仪器误差限和灵敏阈
Alu · 2007-09-19 20:44 · 68492 次点击
在使用仪器进行各种测量并记录数据时,仪器自身的原理、结构、制造上的不完善性和环境条件对仪器的影响等必然与测量结果的不确定度有着密切关系。引起仪器误差的来源往往很多,以电学指示仪表为例,它们包括轴尖和轴承之间的间隙和摩擦、游丝和张丝的弹性不均匀和弛豫、活动部件不平衡、装配不准确、分度不均匀、内部磁场不均匀等。人们不可能对这些误差因素进行逐项分析处理。一般的测量仪器都有根据国家技术标准和检定规程规定的准确度等级。仪器的准确度等级的确定决定于仪器的各种误差因素,它是各种仪器误差因素的综合指标。根据给定的仪器等级和量程可以确定仪器的基本误差限或示值误差限,并用以表示仪器在正常使用情况下,即在规定标准条件和正常调整状况下,仪器示值与被测量真值之间可能产生的最大差异绝对值。如果使用条件不符合标准条件还会产生各种附加误差。仪器的灵敏阈是指足以引起仪器示值可察觉到变化的被测量的最小变化量值。被测量改变量小于这个阈值,仪器没有反应。一般说来数字仪表最末一位数所代表的量,就是这个仪表的灵敏阈。对于指针式仪表,一般认为人能感觉到的最小改变量是0.2分度值,所以可以把0.2分度值所代表的量作为指针式仪器的灵敏阈。灵敏阈与仪器的示值误差限有一定关系,一般说来,仪器的灵敏阈小于示值误差限,而示值误差限应小于仪器的最小分度值。应该指出由于仪器老化,特别是大学物理实验中学生频繁使用的仪器,其准确度降低了或灵敏阈变大了。另外仪器在不符合标准的条件下使用时还会产生各种附加误差。所以对仪器误差限作出准确估计并非易事。在大学物理实验中,常常把由国家技术标准或检定规程规定的仪器允许误差经过适当的简化约定作为常规使用中仪器的误差限。这种简化约定对于初学物理实验的低年级学生是适宜的。下面列出物理实验中一些常用仪器的示值误差限和允许误差。(1)10、20和50分度的游标卡尺其分度值分别为0.1、0.05和0.02mm,对应的示值误差限也分别为0.1、0.05和0.02mm。(2)量程为0~25mm的一级螺旋测微器的示值误差限为0.004mm。(3)在使用机械停表和电子停表时,其误差主要来源于启动和制动停表时的操作误差,其极限误差约为0.2s。(4)物理实验常用的水银温度计其极限误差为温度计的最小分度值。(5)指针式电流表和电压表的仪器误差限Δ仪=Am×a%(1.3—1)式中:Am表示量程;a为电表的准确度等级。(6)数字电压表的仪器误差限有多种表示形式,常见的有两种:Δ仪=a%Nx+b%NmΔ仪=a%Nx+n字(1.3—2)两种表达式都由两部分组成,其中前一部分与测量读数大小有关,后一部分是与测量读数无关的固定项误差。式中:a是数字仪表的准确度等级;Nx是显示的读数;b是一个常数(称为仪器误差的固定项系数);Nm为仪表的满程;n是仪器的固定项误差,相当于最小读数单位的倍数。例如PZ92型数字电压表,满程为200mV时,a=0.15,b=0.1。