主講人:鄧華夏,計(jì)量學(xué)基礎(chǔ),參考資料,1.計(jì)量學(xué)基礎(chǔ)，李東升，機(jī)械工業(yè)出版社；2.誤差理論與數(shù)據(jù)處理，費(fèi)業(yè)泰，機(jī)械工業(yè)出版社；3.AnIntroductiontoUncertaintyinMeasurement,LesKirkup4.中國古代計(jì)量史圖鑒，張延明，合肥工業(yè)大學(xué)出版社5.注冊(cè)計(jì)量師基礎(chǔ)知識(shí)及專業(yè)實(shí)務(wù)，中國計(jì)量測(cè)試學(xué)會(huì)6.計(jì)量史學(xué)研究入門，霍俊江，北京大學(xué)出版社7.,計(jì)量學(xué)：關(guān)于測(cè)量的科學(xué),科學(xué)技術(shù),本質(zhì)上就是計(jì)量,計(jì)量單位unitofmeasurement,標(biāo)準(zhǔn)定義：JJF100119983.7為定量表示同種量的大小而約定地定義和采用的特定量。,法定計(jì)量單位legalunitofmetrology由國家法律承認(rèn)、具有法定地位的計(jì)量單位。,中華人民共和國計(jì)量法第一章第三條：國家采用國際單位制。國際單位制計(jì)量單位和國家選定的其他計(jì)量單位，為國家法定計(jì)量單位。,通用計(jì)量術(shù)語：量與單位,SI基本單位：7個(gè)SI輔助單位：2個(gè)具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位：19個(gè)國家選定的非SI單位：16個(gè)SI單位的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位的詞頭：20個(gè),國際單位的組成,SI詞頭,具有專門名稱的SI導(dǎo)出單位,用專門名稱表示的SI導(dǎo)出單位示例（一）,用專門名稱表示的SI導(dǎo)出單位示例（二）,用SI輔助單位表示的SI導(dǎo)出單位示例,量名稱符號(hào)角速度弧度每秒rad/s角加速度弧度每二次方秒rad/s2輻射強(qiáng)度瓦特每球面度W/sr輻射亮度瓦特每平方米球面度W/（m2sr）,與SI并用的單位(一),時(shí)間:分(min),小時(shí)(h),日天(d)平面角:度(),分(),秒(”)體積、容積:升(l,L)質(zhì)量:噸(t),原子質(zhì)量單位(u1.6605655x1027g)長度:天文單位距離(A),秒差距(pc)能:電子伏特(eV),與SI并用的單位(二),表觀功率(視在功率):伏安(VA)聲壓級(jí):分貝(db)響度級(jí):方原則上與SI長期并存,但”只有在一些限定的情況下才允許其與SI單位構(gòu)成組合單位,特別是”千瓦小時(shí)”最后予以廢除,換成焦耳(1千瓦小時(shí)=3.6兆焦耳),SI中組合單位構(gòu)成(一),“每,一條斜線”原則:米/秒讀作“米每秒平方”分母含有兩個(gè)以上單位符號(hào)時(shí),整個(gè)字母一般要用括號(hào)括起來;每(斜線)只能用一條.導(dǎo)熱率：W/(mk)瓦特每米開爾文錯(cuò)：W/m/k(每米開爾文瓦特,瓦特每米每開爾文)“分母不用詞頭”原則,用MV/m,不用KV/mm.兩種例外:質(zhì)量單位kg為分母時(shí);組合單位分母是長度,面積,體積時(shí),如A/mm“詞頭提前”規(guī)則:NkmkNm,SI中組合單位構(gòu)成(二),“變順序避免誤解”規(guī)則:因某些符號(hào)同時(shí)作為”詞頭符號(hào)”和”單位符號(hào)”(T:特斯拉,10;m:米,103;G:高斯,109等)使用時(shí)盡量將其放在右側(cè).“用圓點(diǎn)或斜線避免誤解”規(guī)則:米每秒-m/s,ms1,ms1為避免與(ms)1混淆,在中間加圓點(diǎn),暫時(shí)與SI并用的單位,不是”必須采用”,而是”盡量避免”長度:海哩,公里,費(fèi)密,埃面積:公畝(a),公頃(ha)質(zhì)量:米制克拉力:達(dá)因,千克力(公斤力),頓力壓強(qiáng):巴,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓,托,毫米汞柱,毫米水柱千克力每平方厘米(工程大氣壓)能,功:千克力,瓦特小時(shí)功率:馬力熱量:卡,熱化學(xué)卡磁場(chǎng)強(qiáng)度:奧斯特(Oe)磁感應(yīng)強(qiáng)度