测量仪器的特性(二、测量仪器的〔示值〕误差)
计量多年 · 2008-05-06 10:36 · 53948 次点击
二、测量仪器的〔示值〕误差
1.测量仪器的示值误差
是指“测量仪器示值与对应输入量的真值之差”(7.20条)。这是测量仪器的最主要的计量特性之一,其实质就是反映了测量仪器准确度的大小。示值误差大则其准确度低,示值误差小,则其准确度高。
示值误差是对真值而言的。由于真值是不能确定的,实际上使用的是约定真值或实际值。为确定测量仪器的示值误差,当其接受高等级的测量标准器检定或校准时,则标准器复现的量值即为约定真值,通常称为实际值,即满足规定准确度的用来代替真值使用的量值。所以指示式测量仪器的示值误差=示值-实际值;实物量具的示值误差=标称值-实际值。例如:被检电流表的示值I为40A,用标准电流表检定,其电流实际值为Io=41A,则示值40A的误差Δ为
Δ=I-Io=40-41=-1A
则该电流表的示值比其真值小1A。如一工作玻璃量器的容量其标称值V为1000ml,经标准玻璃量器检定,其容量实际值Vo为1005ml,则量器的示值误差Δ为:
Δ=V-Vo=1000-1005=-5ml
即该工作量器的标称值比其真值小5ml。
要正确区别误差、偏差和修正值的概念。偏差是指“一个值减去其参考值”(5.17条),对于实物量具而言,偏差就是实物量具的实际值对于标称值偏离的程度,即偏差=实际值-标称值。例如有一块量块,其标称值为10mm,经检定其实际值为10.1mm,则该量块的偏差为10.1-10=+0.1mm,说明此量块相对10mm标准尺寸大了0.1mm;则此量块的误差为示值(标称值)-实际值,即误差=10-10.1=-0.1mm,说明此量块比真值小了0.1mm,故此在使用时应加上0.1mm修正值。修正值是指为清除或减少系统误差,用代数法加到未修正测量结果上的值。从上可见这三个概念其量值的关系:误差=-偏差;误差=-修正值;修正值=偏差。在日常计算和使用时要注意误差和偏差的区别,不要相混淆。
测量仪器的示值误差可简称为测量仪器的误差,按照不同的示值、性质或条件,测量仪器的误差又具有专门的术语。如基值误差、零值误差、固有误差、偏移等。
2.〔测量仪器的〕基值误差
它是指“为核查仪器而选用在规定的示值或规定的被测量值处的测量仪器误差”(7.22条)。为了检定或校准测量仪器,人们通常选取某些规定的示值或规定的被测量值,则在该值上测量仪器的误差称为基值误差。
例如:选用规定的示值,如对普通准确度等级的衡器,载荷点50e和200e是必检的(e是衡器的检定分度值),它们在首次检定时基值误差分别不得超过±0.5e和±1.0e。如对于中准确度等级的衡器,载荷点500e和2000e是必须检的,它们在首次时的基值误差分别不得超过±0.5e和±1.0e。规定被测量值,如对于标准热电偶的检定或分度,通常选用锌、锑及铜三个温度固定点进行示值检定或分度,则在此三个值上标准热电偶的误差,即为基值误差。测量仪器的基值误差可简称为基值误差。
3.〔测量仪器的〕零值误差
它是指“被测量为零值的基值误差”(7.23条)。是指被测量为零值时,测量仪器示值相对于标尺零刻线之差值。也可说是测量仪器零位,即当被测量值为零时,测量仪器的直接示值与标尺零刻线之差。通常在测量仪器通电情况下,称为电气零位,在不通电的情况下称为机械零位。零位在测量仪器检定或校准或使用时十分重要,因为它无需用标准器就能准确地确定其零位值,如各种指示仪表和千分尺、度盘秤等都具有零位调节器,可以作为检定或校准或用作使用者调整,以便确保测量仪器的准确度。
通常测量仪器零值误差均作为基值误差对待,因为零值对考核测量仪器的稳定性、准确度作用十分重要。测量仪器的零值误差可简称为零值误差。
