的一致性。註：⑴在給出復現性時，應有效說明改變條件的詳細情況。⑵改變條件可包括：測量原理、測量方法、觀測者、測量儀器、參考測量標準、地點、使用條件、時間。⑶復現性可用測量結果的分散性定量地表示。⑷測量結果在這裡通常理解為已修正結果。（JJF)

⒙包含因子（coverage factor）：為求得擴展不確定度，對合成標準不確定度所乘之數字因子。註：⑴包含因子等於擴展不確定度與合成標準不確定度之比。⑵包含因子有時也稱覆蓋因子。（JJF)

⒚偏差（deviation）

一個值減去其參考值(JJF)

⒛系統誤差（systematic error）

在重複性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。如真值一樣，系統誤差及其原因不能完全獲知。對測量儀器而言，參見“偏移”。（JJF)

21.修正值（correction）

用代數方法與未修正測量結果相加，以補償其系統誤差的值。修正值等於負的系統誤差。由於系統誤差不能完全獲知，因此這種補償並不完全。（JJF)

22.修正誤差（correction factor）

為補償系統誤差而志未修正測量結果相乘的數字因子。由於系統誤差不能完全獲知，因此這種補償並不完全。（JJF)

23.測量儀器（measuring instrument）

計量器具，單獨地或連同輔助設備一起用以進行測量的器具。（JJF)

24.實物量具（material measure）

使用時以固定形態復現或提供給定量的一個或多個已知值的器具。例：（a）砝碼；（b）（單值或多值、帶或不帶標尺的）量器；（c）標準電阻；（d）量塊；（e）標準信號發生器；（f）參考物質。註：這裡的給定量亦稱為供給量。（JJF)

25.測量系統（measuring system）

組裝起來以進行特定測量的全套測量儀器和其它設備。例：（a）測量半導體材料電導率的裝置；（b）校準體溫計的裝置。測量系統可以包含實物量具和化學試劑。固定安裝著的測量系統稱為測量裝置。（JJF)

26.額定操作條件（rated operation conditions）

測量儀器的規定計量特性處於給定極限內的使用條件。額定操作條件一般規定被測量和影響量的範圍或額定值。（JJF)

27.極限條件（limiting conditions）

測量儀器的規定計量特性不受損也不降低，其後仍可在額定操作條件下運行而能承受的極端條件。貯存、運輸和運行的極限條件可以各不相同。極限條件可包括被測量和影響量的極限值。（JJF)

28.參考條件（reference conditions）

為測量儀器的性能試驗或為測量結果的相互比較而規定的使用條件。參考條件一般包括作用於測量儀器的影響量的參考值或參考範圍。（JJF)

29.測量儀器的〔示值〕誤差（error [of indication] of a measuring instrument）

測量儀器示值與對應輸入量的真值之差。由於真值不能確定，實際上用的是約定真值。此概念主要應用於與參考標準相比較的儀器。就實物量具而言，示值就是賦予它的值。

30.測量儀器的〕最大允許誤差（maximum permissible errors [of a measuring instrument]）

對給定的測量儀器，規範、規程等所允許的誤差極限值。有時也稱測量儀器的允許誤差限。（JJF)

31.〔測量儀器的〕重複性（repeatability [of a measuring instrument]）

在相同測量條件下，重複測量同一個被測量，測量儀器提供相近示值的能力。這些條件包括：相同的測量程序；相同的觀測者；在相同條件下使用相同的測量設備；在相同地點；在短時間內重複。重複性可用示值的分散性定量地表示。（JJF)

32.〔測量儀器的〕引用誤差（fiducial error [of a measuring instrument]）

測量儀器誤差除以儀器的特定值。

註：該特定值一般稱為引用值，例如可以是測量儀器的量程或標稱範圍的上限。（JJF)

33.〔測量〕標準（[measurement] standard,etalon）、〔計量〕基準、標準

為了定義、實現、保存或復現量的單位或一個或多個量值，用作參考的實物量具、測量儀器、參考物質或測量系統。例：（a)1kg質量標準；（b)100Ω標準電阻；（c）標準電流表；（d）銫頻率標準；（e）標準氫電極；（f）有證的血漿中可的松濃度的參考溶液。註：⑴一組相似的實物量具或測量儀器，通過它們的組合使用所構成的標準稱為集合標準。⑵一組其值經過選擇的標準，它們可單個使用或組合使用，從而提供一系列同種量的值，稱為標準組。（JJF)

34.參考標準（reference standard）

在給定地區或在給定組織內，通常具有最高計量學特性的測量標準，在該處所做的測量均從它導出。（JJF)

35.工作標準（working standard）

用於日常校準或核查實物量具、測量儀器或參考物質的測量標準。註：⑴工作標準通常用參考標準校準。⑵用於確保日常測量工作正確進行的工作標準稱為核查標準。（JJF)

36.傳遞標準（transfer standard）

在測量標準相互比較中用作媒介的測量標準。當媒價不是測量標準時，應該用術語傳遞裝置。（JJF)

37.溯源性（traceability）

通過一條具有規定不確定度的不間斷的比較鏈，使測量結果或測量標準的值能夠與規定的參考標準，通常是與測量標準或國家測量標準聯繫起來的特性。此概念常用形容詞可溯源的表述。這條不間斷的比較鏈稱為溯源鏈。(JJF)

38.校準（calibration）

在規定條件下，為確定測量儀器或測量系統所指示的量值，或實物量具或參考物質所代表的量值，與對應的由標準所復現的量值之間關係的一組操作。校準結果既可賦予被測量以示值，又可確定示值的修正值。校準也確定其它計量特性，如影響量的作用。校準結果可以記錄在校準證書或校準報告中。（JJF)