,磁通密度:高斯(Gs,G),單位的寫法與讀法,中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)：GB3100系列,GB3100：國際單位制及其應(yīng)用GB3101：有關(guān)量、單位和符號(hào)的一般原則,單位的讀法：?jiǎn)挝环?hào)的中文讀法,單位1單位2/單位3單位4,不讀,每,不讀,1、依據(jù)單位符號(hào)的順序，“”：不讀；“/”：每,2、指數(shù)名稱在前,3、面積：平方體積：立方,質(zhì)量熱容：,J/(kgK),J/kg/K,焦耳每千克開爾文,GuBio,SI中組合單位構(gòu)成(一),“每,一條斜線”原則:米/秒讀作“米每秒平方”分母含有兩個(gè)以上單位符號(hào)時(shí),整個(gè)字母一般要用括號(hào)括起來;每(斜線)只能用一條.導(dǎo)熱率：W/(mk)瓦特每米開爾文錯(cuò)：W/m/k(每米開爾文瓦特,瓦特每米每開爾文)“分母不用詞頭”原則,用MV/m,不用KV/mm.兩種例外:質(zhì)量單位kg為分母時(shí);組合單位分母是長度,面積,體積時(shí),如A/mm“詞頭提前”規(guī)則:NkmkNm,SI中組合單位構(gòu)成(二),“變順序避免誤解”規(guī)則:因某些符號(hào)同時(shí)作為”詞頭符號(hào)”和”單位符號(hào)”(T:特斯拉,10;m:米,103;G:高斯,109等)使用時(shí)盡量將其放在右側(cè).“用圓點(diǎn)或斜線避免誤解”規(guī)則:米每秒-m/s,ms1,ms1為避免與(ms)1混淆,在中間加圓點(diǎn),單位的寫法與讀法,1、單位符號(hào)一律用正體：除了來源于人名的單位符號(hào)首字母要大寫外，其余均為小寫。,2、單位符號(hào)在全部數(shù)值之后，與數(shù)值間留適當(dāng)?shù)目障?，例外：角度單位的符?hào)與數(shù)值間不留空隙，30，15，20。,單位的寫法：?jiǎn)挝环?hào)、單位名稱,中文符號(hào)：即單位名稱的簡(jiǎn)稱。只在有必要時(shí)用于中、小學(xué)教材和普通書刊中。除了C外，必須用中文。中文符號(hào)不得與單位符號(hào)混用，km/小時(shí),量的符號(hào)：必須用斜體，下標(biāo)用正體，物理量符號(hào)的下標(biāo)用斜體,量A表達(dá)式：A=AA,計(jì)量單位,英寸inch（in2.54cm）（荷蘭語中inch為大拇指）10世紀(jì)：英王埃德加大拇指的第一個(gè)指節(jié)的長度。14世紀(jì)：愛德華二世：三個(gè)大麥粒的總長度。英尺foot（ft12inch0.3048m）9世紀(jì)：英國查理曼大帝的腳板的長度。16世紀(jì)：德國：16個(gè)人的左腳板的平均長度。碼yard（yd3ft91.44cm）12世紀(jì)：英國亨利一世的鼻尖到前伸手臂時(shí)中指尖的距離。丈古代成年男子的身高，大丈夫。尺,古典階段：身體,英國gallon與美國gallon：,U.K.gallon=4.54609LU.S.gallon=3.78541L,Boeing75730043400L,=9547gallon(U.K.)=11466gallon(U.S.A.),litre,liter(US)metre,meter(US)gram,gramme(UK),火星大氣層的最小安全距離：約85公里100公里預(yù)定的140公里150公里實(shí)際上，探測(cè)器距火星表面最近僅57公里。探測(cè)器有可能在火星的大氣中被“火葬”，甚至墜毀在火星表面上,1999年9月30日的調(diào)查報(bào)告：造成飛行高度太低的原因竟然是公制和英制的轉(zhuǎn)換問題。洛克希德馬丁公司：公制單位（牛秒）美國航宇局（NASA）噴推實(shí)驗(yàn)室：英制單位（磅秒）？這樣計(jì)算出的沖量值只是實(shí)際值的22%。推力器校定表的作用是把遙測(cè)到的推力器點(diǎn)火工作次數(shù)轉(zhuǎn)換成提供給探測(cè)器的沖量，以消除因推力器點(diǎn)火工作造成的彈道計(jì)算中的剩余誤差。,美國火星氣候探測(cè)器（1998年）：,1999年9月23日：1998年12月美國發(fā)射的火星氣候探測(cè)器與地面失去聯(lián)系。,低級(jí)錯(cuò)誤,故事：計(jì)量單位,器具與現(xiàn)象計(jì)量學(xué)的開始,米metre：1875年5月20日“國際米制公約”1790年：巴黎會(huì)議約定：通過巴黎的子午線的四千萬分之一。