登录  
 加关注
查看详情
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

朱振刚 日记

色谱仪,光谱仪,红外线分析器制造

 
 
 

日志

 
 

测量仪器的特性  

2013-05-18 06:45:19|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
为了确保测量仪器测量结果的准确可靠,测量仪器必须具备必要的基本性能,如准确度、灵敏度、重复性、稳定性、超然性、示值误差、最大允许误差等特性,JJF1001-1998《通用计量术语及定义》第7章专门对测量仪器的特性有关术语做了规定,这些特性反映了对测量仪器的要求,也是评定测量仪器性能的主要依据。现介绍如下:
   
一、测量仪器的准确度
    是指“测量仪器给出接近于真值的响应的能力”(见JJF1001-1998《通用计量术语及定义》7.18条,以下简称条款)。也就是指测量仪器给出的示值接近于真值的能力,即测量仪器由于仪器本身所造成的其输出的被测量值接近被测量真值的能力。由于各种测量误差的存在,通常任何测量是不可能完善的,所以实际上真值是不可知的,当然接近于真值的能力也是不确定的,因此测量仪器准确度是反映了测量仪器示值接近真值的一种程度,所以在该定义的注中说明准确度是一个定性的概念。
    测量仪器准确度是表征测量仪器品质和特性的最主要的性能,因为任何测量仪器的目的就是为了得到准确可靠的测量结果,实质就是要求示值更接近于真值。为此虽然测量仪器准确度是一种定性的概念,但从实际应用上人们需要以定量的概念来进行表述,以确定其测量仪器的示值接近于其真值能力的大小。在实际应用中这一表述是用其他的术语来定义的,如准确度等级、测量仪器的[示值]误差、〔测量仪器的〕最大允许误差或〔测量仪器的〕引用误差等(此处所使用的方括号,按《通用计量术语及定义》,使用时可以省略,下同)。准确度等级是指“符合一定的计量要求,使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别”(7.19条)。即就是按测量仪器准确度高低而划分的等别或级别,如电工测量指示仪表按仪表准确度等级分类可分为0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七级,具体说就是该测量仪器满量程的引用误差,如1.0级指示仪表,则其满量程误差为±1.0%FS。如百分表准确度等级分为0、1、2级,则主要是以示值最大允许误差来确定。如准确度代号为B级的称重传感器,当载荷m处于0≤m≤5000v时(v为传感器的检定分度值),则其最大允许误差为0.35v。又如一等、二等标准水银温度计,就是以其示值的最大允许误差来划分的。所以准确度等级实质上是以测量仪器的误差来定量表述测量仪器准确度的大小。有的测量仪器没有准确度等级指标,则测量仪器示值接近于真值的响应能力就是用测量仪器允许的示值误差来表述,因为测量仪器的示值误差就是指在规定条件下测量仪器示值与对应输入量的真值之差,这和测量仪器准确度定义概念是完全相对应的,如长度用半径样板,它就是以名义半径尺寸来规定其允许的工作尺寸偏差值来确定其准确度。因为真值是不可知的,实际上测量仪器可以用约定真值或实际值来计算其误差的大小,通过示值误差、最大允许误差、引用误差或准确度等级来定量进行表述。实际上准确度等级也只是一种表述形式,这些等级的划分仍是以最大允许误差、引用误差等一系列的特性来定量表达的。这里要注意,从名词术语的名称和定义来看,测量仪器准确度和准确度等级、测量仪器的示值误差、最大允许误差、引用误差等其概念是不同的,测量仪器准确度术语是定性的概念,严格讲要定量地给出测量仪器接近于真值的响应能力,则应该指明给出量值是什么量,是示值误差、最大允许误差、引用误差或准确度等级,不能笼统地称为准确度。我们可以认为测量仪器准确度是它们这些特性概念的总称,测量仪器准确度可以用其它相应的术语来定量表述,这二者是有区别的。准确度1级应称为准确度等级为1级,准确度为0.1%称为其引用误差为0.1%FS。但有时为了制定表格或方便表述,表头则也可写“准确度”,表内填写准确度等级或规定的允许误差。要说明一点,测量仪器准确度是测量仪器最最主要的计量性能,人们关心的就是是否准确可靠,如何来确定这一计量性能大小?通常它是用其它的术语来定量表述而已。
    要正确区分测量仪器的准确度和准确度等级及测量仪器的准确度和测量准确度的概念。测量仪器的准确度是指测量仪器给出的示值接近于真值的能力,准确度等级是指测量仪器的示值接近真值的具体程度所划分的等别或级别,测量仪器的准确度通常可用准确度等级来具体表述,测量仪器按准确度来划分等级进行分类有利于量值传递或溯源,有利于制造和合理选用测量仪器,准确度等级是测量仪器最具概括性的特性。测量仪器的准确度是对测量仪器本身而言的,它只是确定了测量仪器本身示值的误差范围,它并不等于用该测量仪器进行测量其测量结果的准确可靠性,测量准确度是表示测量结果与被测量真值之间的一致程度,是对测量结果而言,它既包含了测量仪器的误差,也包含了测量环境条件外界因素所带来的误差,一是对测量器具而言,一是对测量结果而言,这二者是有根本区别的,当然也存在着内在的联系,但是是两个概念。
   
