計量培訓：通用計量術(shù)語(yǔ)知識講座

　　確保測量?jì)x器測量結果的準確可靠，測量?jì)x器必須具備必要的基本性能，如準確度、靈敏度、重復性、穩定性、超然性、示值誤差、最大允許誤差等特性，JJF1001-1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》第7章專(zhuān)門(mén)對測量?jì)x器的特性有關(guān)術(shù)語(yǔ)做了規定，這些特性反映了對測量?jì)x器的要求，也是評定測量?jì)x器性能的主要依據?，F介紹如下:    

　　一、測量?jì)x器的準確度

　　是指“測量?jì)x器給出接近于真值的響應的能力”(見(jiàn)JJF1001-1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》7.18條，以下簡(jiǎn)稱(chēng)條款)。也就是指測量?jì)x器給出的示值接近于真值的能力，即測量?jì)x器由于儀器本身所造成的其輸出的被測量值接近被測量真值的能力。由于各種測量誤差的存在，通常任何測量是不可能完善的，所以實(shí)際上真值是不可知的，當然接近于真值的能力也是不確定的，因此測量?jì)x器準確度是反映了測量?jì)x器示值接近真值的一種程度，所以在該定義的注中說(shuō)明準確度是一個(gè)定性的概念。
    測量?jì)x器準確度是表征測量?jì)x器品質(zhì)和特性的最主要的性能，因為任何測量?jì)x器的目的就是為了得到準確可靠的測量結果，實(shí)質(zhì)就是要求示值更接近于真值。為此雖然測量?jì)x器準確度是一種定性的概念，但從實(shí)際應用上人們需要以定量的概念來(lái)進(jìn)行表述，以確定其測量?jì)x器的示值接近于其真值能力的大小。在實(shí)際應用中這一表述是用其他的術(shù)語(yǔ)來(lái)定義的，如準確度等級、測量?jì)x器的[示值]誤差、〔測量?jì)x器的〕最大允許誤差或〔測量?jì)x器的〕引用誤差等(此處所使用的方括號，按《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》，使用時(shí)可以省略，下同)。準確度等級是指“符合一定的計量要求，使誤差保持在規定極限以?xún)鹊臏y量?jì)x器的等別、級別”(7.19條)。即就是按測量?jì)x器準確度高低而劃分的等別或級別，如電工測量指示儀表按儀表準確度等級分類(lèi)可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七級，具體說(shuō)就是該測量?jì)x器滿(mǎn)量程的引用誤差，如1.0級指示儀表，則其滿(mǎn)量程誤差為±1.0%FS。如百分表準確度等級分為0、1、2級，則主要是以示值最大允許誤差來(lái)確定。如準確度代號為B級的稱(chēng)重傳感器，當載荷m處于0≤m≤5000v時(shí)(v為傳感器的檢定分度值)，則其最大允許誤差為0.35v。又如一等、二等標準水銀溫度計，就是以其示值的最大允許誤差來(lái)劃分的。所以準確度等級實(shí)質(zhì)上是以測量?jì)x器的誤差來(lái)定量表述測量?jì)x器準確度的大小。有的測量?jì)x器沒(méi)有準確度等級指標，則測量?jì)x器示值接近于真值的響應能力就是用測量?jì)x器允許的示值誤差來(lái)表述，因為測量?jì)x器的示值誤差就是指在規定條件下測量?jì)x器示值與對應輸入量的真值之差，這和測量?jì)x器準確度定義概念是完全相對應的，如長(cháng)度用半徑樣板，它就是以名義半徑尺寸來(lái)規定其允許的工作尺寸偏差值來(lái)確定其準確度。因為真值是不可知的，實(shí)際上測量?jì)x器可以用約定真值或實(shí)際值來(lái)計算其誤差的大小，通過(guò)示值誤差、最大允許誤差、引用誤差或準確度等級來(lái)定量進(jìn)行表述。實(shí)際上準確度等級也只是一種表述形式，這些等級的劃分仍是以最大允許誤差、引用誤差等一系列的特性來(lái)定量表達的。這里要注意，從名詞術(shù)語(yǔ)的名稱(chēng)和定義來(lái)看，測量?jì)x器準確度和準確度等級、測量?jì)x器的示值誤差、最大允許誤差、引用誤差等其概念是不同的，測量?jì)x器準確度術(shù)語(yǔ)是定性的概念，嚴格講要定量地給出測量?jì)x器接近于真值的響應能力，則應該指明給出量值是什么量，是示值誤差、最大允許誤差、引用誤差或準確度等級，不能籠統地稱(chēng)為準確度。我們可以認為測量?jì)x器準確度是它們這些特性概念的總稱(chēng)，測量?jì)x器準確度可以用其它相應的術(shù)語(yǔ)來(lái)定量表述，這二者是有區別的。準確度1級應稱(chēng)為準確度等級為1級，準確度為0.1%稱(chēng)為其引用誤差為0.1%FS。但有時(shí)為了制定表格或方便表述，表頭則也可寫(xiě)“準確度”，表內填寫(xiě)準確度等級或規定的允許誤差。要說(shuō)明一點(diǎn)，測量?jì)x器準確度是測量?jì)x器最最主要的計量性能，人們關(guān)心的就是是否準確可靠，如何來(lái)確定這一計量性能大??？通常它是用其它的術(shù)語(yǔ)來(lái)定量表述而已。
    要正確區分測量?jì)x器的準確度和準確度等級及測量?jì)x器的準確度和測量準確度的概念。測量?jì)x器的準確度是指測量?jì)x器給出的示值接近于真值的能力，準確度等級是指測量?jì)x器的示值接近真值的具體程度所劃分的等別或級別，測量?jì)x器的準確度通?？捎脺蚀_度等級來(lái)具體表述，測量?jì)x器按準確度來(lái)劃分等級進(jìn)行分類(lèi)有利于量值傳遞或溯源，有利于制造和合理選用測量?jì)x器，準確度等級是測量?jì)x器最具概括性的特性。測量?jì)x器的準確度是對測量?jì)x器本身而言的，它只是確定了測量?jì)x器本身示值的誤差范圍，它并不等于用該測量?jì)x器進(jìn)行測量其測量結果的準確可靠性，測量準確度是表示測量結果與被測量真值之間的一致程度，是對測量結果而言，它既包含了測量?jì)x器的誤差，也包含了測量環(huán)境條件外界因素所帶來(lái)的誤差，一是對測量器具而言，一是對測量結果而言，這二者是有根本區別的，當然也存在著(zhù)內在的聯(lián)系，但是是兩個(gè)概念。    