39.參考物質（reference material (RM））、標準物質

具有一種或多種足夠均勻和很好地確定了的特性，用以校準測量裝置、評價測量方法或給材料賦值的一種材料或物質。參考物質可以是純的或混合的氣體、液體或固體，例如校準粘度計用的水、量熱計法中作為熱容量校準物的蘭寶石，化學分析校準溶液。（JJF)

40.有證參考物質（certified reference material (CRM））、有證標準物質

附有證書的參考物質，其一種或多種特性值用建立了溯源性的程序確定，使之可溯源到準確復現的表示該特性值的測量單位，每一種出證的特性值都附有給定置信水平的不確定度。有證參考物質一般成批製備，其特性是通過對代表整批物質的樣品進行測量而確定，並具有規定的不確定度。當物質與特製的器件結合時，例如已知三相點的物質裝入三相點瓶、已知光密度的玻璃組裝成透射濾光片、尺寸均勻的球狀顆粒安放在顯微鏡載片上，有證參考物質的特性有時可方便和可靠地確定。上述這些器件也可以認為是有證參考物質。所有有證參考物質均應符合本規範中測量標準的定義。有些參考物質和有證參考物質，由於不能和已確定的化學結構相關聯或出於其它原因，其特性不能按嚴格規定的物理和化學測量方法確定。這類物質包括某些生物物質，如疫苗、世界衛生組織已經規定了它的國際單位。 (JJF)

41.取樣檢驗（sampling inspection）

根據取自整批計量器具中有限數量樣品的檢驗結果，對計量器具所作的檢驗。（JJF)

42.OIML國際建議（OIML international recommendation）

國際法制計量組織兩類主要出版物之一，這類出版物是典型的法規，旨在提出某種計量器具必需具備的計量特性，並規定了檢查其合格與否的方法和設備。（JJF)

43.OIML 國際文件（OIML international document）

國際法制計量組織兩類主要出版物之一，這類出版物實質是中提供資料，旨在改進計量機構的工作。

42.OIML 計量器具證書制度（OIML certificate system for measuring instruments）

在自願基礎上，對符合國際法制計量組織建議的計量器具，進行證書籤發、註冊和使用的一種制度。該制度的目的在於推進、加速和協調那些批准計量器具型式的國家組織或區域組織的工作；這些組織在OIML成員或成員集團中是接受國家控制的。該制度的目的也在於在尚無型式批准要求的國家中，促進計量器具的首次檢定。（JJF)

43.OIML合格證書（OIML certificate of conformity）

證明由提交檢測的樣品所代表的某個計量器具的某個型式、符合OIML國際建議有關要求的文件。該文件由OIML成員國的授權機構簽發。（JJF)

44.最佳測量能力（best measurement capability）

通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2的擴展不確定度表示。（JJF)

45.溯源等級圖（hierarchy scheme）

一種代表等級順序的框圖，用以表明計量人的計量特性與給定量的基準之間的關係。溯源等級是對給定量或給定型號計量器具所用的比較鏈的一種說明，以此作為其溯源的證據。（JJF)

46.測量誤差

測量誤差定義為：“測量結果減去被測量的真值。”由於真值不能確定，實際上用的是約定真值；當有必要與相對誤差相區別時，誤差有時稱為測量的絕對誤差。但不應與誤差的絕對值相混淆，後者為誤差的模。其中測量結果定義為：“由測量所得到的而賦予被測量的值。”在給出測量結果時，應說明它是示值、未修正測量結果或已修正測量結果；還應表明它是否為若干個值的平均值。在測量結果的完整表述中，應包括測量不確定度，必要時還應給出自由度及影響量的取值範圍。由誤差的定義可知，誤差表示的是一個量，而不是一個區間。誤差按其性質，可以分為隨機誤差和系統誤差兩類。系統誤差的定義為：“在重複性條件下，對同一步測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量的真值之差。”如真值一樣，系統誤差及其原因不能完全獲知。對測量儀器而言，其系統誤差也稱為測旦儀器的偏移。隨機誤差的定義為：“測量結果與在重複性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值之差。”隨機誤差等於誤差減去系統誤差。因為測量只能進行有限次數，故可能確定的只是隨機誤差的估計值。這是1993年國際上對“隨機誤差”一詞的定義作了原則性修改後的新定義。它表明測量結果是真值、系統誤差和隨機誤差三者的代數和。而測量結果與無限多次測量所得結果的平均值（即總體均值）之差，則是這一測量結果的隨機誤差分量。1993年前，隨機誤差被定義為“在同一量的多次測量過程中，以不可預知方式變化的測量誤差分量”。按該定義，隨機誤差是誤差的一個分量，即它表示的是一個區間。而根據新定義，隨機誤差是一個量，它是對應於無限多次測量的理想概念，可以確定的只是隨機誤差的估計值。

47.準確度

測量結果與被測量的真值之間的一致程度。不要用術語精密度代替準確度。準確度是一個定性的概念。根據該定義，準確度是一個定性的概念，而不宜將其定量化。目前有些測量儀器的說明書或技術規範中規定的準確度，實際上是儀器的最大允許誤差或允許的誤差限。

48.測量不確定度

測量不確定度的定義：“表徵合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯繫的參數。”此參數可以是標準偏差或其倍數，也可以是給定概率下置信區間的半寬。測量不確定度由多個分量組成。其中一些分量可由測量列的測量結果按統計分佈評定，以實驗標準差表徵一些分量可基於經驗或其它信息按假定的概率分佈評定，也以標準差表徵。測量結果應理解為被測量之值的最佳估計。全部不確定度分量均貢獻給了分散性，其中包括那些由系統效應引起的（如與修正值和參考測量標準有關的）分量。