测量仪器的特性(三~六)

  计量多年 ·  2008-05-06 10:38  ·  52051 次点击
三、〔测量仪器的〕最大允许误差、引用误差
1.测量仪器的最大允许误差
是指“对给定的测量仪器,规范、规程等所允许的误差极限值”(7.21条)。这是指在规定的参考条件下,测量仪器在技术标准、计量检定规程等技术规范上所规定的允许误差的极限值。这里规定的是误差极限值,所以实际上就是测量仪器各计量性能所要求的最大允许误差值。可简称为最大允许误差,也可称为测量仪器的允许误差限。最大允许误差可用绝对误差、相对误差或引用误差等来表述。
例如:测量范围为0~25mm,分度值为0.01mm的千分尺其示值的最大允许误差0级不得超过±2mm;1级不得超过±4mm。又如测量范围为25℃~50℃的分度值为0.05℃的一等标准水银温度计,其示值的最大允许误差为±0.10℃。如准确度等级为1.0级的配热电阻测温用动圈式测量仪表,其测量范围为0~500℃,则其示值的最大允许误差为500×1%=±5℃,则用引用误差表述。如非连续累计自动衡器(料斗秤)在物料试验中,对自动称量误差的评定则以累计载荷质量的百分比相对误差进行计算,准确度为0.2级、0.5级的则首次检定其自动称量误差不得超过累计载荷质量的±0.10%和±0.25%。最大允许误差是评定测量仪器是否合格的最主要指标之一,当然它也直接反映了测量仪器的准确度。
要区别和理解测量仪器的示值误差、测量仪器的最大允许误差和测量不确定度之间的关系。示值误差和最大允许误差均是对测量仪器本身而言,最大允许误差是指技术规范(如标准、检定规程)所规定的允许的误差极限值,是判定是否合格的一个规定要求,而示值误差是测量仪器某一示值其误差的实际大小,是通过检定、校准所得到的一个值,可以评价是否满足最大允许误差的要求,从而判断该测量仪器是否合格,或根据实际需要提供修正值,以提高测量仪器的准确度。测量不确定度是表征测量结果分散性的一个参数,它只能表述一个区间或一个范围,说明被测量真值以一定概率落于其中,它对测量结果而言,以判定测量结果的可靠性。可见最大允许误差、示值误差和测量不确定度它们具有不同的概念,前者相对测量仪器而言,后者相对测量结果而言,前者相对与真值(约定真值)之差,后者只是一个区间范围,前者可以对测量仪器的示值进行修正,后者无法对测量仪器进行修正。个人认为,可见测量不确定度概念不能完全代替测量仪器的误差,因为它无法得到修正值,作为测量仪器的特性,规定最大允许误差和通过检定、校准去确定示值误差,在实用上具有十分现实的意义。
2.〔测量仪器的〕引用误差
测量仪器的引用误差可简称为引用误差,它是指“测量仪器的误差除以仪器的特定值”(7.28条)。通常很多测量仪器是用引用误差来表示该测量仪器的允许误差限。特定值一般称为应用值,它可以是测量仪器的量程也可以是标称范围的上限或测量范围等。测量仪器的引用误差就是测量仪器的相对误差与其应用值之比。
例如:一台标称范围为0~150V的电压表,当在示值为100.00V处,用标准电压表检定所得到的实际值为99.4V,则该处的引用误差为:
×100%=0.40%
上式中100.0-99.4=+0.6V为100.0V处的示值误差,而150为该测量仪器的标称范围的上限,所以引用误差都是对满量程而言。
上述例子所说的引用误差必须与相对误差的概念相区别,100.0V处的相对误差为:
×100%=0.60%
相对误差是相对于被检定点的示值而言,相对误差是随示值而变化的。
当用测量范围的上限值作为引用误差时也可称之为满量程误差,通常可在误差数字后附以Fullscale的缩写FS。例如某测力传感器的满量程误差为0.05%FS。
采用引用误差可以十分方便地表述测量仪器的准确度等级,例如指示式电工仪表分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等7个准确度等级,弹簧管式一般压力表分为1、1.5、2.5、4等4个准确度等级,它们都是仪表最大允许示值误差以量程的百分数(%)来表示的,即1级压力表其满量程最大允许的示值误差为±1.0%FS。