　　二、測量?jì)x器的〔示值〕誤差

　　1.測量?jì)x器的示值誤差
　　是指“測量?jì)x器示值與對應輸入量的真值之差”(7.20條)。這是測量?jì)x器的最主要的計量特性之一，其實(shí)質(zhì)就是反映了測量?jì)x器準確度的大小。示值誤差大則其準確度低，示值誤差小，則其準確度高。
　　示值誤差是對真值而言的。由于真值是不能確定的，實(shí)際上使用的是約定真值或實(shí)際值。為確定測量?jì)x器的示值誤差，當其接受高等級的測量標準器檢定或校準時(shí)，則標準器復現的量值即為約定真值，通常稱(chēng)為實(shí)際值，即滿(mǎn)足規定準確度的用來(lái)代替真值使用的量值。所以指示式測量?jì)x器的示值誤差=示值-實(shí)際值；實(shí)物量具的示值誤差=標稱(chēng)值-實(shí)際值。例如:被檢電流表的示值I為40A，用標準電流表檢定，其電流實(shí)際值為Io=41A，則示值40A的誤差Δ為
　　Δ=I-Io=40-41=-1A
　　則該電流表的示值比其真值小1A。如一工作玻璃量器的容量其標稱(chēng)值V為1000ml，經(jīng)標準玻璃量器檢定，其容量實(shí)際值Vo為1005ml，則量器的示值誤差Δ為:
　　Δ=V-Vo=1000-1005=-5ml
　　即該工作量器的標稱(chēng)值比其真值小5ml。
　　要正確區別誤差、偏差和修正值的概念。偏差是指“一個(gè)值減去其參考值”(5.17條)，對于實(shí)物量具而言，偏差就是實(shí)物量具的實(shí)際值對于標稱(chēng)值偏離的程度，即偏差=實(shí)際值-標稱(chēng)值。例如有一塊量塊，其標稱(chēng)值為10mm，經(jīng)檢定其實(shí)際值為10.1mm，則該量塊的偏差為10.1-10=+0.1mm，說(shuō)明此量塊相對10mm標準尺寸大了0.1mm；則此量塊的誤差為示值(標稱(chēng)值)-實(shí)際值，即誤差=10-10.1=-0.1mm，說(shuō)明此量塊比真值小了0.1mm，故此在使用時(shí)應加上0.1mm修正值。修正值是指為清除或減少系統誤差，用代數法加到未修正測量結果上的值。從上可見(jiàn)這三個(gè)概念其量值的關(guān)系:誤差=-偏差；誤差=-修正值；修正值=偏差。在日常計算和使用時(shí)要注意誤差和偏差的區別，不要相混淆。
　　測量?jì)x器的示值誤差可簡(jiǎn)稱(chēng)為測量?jì)x器的誤差，按照不同的示值、性質(zhì)或條件，測量?jì)x器的誤差又具有專(zhuān)門(mén)的術(shù)語(yǔ)。如基值誤差、零值誤差、固有誤差、偏移等。