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。
   
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Full scale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JJF1001-1998   7.27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。
   
七、灵敏度、鉴别力阈、〔显示装置的〕分辨力
    1.灵敏度
    灵敏度是指“测量仪器响应的变化除以对应的激励变化”(7.10条)。是反映测量仪器被测量(输入)变化引起仪器示值(输出)变化的程度。它用被观察变量的增量即响应(输出量)与相应被测量的增量即激励(输入量)之商来表示。如被测量变化很小,而引起的示值(输出量)改变很大,则该测量仪器的灵敏度就高。
    对于线性测量仪器来说,其灵敏度S为:
    S= =k=常数
    式中的k叫传递系数,当响应y与激励x是同一种量时,又叫放大系数。对于非线性的测量仪器,灵敏度宜表示为:
    S= =f′(x)
    这时灵敏度随激励变化而变化,它是一个变量,与激励值有关。
    例如:在磁电系仪表中,响应特性是线性关系,灵敏度就是个常数;而在电磁系仪表中响应特性呈平方关系,灵敏度随激励值变化。又如电动系仪表,测量功率时灵敏度是个常数,而测量电流或电压时却又随激励值变化。因此,有时在表述测量仪器的灵敏度时,往往要指明对哪个量而言。例如检流计,就要说明是指电流灵敏度还是电压灵敏度。
    在某些情况下,还使用下式表示相对灵敏度:
    