（米原器）1889年：0時(shí)巴黎國際計(jì)量局的截面為X形的鉑銥合金尺兩端刻線記號(hào)間的距離。1960年：86Kr在真空中發(fā)射出的橙黃色光波長的1650763.73倍。1983年：光在真空中1/299792458s的時(shí)間間隔內(nèi)的行程?！保ㄋ追Q光波米）千克kilogram：鉑銥合金制造的千克原器根據(jù)1立方分米的水在其密度最大時(shí)的溫度下的質(zhì)量。安培ampere：根據(jù)兩通電導(dǎo)線之間產(chǎn)生的作用力而定義的電流單位。秒second：根據(jù)地球圍繞太陽的轉(zhuǎn)動(dòng)周期而確定的時(shí)間單位。,經(jīng)典階段：實(shí)物,電磁學(xué)單位制的歷史,以1832年C.F.Gauss引入絕對(duì)單位（力學(xué)單位）為分界,電磁學(xué)單位制的歷史,電磁學(xué)基本定律,1785年1789年法國C.A.deCoulomb發(fā)現(xiàn)庫侖定律（比例的形式）1820年7月21日丹麥H.C.Oersted發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)1820年9月18日和25日法國A.-M.Amprre發(fā)現(xiàn)安培定律1820年法國J.-B.Biot與F.Savart發(fā)現(xiàn)畢奧薩伐爾定律1826年1827年德國G.S.Ohm發(fā)表歐姆定律（雙曲線形式）1831年英國M.Faraday發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律（定性的形式）1832年美國J.Henry發(fā)現(xiàn)自感現(xiàn)象1834年德國俄羅斯H.F.E.Lenz發(fā)現(xiàn)愣次定律1855年1865年英國J.C.Maxwell提出電磁場(chǎng)方程,電磁學(xué)單位制的歷史,1832年以前的電磁學(xué)單位（制）,1771年H.Cavendish提出電勢(shì)，地球零電勢(shì)1776年H.Cavendish研究了電鯆的放電現(xiàn)象，提出電容、電壓、電量電容：電英寸（inchesofelectricity）電位：帶電度（degreeofelectrification）電阻：resistance，溶液對(duì)電流的阻抗能力電流強(qiáng)度：velocity，表示電流的大小（自己身體作電流計(jì)）1782年AlessandroG.A.Volta確定電容、電壓、電量的關(guān)系：靜電計(jì),相對(duì)測(cè)量原理,電磁學(xué)單位制的歷史,絕對(duì)單位制高斯和韋伯,1832年C.F.Gauss提出用力學(xué)中的三個(gè)基本量：長度L、質(zhì)量M和時(shí)間T來測(cè)量和表示電磁學(xué)量及其它非力學(xué)量，即絕對(duì)單位制。磁場(chǎng)強(qiáng)度的量綱：L1/2M1/2T1（1835年，高斯量綱原理）電動(dòng)勢(shì)：L3/2M1/2T2（1837年，韋伯，電磁感應(yīng)定律）電流強(qiáng)度：L1/2M1/2T-1（1846年，韋伯，安培電動(dòng)力學(xué)公式）電阻：LT1（1852年，韋伯，歐姆定律）電量：L1/2T1/2（1846年，高斯韋伯，庫侖定律）,毫米毫克秒制,電磁學(xué)單位制的歷史,CGS單位制,以米制為基礎(chǔ)、與力學(xué)單位統(tǒng)一的一貫單位制，采用力學(xué)單位中的厘米（cm）、克（g）、秒（s）為基本單位，具有三個(gè)基本量方程（庫侖定律、安培定律、歐姆定律）,CGS靜電制（esu）：真空介電常數(shù)0為獨(dú)立量CGS電磁制（emu）：真空磁導(dǎo)率0為獨(dú)立量CGS高斯制（gauss）：電學(xué)量（esu）磁學(xué)量（emu）,相距1cm的單位電荷或者單位磁極相互間的力為1dyn1cmgs2,電學(xué)量的CGS靜電制使用不普遍；磁學(xué)量的CGS靜電制從未使用,電磁學(xué)單位制的歷史,CGS高斯單位制,電學(xué)量單位沒有專門名稱和符號(hào)，1cgsesu的電荷，1cgsemu的電荷有四個(gè)磁學(xué)量單位被賦予專門名稱和符號(hào)：磁場(chǎng)強(qiáng)度：Oersted（Oe，奧斯特）cm1/2g1/2s1磁感應(yīng)強(qiáng)度：Gauss（Gs，高斯）cm1/2g1/2s1磁通量：Maxwell（Mx，麥克斯韋）cm3/2g1/2s1磁通勢(shì)：Gilbert（Gb，吉爾伯特）cm1/2g1/2s1,相對(duì)測(cè)量絕對(duì)單位制的弊端,1cgsemu的電阻1109歐姆,自行暫定的“實(shí)用”單位出現(xiàn)：如電量的單位“韋伯（Weber）”,電磁學(xué)單位制的歷史,實(shí)用單位制,電磁學(xué)的實(shí)用單位制的電磁量單位有專門名稱，如安培、伏特、歐姆、法拉、庫侖、亨利、瓦特、焦耳，等,為了解決CGS單位制中電磁量單位與常用電磁量單位大小不相適應(yīng)，以便于計(jì)量上的實(shí)用而確定的一種單位制，即在CGS電磁制的各個(gè)單位上分別乘以10的正或者負(fù)整數(shù)次方，也稱為絕對(duì)電學(xué)實(shí)用單位。,起源,大英帝國,1861年CharlesBright和LatimerClark在英國曼徹斯特科學(xué)促進(jìn)會(huì)上提出：電動(dòng)勢(shì)Ohma；電量Farad；電流強(qiáng)度Galvat；電阻Volt。同年W.Thomson（即Kelvin勛爵）為首的六人電標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)提出mgs絕對(duì)單位，未被采用，史稱Ohmad單位制。后來電學(xué)單位委員會(huì)給出：電阻Ohm；電容Farad；電勢(shì)Volt，一直沿用至今，史稱B.A.（BritishAssociationfortheAdvancementofScience）單位制。,電磁學(xué)單位制的歷史,麥克斯韋的“象限制”,“象限制”的優(yōu)點(diǎn)：直接將這三個(gè)基本單位帶入量綱中，就可以得到以絕對(duì)單位表示的實(shí)用單位的數(shù)值，如，1OhmLT1109cm/s。,1873年，麥克斯韋在電學(xué)和磁學(xué)專論中提出現(xiàn)在稱為“象限制”的絕對(duì)單位制：長度109cm；質(zhì)量1011g；時(shí)間s。因109cm恰為地球周長的四分之一。,麥克斯韋的“象限制”導(dǎo)致1881年第一屆國際電氣大會(huì)（IEC，InternationalElectricalCongress）的召開，但是1893年第四屆IEC大會(huì)否決了“象限制”。原因（可能）在于與力學(xué)單位中的基本單位不統(tǒng)一。,電磁學(xué)單位制的歷史,實(shí)用單位制的統(tǒng)一進(jìn)程（1）,1881年在法國巴黎召開的第一屆IEC大會(huì)開始了統(tǒng)一電學(xué)實(shí)用單位的嘗試。會(huì)議決定采用CGS單位制為基礎(chǔ)單位，并且定義了五個(gè)實(shí)用單位：Ohm、Volt、Ampere、Coulomb、Farad,1Ohm109CGSemu的電阻1Volt108CGSemu的電壓1Ampere1Volt/1Ohm（原來一直用Weber/s）1Coulomb1Ampere1s（原來歐洲大陸一直用Weber）1Farad1Coulomb/1Volt,電磁學(xué)單位制的歷史,實(shí)用單位制的統(tǒng)一進(jìn)程（2）,1882年C.W.Siemens建議增加另外四個(gè)實(shí)用單位的名稱：磁化強(qiáng)度：Weber；功率：Watt；磁場(chǎng)強(qiáng)度：Gauss；熱量：Joule,1889年8月31日在法國巴黎召開的第二屆IEC大會(huì)上決定采用：1Watt107CGSemu的功率1Joule107CGSemu的功推薦：磁通實(shí)用單位：Maxwell磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)用單位：Weber,電磁學(xué)單位制的歷史,實(shí)用單位制的統(tǒng)一進(jìn)程（3）,1893年在美國芝加哥召開第四屆IEC大會(huì)，會(huì)議決定采用物理標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，而不以CGS單位制為基礎(chǔ)單位。以O(shè)hm、Ampere和Volt為基本單位，定義了八個(gè)國際單位：國際Ohm、國際Volt、國際Ampere、國際Coulomb、國際Farad、國際Joule、國際Watt、國際Henry。,電磁學(xué)歷史上的第一個(gè)國際單位制，1894年起生效。