四、〔测量仪器的〕重复性
测量仪器的重复性是指“在相同测量条件下,重复测量同一个被测量,测量仪器提供相近示值的能力”(见JJF1001-19987.27条,以下简称条款)。就是指在相同测量条件下,重复测量同一个被测量,其测量仪器示值的一致程度。又简称为重复性。
相同的测量条件主要包括:相同的测量程序;相同的观测者;在相同条件下使用相同的测量设备;在相同地点;在短时间内重复。
测量仪器的重复性,即多次测量同一量,其示值的变化,实质上反映了测量仪器示值的随机误差分量,所以重复性可以用示值的分散性定量地表示,这也是衡量测量仪器计量性能的指标之一。
要区别测量仪器的重复性、测量结果的重复性及示值变动性的概念。测量仪器的重复性是对测量仪器的示值而言,而测量结果的重复性是针对测量结果而言,而有的长度测量仪器,经常使用“示值变动性”或“示值变化”,它是指在测量条件不作任何改变的情况下,对同一被测的量多次重复测量读数,其结果的最大差异,实质上反映了测量仪器示值读数机构的重复性,一般在不改变被测量的安装位置,主要考核读数机构引起的示值变化,从概念上讲和重复性是有一定差异的。
五、稳定性
稳定性是指“测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力”(7.14条)。通常稳定性是指测量仪器的计量特性随时间不变化的能力。若稳定性不是对时间而言,而是对其他量而言,则应该明确说明。稳定性可以进行定量的表征,主要是确定计量特性随时间变化的关系。通常可以用以下两种方式:用计量特性变化某个规定的量所需经过的时间,或用计量特性经过规定的时间所发生的变化量来进行定量表示。例如:对于标准电池,对其长期稳定性(电动势的年变化幅度)和短期稳定性(3~5天内电动势变化幅度)均有明确的要求;如量块尺寸的稳定性,以其规定的长度每年允许的最大变化量(微米/年)来进行考核,上述稳定性指标均是划分准确度等级的重要依据。
对于测量仪器,尤其是基准、测量标准或某些实物量具,稳定性是重要的计量性能之一,示值的稳定是保证量值准确的基础。测量仪器产生不稳定的因素很多,主要原因是元器件的老化、零部件的磨损、以及使用、贮存、维护工作不仔细等所致。测量仪器进行的周期检定或校准,就是对其稳定性的一种考核。稳定性也是科学合理地确定检定周期的重要依据之一。
六、超然性
超然性是指“测量仪器不改变被测量的能力”(7.15条)。是测量仪器本身从原理、结构、使用上是否存在着对被测量值影响的能力。这是测量仪器在设计和使用中应考虑的一个重要因素。最好是不影响或使其影响减小到最少。实际上,在进行测量时,测量仪器几乎不可避免地要影响着被测量,存在着超然性,因为测量仪器与被测量之间必然有能量和物质的消耗,或仪器结构、使用方法对被测量的影响。例如:电流表、电压表在使用时会有电功率的消耗;千分尺、百分表在使用时存在着测量力作用于被测对象;热电偶测温时总伴有与外界的热交换影响。有的测量仪器由于内部的结构、其传动或指示机构的不平衡性,以及测量方法、使用环境等都会对被测量值产生影响,这将会增大测量仪器的示值误差,影响测量仪器的准确度。当然也存在着具有超然性的测量仪器,如天平,它从仪器的结构和通过测量方法,如采用替代称量法或交换称量法则可以消除天平不等臂误差的影响,同时在同一条件下测量,可以消除其他相应的影响量带来的影响,所以这是超然性的。我们应该研究改进测量仪器的结构,或研究各种测量方法,来提高测量仪器的超然性,以减少测量仪器由于各种因素造成的对被测量值的影响。

1 条回复

辽宁计量  2008-05-06 17:06
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