4.〔测量仪器的〕固有误差
它是指“在参考条件下确定的测量仪器的误差”(7.24条)。固有误差通常也可称为基本误差,它是指测量仪器在参考条件下所确定的测量仪器本身所具有的误差。主要来源于测量仪器自身的缺陷,如仪器的结构、原理、使用、安装、测量方法及其测量标准传递等造成的误差。固有误差的大小直接反映了该测量仪器的准确度。一般固有误差都是对示值误差而言,因此固有误差是测量仪器划分准确度的重要依据。测量仪器的最大允许误差就是测量仪器在参考条件下,反映测量仪器自身存在的所允许的固有误差极限值。
提出固有误差这一术语是相对于附加误差而言的。附加误差就是测量仪器在非标准条件下所增加的误差。额定操作条件、极限条件等都属于非标准条件。非标准(即参考)条件下工作的测量仪器的误差,必然会比参考条件下的固有误差要大一些,这个增加的部分就是附加误差。它主要是由于影响量超出参考条件规定的范围,对测量仪器带来影响的所增加的误差,即属于外界因素所造成的误差。因此测量仪器使用时与检定、校准时因环境条件不同而引起的误差,就是附加误差;测量仪器在静态条件下检定、校准,而在实际动态条件下使用,则也会带来附加误差。测量仪器的固有误差又可简称为固有误差。
5.〔测量仪器的〕偏移、抗偏移性
测量仪器的偏移是指“测量仪器示值的系统误差”(7.25条)。人们在用测量仪器测量时,总希望得到真实的被测量值,但实际上多次测量同一个被测量时,得到的是不同的示值。由于测量仪器存在着误差,而形成测量仪器示值的系统误差分量,我们称之为测量仪器的偏移,又简称偏移。造成测量仪器的偏移原因是很多的,如仪器设计原理上的缺点,标尺、度盘安装不正确,使用时受到测量环境变化的影响,测量或安装方法的不完善,测量人员的因素以及测量标准器的传递误差等。测量仪器示值的系统误差,按其误差出现的规律,可分为定值系统误差和变值系统误差。有的系统误差分量是按线性变化、周期性变化或复杂规律变化的,为了确定测量仪器的偏移,通常用适当次数重复测量的示值误差的平均值来估计,这样可以排除测量仪器示值其随机误差的分量。由于存在着示值变值系统误差,因此,在确定测量仪器偏移时,应考虑不同的测量点即示值的不同范围。
测量仪器的偏移,直接影响着测量仪器的准确度,因为在大多数情况下,测量仪器的示值误差主要决定于系统误差,有时系统误差比随机误差往往会大一个数量级,为什么测量仪器要定期进行检定、校准,主要就是为了确定测量仪器示值误差的大小,并给以修正值进行修正,这就控制了测量仪器的偏移,确保了测量仪器的准确度。
测量仪器的抗偏移性是指“测量仪器给出不含系统误差的示值的能力”(7.26条)。测量仪器示值的系统误差是客观存在的,由于它直接影响着测量仪器的准确度,因此我们应尽力设法减小它,则测量仪器给出的示值不含系统误差的能力我们称之为测量仪器的抗偏移性,可简称抗偏移性。
不含系统误差是做不到的,但可以去减小它。实际上在测量仪器设计时必须考虑这一点,同时在测量仪器使用时也应考虑如何提高其抗偏移性。如从结构上保证指示器活动部分的平衡,可任意位置安装使用的仪器保证其内部零部件平衡配重,减少元器件随外界温度的影响等。有的仪器从测量方法上提高其抗偏移性,如千分尺、指示仪器的零位调整,要求仪器水平位置安放,甚至有的仪器带有水准泡,要求正确地安放被测件,有的选择适当的测量方法,使系统误差相互抵消,如采用交换法、替代法、补偿法、对称法等。当然还有一项十分重要的方法,就是让测量仪器定期开展检定、校准,确定测量仪器示值系统误差的大小,用修正值加以修正,这是提高抗偏移性的重要措施。
为了在测量前就将示值的系统误差产生的根源予以消除或减小,使用测量仪器的人员应对测量仪器中可能产生系统误差的环节进行仔细分析,并采取相应措施是十分重要的。