    式中,x为激励即输入的被测量值。
    灵敏度是测量仪器中一个十分重要的计量特性,它是反映测量仪器性能的重要指标,但有时灵敏度并不是越高越好。为了方便读数,使示值处于稳定,还需要特意降低灵敏度值。
    2.鉴别力阈
    鉴别力阈是指“使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化,这种激励变化应缓慢而单调地进行”(7.11条)。它是指当测量仪器在某一示值给以一定的输入,确定某激励值,这种激励再缓慢从同一方向逐步增加,开始为未察觉响应的变化,当测量仪器的输出开始有可觉察的响应变化时,读取该激励值,此输入的激励变化称为鉴别力阈。也可简称鉴别力,同样可以在反行程进行。
    例如:在一台天平的指针产生未觉察位移的最大负荷变化为10mg,则此天平的鉴别力阈为10mg;如一台电子电位差计,当同一行程方向输入量缓慢改变到0.04mV时,则指针开始产生可觉察的变化,则其鉴别力阈为0.04mV。为了准确地得到其鉴别力阈值,则激励的变化(输入量的变化)应缓慢,同时应在同一行程上进行,以消除惯性或内部传动机构的间隙和摩擦。通常一台测量仪器其鉴别力阈应在同一示值上和对应在标尺上、中、下不同示值范围正反向行程进行测定,则其鉴别力阈值是不同的,则可以按其最大的激励变化来表示测量仪器鉴别力阈值。鉴别力阈有时人们也习惯称为灵敏阈、灵敏限,是同一个概念。产生鉴别力阈的原因可能与噪声(内部、外部的)摩擦、阻尼、惯性等有关,也与激励值有关。
    要注意灵敏度和鉴别力阈的区别和关系。这是两个概念,灵敏度是被测量(输入量)变化引起了测量仪器示值(输出量)变化的程度,鉴别力阈是引起测量仪器示值(输出量)未觉察变化时被测量(输入量)的最大变化。但二者是相关的,灵敏度越高,其鉴别力阈越小;其灵敏度越低,鉴别力阈越大。如有两台检流计,A台输入1mA,光标移动10格,B台输入1mA,光标移动20格,则B台的灵敏度为20格/mA,比A台10格/mA高,若人眼睛的分辨力即可觉察的最小变化量为0.1格,则A台改变0.1格,将输入0.01mA,B台的改变0.1格将输入0.005mA。可见B台的鉴别力阈为0.005mA比A台的0.01mA小,但B台的灵敏度比A台要高。
    3.〔显示装置的〕分辨力
    显示装置的分辨力是指“显示装置能有效辨别的最小的示值差”(7.12条)。是显示装置中对其最小示值差的辨别能力。通常模拟式显示装置的分辨力为标尺分度值的一半,即用肉眼可以分辨到一个分度值的1/2,当然也可以采取其它工具如放大镜、读数望远镜等提高其分辨力;对于数字式显示装置的分辨力为末位数字的一个数码,对半数字式的显示装置的分辨力为末位数字的一个分度。此概念也可以适应记录式仪器。显示装置的分辨力可简称为分辨力。
    要区别分辨力和鉴别力阈的概念,不要把二者相混淆。因为鉴别力阈是须在测量仪器处于工作状态时通过实验才能评估或确定数值,它说明响应的未觉察变化所需要的最大激励值,而分辨力只须观察显示装置,即使是一台不工作的测量仪器即可确定,是说明最小示值差的辨别能力。
    分辨力高可以降低读数误差,从而减少由于读数误差引起的对测量结果的影响。要提高分辨力,往往有很多因素,如指示仪器可增大标尺间距,要规定刻线和指针宽度,要规定指针和度盘间的距离等,这些一般在测量仪器的标准或检定规程中都应规定,因为它直接影响着测量的准确度,有的测量仪器则改进读数装置,如广泛使用的游标卡尺,它利用游标读数原理用游标来提高对卡尺读数的分辨力,使游标量具的游标读数值达到0.10、0.05和0.02mm。
   
八、响应特性、响应时间
    1.响应特性
    响应特性是指“在确定条件下,激励与对应响应之间的关系”(7.9条)。这里的激励就是输入量或输入信号,响应就是输出量或输出讯号,而响应特性就是输入输出特性。对一个完整的测量仪器来说,激励就是被测量,而响应就是它对应地给出的示值。显然,只有准确地确定了测量仪器的响应特性,其示值才能准确地反映被测量值。因此,可以说响应特性是测量仪器最基本的特性。
    该定义中“在确定条件下”是一种必要的限定,因为只有在明确约定的条件下,讨论响应特性才有意义。
    测量仪器的响应特性,在静态测量中,测量仪器的输入x(即待被测量的量值或激励)和输出y(即示值或响应)不随时间而改变,它的输入/输出特性或静态响应特性可用下式表示:
    y=f(x)
    此关系可以建立在理论或实验的基础上,除了上述表述外,也可以用数表或图形表示。对于具有线性标尺的测量仪器,其静态响应特性为:
    y=kx
    式中k是测量仪器本身的一些固定参数值确定的常数。这是线性测量仪器响应特性的普遍表示式。只要k值一经确定,响应特性也就完全确定。
    确定了线性测量仪器的静态响应特性,就可以方便地根据它来研究测量仪器的一系列静态特性(即用于测量静态量时测量仪器所呈现的特性),如灵敏度、线性、滞后、漂移等特性及由它们引起的测量误差。
    测量仪器的动态响应特性,在动态测量中,测量仪器的激励或输入按时间t的函数而改变,其响应或输出也是时间的函数,一般认为它们之间的关系可以用常系数微分方程来描述,用拉普拉斯积分变换来求解常系数线性微分方程十分方便,当激励按时间函数变化时,传递函数(响应的拉普拉斯变换除以激励的拉普拉斯变换)是响应特性的一种形式。
    2.响应时间
    响应时间是指“激励受到规定突变的瞬间,与响应达到并保持其最终稳定值的规定极限内的瞬间,这两者之间的时间间隔”(7.17条)。这是测量仪器动态响应特性的重要参数之一。是指对输入输出关系的响应特性中,考核随着激励的变化其响应时间反映的能力,当然越短越好,响应时间短则反映指示灵敏快捷,有利于进行快速测量或调节控制。如动圈式温度指示调节仪,其性能上有一条规定,即阻尼时间,要求给仪表突然加上相当于标尺几何中心点的被测量(毫伏值或电阻值)的瞬时起至指针距最后静止位置不大于标尺弧长±10%的范围为止,这个时间间隔对张丝支承仪表不超过7秒,对轴承、轴尖支承仪表不超过10秒,这一阻尼时间就是响应时间,正是由于动圈仪表是由张丝或轴承支承,指针在测量过程中要稳定下来需要有一定时间,其调节性能不够理想、应用范围受到一定限制。对于线性一阶测量仪器来说,响应时间就是它的时间常数。
   
