北京市計量檢測科學(xué)研究院 吳迅
測量儀器的示值特性是測量儀器性能好壞的重要標(biāo)志,是測量儀器的重要技術(shù)指標(biāo),也是測量儀器的設(shè)計、生產(chǎn)單位特別關(guān)注,計量、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)特別重視,測量、使用部門特別關(guān)心的重要技術(shù)指標(biāo)。因此對測量儀器的示值特性評價給予準(zhǔn)確、科學(xué)的術(shù)語描述就顯得十分重要。
測量儀器的示值特性是指測量儀器在測量范圍內(nèi)各點(diǎn)示值偏離真值的程度,即在測量范圍內(nèi)各點(diǎn)示值誤差變化的最大范圍。它是測量儀器各部件誤差的綜合體現(xiàn),反映了測量儀器因制造、使用磨損等因素對測量結(jié)果帶來的影響。
測量儀器的示值特性評價目前用以下幾個術(shù)語描述:
最大允許誤差——對給定的測量儀器,規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值。
示值誤差——測量儀器示值與對應(yīng)輸入量的真值之差。
準(zhǔn)確度——測量儀器給出接近于真值的響應(yīng)能力。
準(zhǔn)確度等級——符合一定的計量要求,使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的測量儀器的等別、級別。
測量不確定度——表征合理賦予被測量之值的分散性,與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。
以上術(shù)語分別從設(shè)計、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和使用的角度對測量儀器的示值特性評價給予描述。從定義上看,最大允許誤差是設(shè)計、生產(chǎn)單位或國家、行業(yè)主管部門人為地對測量儀器的示值特性給予的規(guī)定,提的是要求。準(zhǔn)確度是無法定量的定性概念,準(zhǔn)確度等級是測量儀器的一種分類形式。測量不確定度是與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù),一般不直接作為測量儀器的示值特性評價指標(biāo)。從客觀評價的角度看,按測量儀器的實(shí)際情況對測量儀器示值特性進(jìn)行評價的術(shù)語是示值誤差。
示值誤差從20世紀(jì)70年代ISO提出以來,至今定義未變。它講的是在儀器的測量范圍內(nèi)某一點(diǎn)(測量段)的示值與產(chǎn)生該示值的真值之差。由于真值不知,往往用約定真值代替真值使用,使示值誤差具有了實(shí)際使用價值。
人們在用示值誤差評價儀器某點(diǎn)的示值準(zhǔn)確程度后,還常將其重新定義或擴(kuò)大使用——評價測量儀器整體的示值特性,如取各點(diǎn)示值誤差值中的最大值作為測量儀器示值誤差的測量結(jié)果。根據(jù)定義,示值誤差只是針對儀器測量范圍中的某一點(diǎn)(測量段)而言,是對測量儀器示值特性中的某個點(diǎn)示值準(zhǔn)確程度的具體描述。當(dāng)取某點(diǎn)示值誤差作為測量儀器示值特性的測量結(jié)果時,就意味著該測量儀器各點(diǎn)示值誤差的變化范圍不大于該點(diǎn)示值誤差,這時的“示值誤差”顯然已不是原定義的示值誤差了,而是該測量儀器的各點(diǎn)示值誤差變化的最大范圍了。
在未進(jìn)入數(shù)字時代之前,測量儀器在某一測量范圍內(nèi),一般只有一個起始點(diǎn)也就是它的原點(diǎn)(零點(diǎn)),各點(diǎn)的示值均是相對同一個起始點(diǎn),誤差的大小具有可比性,從這個意義上講,在整個測量范圍內(nèi)擇其最大值作為測量儀器示值特性的測量結(jié)果具有一定合理性。
隨著數(shù)字時代的到來,測量儀器的數(shù)字化、自動化為使用者帶來極大的方便,特別是隨意清零功能為使用者帶來方便。同時由于清零的隨意性,也使得各點(diǎn)的示值有可能不是對同一起始點(diǎn)而言,造成示值誤差之間有可能不具有可比性,從這個意義上講,在整個測量范圍內(nèi)仍選擇示值誤差最大值作為測量儀器示值特性的測量結(jié)果就未必妥當(dāng)了。
實(shí)際上,人們測量示值誤差的真正目的是為了對測量儀器的示值特性進(jìn)行客觀評價。但是目前僅有對測量儀器示值特性客觀描述的具體術(shù)語——示值誤差,缺乏一個從測量儀器示值特性整體進(jìn)行客觀描述的術(shù)語,造成“示值誤差”術(shù)語的借用或說使用的擴(kuò)大化。為解決這個問題,建議使用“示值誤差范圍”術(shù)語。
示值誤差范圍——對給定的測量儀器,其示值誤差變化的極限值。
示值誤差范圍的大小是通過測量給定測量儀器的測量范圍內(nèi)N個示值誤差值,再根據(jù)有關(guān)規(guī)定對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后得到的。在方法上與借用“示值誤差”概念確定測量儀器的示值特性并無區(qū)別。但在概念上有如下的明確:
1.客觀評價測量儀器示值特性的總?cè)蝿?wù)是確定示值誤差范圍,分任務(wù)是測量示值誤差;
2.評價測量儀器示值特性的技術(shù)術(shù)語是示值誤差范圍,示值誤差只是為確定示值誤差范圍而必須要測量的一個參數(shù);
3.對測得的示值誤差值可根據(jù)規(guī)定做任意處理,得到的是示值誤差范圍,不必?fù)?dān)心與“示值誤差”定義發(fā)生沖突;
4.在測量示值誤差時,允許起始點(diǎn)浮動(即不在零點(diǎn)上),為測量帶來方便;
5.測量最終得到的是該測量儀器客觀存在的示值特性——示值誤差范圍,其與設(shè)計、生產(chǎn)單位或規(guī)范、規(guī)程等給出的該測量儀器示值最大允許誤差直接對應(yīng),一目了然。
采用“示值誤差范圍”術(shù)語對測量儀器示值特性進(jìn)行評價,是隨著技術(shù)的進(jìn)步對名詞術(shù)語進(jìn)行的科學(xué)規(guī)范,它將原來附加在“示值誤差”上用于測量儀器示值特性評價的概念明確提出,并給予準(zhǔn)確、科學(xué)地定義,同時還“示值誤差”概念的原貌,消除了一詞多用帶來的概念上的混亂,避免了“示值誤差”概念的誤用(如示值誤差:±2μm)帶來的尷尬。
增加了“示值誤差范圍”術(shù)語后,測量儀器示值特性評價在主觀上是通過示值最大允許誤差給出的;在客觀上是通過測量其示值誤差確定其示值誤差范圍得到的;也可根據(jù)其示值誤差范圍確定準(zhǔn)確度等級進(jìn)行分類評價;對無法確定示值誤差范圍的某些高、精、尖的科研課題,還可通過對其測量結(jié)果不確定度的評定進(jìn)行間接評價。由此形成一組對測量儀器示值特性比較科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確、合理的評價術(shù)語。
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更多>2019-03-28