,1900年開始，磁通：Maxwell；1930年，磁感應(yīng)強(qiáng)度：Gauss；磁場(chǎng)強(qiáng)度：Oersted；1935年，磁通：Weber（1Weber108Maxwell）；電導(dǎo)率：Siemens；頻率：Hertz。,電磁學(xué)單位制的歷史,MKS單位制（有理制和非有理制）,1896年G.Giorgi（意大利）提出CGS單位制的推導(dǎo)方法。1901年10月13日提出MKSO單位制，以m、kg、s和Ohm為基本單位的實(shí)用單位制。1904年在美國St.Louis召開IEC大會(huì)將MKSO列入議題。1906年國際電工委員會(huì)（IEC，InternationalElectrotechnicalCommission)成立。1935年在ScheveningenBrussels召開的第屆IEC大會(huì)上MKS獲得通過，但是否定了將Ohm作為第四個(gè)基本單位的設(shè)想。,1940年1月1日，CIPM宣布采用MKS單位制，要求國際單位建立在CGS單位制的絕對(duì)測(cè)量上，反對(duì)用物理?xiàng)l件來決定國際單位。1946年10月決議：從1948年1月1日起，用絕對(duì)單位（cm、g、s）取代某些物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上的電學(xué)單位。,電磁學(xué)單位制的歷史,MKS單位制（有理制和非有理制）,CoulombLaw,首先確定導(dǎo)出c0的基本單位；其次確定選取0、0、中哪一個(gè)作為獨(dú)立量；最后確定k1、k2、k3。以保證公式的系數(shù)簡(jiǎn)化。,Biot-SavartLaw,如果k1、k2、k3選取1時(shí)為非有理單位制；選取4時(shí)為有理單位制,電磁學(xué)單位制的歷史,Heaviside有理化單位,CGS單位制,現(xiàn)在通用方程,1885年OliverHeaviside將Maxwell的20個(gè)分量式電磁場(chǎng)方程簡(jiǎn)化為4個(gè)較為對(duì)稱的矢量方程。有理化單位、矢量式、對(duì)稱性。,Heaviside方程,電磁學(xué)單位制的歷史,Maxwell對(duì)于物理量分類的貢獻(xiàn),1637年RenDescartes（笛卡兒）將直角坐標(biāo)系（亦稱為笛卡兒坐標(biāo)系，Cartesiancoordinates）引入幾何學(xué)。,WilliamRowanHamilton（哈密頓）把物理量分為矢量和標(biāo)量?jī)纱箢悾噶亢蜆?biāo)量是不能相加減的。,1863年JamesClerkMaxwell（麥克斯韋）發(fā)表論電量的基本關(guān)系，系統(tǒng)地引進(jìn)量綱的概念和表示法。指出“力矢量”和“通量矢量”的關(guān)系及其區(qū)別。如磁場(chǎng)強(qiáng)度H和電場(chǎng)強(qiáng)度E具有力性質(zhì)；磁感應(yīng)強(qiáng)度B和電位移矢量D為通量性質(zhì)。,電磁學(xué)單位制的歷史,MKSA單位制的采用,1950年7月IEC大會(huì)采用Heaviside的有理化單位制，引入Ampere作為第四個(gè)基本單位（電流），即MKSA單位制。,1954年第十屆國際計(jì)量大會(huì)(CGPM)采用有理化單位制；1960年10月的第十一屆CGPM，引入Kelvin（熱力學(xué)溫度）和candela（發(fā)光強(qiáng)度）；1971年引入Mole（物質(zhì)的量），至此新的國際單位制全部建立起來，為了與1893年的第一個(gè)國際單位制相區(qū)別，用SI來表示現(xiàn)在的國際單位制。,SI單位制（新的國際單位制）的建立,電磁學(xué)單位制的現(xiàn)狀,統(tǒng)一采用SI單位制,電磁學(xué)的SI單位制與MKSA單位制一致。,ManyU.S.teachersthinktheansweris“Liberia（利比里亞）andBurma（緬甸）”(makethatMyanmar（緬甸）).LetsgiveLiberiaandMyanmarabreak!Allcountrieshaveadoptedthemetricsystem,includingtheU.S.,andmostcountries(butnottheU.S.)havetakenstepstoeliminatemostusesoftraditionalmeasurements.Ho