九、漂移
    漂移是指“测量仪器计量特性的慢变化”(7.16条)。这是反映在规定条件下,测量仪器计量特性随时间的慢变化,如在几分钟、几十分钟或多少小时内保持其计量特性恒定能力的一个术语。如有的测量仪器所指的零点漂移,有的线性测量仪器静态特性随时间变化的量程漂移。如原子吸收光谱仪的一种冷原子吸收测汞仪,则规定在外接交流稳压器、输出端接10mV记录仪,仪器预热2小时后,测定半小时内零点的最大漂移应小于0.1mV。又如热导式氢分析器,规定用校准气体将示值分别调到量程的5%和85%,经24小时后,分别记下前后读数,则5%处的示值变化称为零点漂移,其85%处的示值变化减去5%示值的变化,称为量程漂移,所引起的误差不得超过固有误差。产生漂移的原因,往往是由于温度、压力、湿度等影响变化所引起,或由于仪器本身性能的不稳定。测量仪器使用时采取预热、预先放置一段时间与室温等温,就是减少漂移的一些措施。
   
十、死区
    死区是指“不致引起测量仪器响应发生变化的激励双向变动的最大区间”(7.13条)。有的测量仪器由于机构零件的摩擦,零部件之间的间隙,弹性材料的变形,阻尼机构的影响,或由于被测量滞后等原因,在增大输入时,没有响应输出,或者在减少输入时,也没有响应变化,这一不会引起响应变化的最大的激励变化范围称为死区。相当于不工作区或不显示区。
    通常测量仪器的死区可用滞后误差或回程误差来进行定量确定。例如:当用标准电位差计检定测温用自动电子电位差计时,以标准电位差计示值作为被测量值的输入量,增加标准电位差计示值,使电子电位差计的指针,从正行程方向达到某一规定的示值,此时读数标准电位差计的示值为A1,然后缓慢减小标准电位差计的输入量,使其反方向行程改变被测量,当发现电子电位差计指针有可觉察移动时,读取标准电位差计的示值为A2,则|A1-A2|值即为测量仪器该点的回程误差,即反映了不致引起测量仪器响应发生变化的激励双向变动的区间值。定义所说的“最大区间”是指在测量仪器的整个测量范围内其死区的最大变化值,如测定三个点,则以最大的死区判定为该测量仪器的死区区间。当然死区大小与测量过程中的速率有关,要准确地得到死区的大小则激励的双向变动要缓慢地进行。对于数字计量仪器的死区,IEC标准解释为:引起数字输出的模拟输入信号的最小变化。但有时死区过小,反而使示值指示不稳定,少有激励变化,响应就改变,为了提高测量仪器示值的稳定性,方便读数,有时要采取降低灵敏度或增加阻尼机构等措施来加大死区。
按《通用计量术语及定义》第7章划分,测量仪器的特性还有很多内容,加标称范围、测量范围、量程、测量仪器工作条件等,这些内容已在上一讲陈述,故不再重复。在实际使用中仍有很多测量仪器特性的术语,在此只对JJF 1001—1998规范所包含的术语做一解释。
  评论这张
 
阅读(520)| 评论(0)

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2018