　　2.〔測量?jì)x器的〕基值誤差
　　它是指“為核查儀器而選用在規定的示值或規定的被測量值處的測量?jì)x器誤差”(7.22條)。為了檢定或校準測量?jì)x器，人們通常選取某些規定的示值或規定的被測量值，則在該值上測量?jì)x器的誤差稱(chēng)為基值誤差。
　　例如:選用規定的示值，如對普通準確度等級的衡器，載荷點(diǎn)50e和200e是必檢的(e是衡器的檢定分度值)，它們在首次檢定時(shí)基值誤差分別不得超過(guò)±0.5e和±1.0e。如對于中準確度等級的衡器，載荷點(diǎn)500e和2000e是必須檢的，它們在首次時(shí)的基值誤差分別不得超過(guò)±0.5e和±1.0e。規定被測量值，如對于標準熱電偶的檢定或分度，通常選用鋅、銻及銅三個(gè)溫度固定點(diǎn)進(jìn)行示值檢定或分度，則在此三個(gè)值上標準熱電偶的誤差，即為基值誤差。測量?jì)x器的基值誤差可簡(jiǎn)稱(chēng)為基值誤差。

　　3.〔測量?jì)x器的〕零值誤差
　　它是指“被測量為零值的基值誤差”(7.23條)。是指被測量為零值時(shí)，測量?jì)x器示值相對于標尺零刻線(xiàn)之差值。也可說(shuō)是測量?jì)x器零位，即當被測量值為零時(shí)，測量?jì)x器的直接示值與標尺零刻線(xiàn)之差。通常在測量?jì)x器通電情況下，稱(chēng)為電氣零位，在不通電的情況下稱(chēng)為機械零位。零位在測量?jì)x器檢定或校準或使用時(shí)十分重要，因為它無(wú)需用標準器就能準確地確定其零位值，如各種指示儀表和千分尺、度盤(pán)秤等都具有零位調節器，可以作為檢定或校準或用作使用者調整，以便確保測量?jì)x器的準確度。
　　通常測量?jì)x器零值誤差均作為基值誤差對待，因為零值對考核測量?jì)x器的穩定性、準確度作用十分重要。測量?jì)x器的零值誤差可簡(jiǎn)稱(chēng)為零值誤差。

　　4.〔測量?jì)x器的〕固有誤差
　　它是指“在參考條件下確定的測量?jì)x器的誤差”(7.24條)。固有誤差通常也可稱(chēng)為基本誤差，它是指測量?jì)x器在參考條件下所確定的測量?jì)x器本身所具有的誤差。主要來(lái)源于測量?jì)x器自身的缺陷，如儀器的結構、原理、使用、安裝、測量方法及其測量標準傳遞等造成的誤差。固有誤差的大小直接反映了該測量?jì)x器的準確度。一般固有誤差都是對示值誤差而言，因此固有誤差是測量?jì)x器劃分準確度的重要依據。測量?jì)x器的最大允許誤差就是測量?jì)x器在參考條件下，反映測量?jì)x器自身存在的所允許的固有誤差極限值。
　　提出固有誤差這一術(shù)語(yǔ)是相對于附加誤差而言的。附加誤差就是測量?jì)x器在非標準條件下所增加的誤差。額定操作條件、極限條件等都屬于非標準條件。非標準(即參考)條件下工作的測量?jì)x器的誤差，必然會(huì )比參考條件下的固有誤差要大一些，這個(gè)增加的部分就是附加誤差。它主要是由于影響量超出參考條件規定的范圍，對測量?jì)x器帶來(lái)影響的所增加的誤差，即屬于外界因素所造成的誤差。因此測量?jì)x器使用時(shí)與檢定、校準時(shí)因環(huán)境條件不同而引起的誤差，就是附加誤差；測量?jì)x器在靜態(tài)條件下檢定、校準，而在實(shí)際動(dòng)態(tài)條件下使用，則也會(huì )帶來(lái)附加誤差。測量?jì)x器的固有誤差又可簡(jiǎn)稱(chēng)為固有誤差。

　　5.〔測量?jì)x器的〕偏移、抗偏移性
　　測量?jì)x器的偏移是指“測量?jì)x器示值的系統誤差”(7.25條)。人們在用測量?jì)x器測量時(shí)，總希望得到真實(shí)的被測量值，但實(shí)際上多次測量同一個(gè)被測量時(shí)，得到的是不同的示值。由于測量?jì)x器存在著(zhù)誤差，而形成測量?jì)x器示值的系統誤差分量，我們稱(chēng)之為測量?jì)x器的偏移，又簡(jiǎn)稱(chēng)偏移。造成測量?jì)x器的偏移原因是很多的，如儀器設計原理上的缺點(diǎn)，標尺、度盤(pán)安裝不正確，使用時(shí)受到測量環(huán)境變化的影響，測量或安裝方法的不完善，測量人員的因素以及測量標準器的傳遞誤差等。測量?jì)x器示值的系統誤差，按其誤差出現的規律，可分為定值系統誤差和變值系統誤差。有的系統誤差分量是按線(xiàn)性變化、周期性變化或復雜規律變化的，為了確定測量?jì)x器的偏移，通常用適當次數重復測量的示值誤差的平均值來(lái)估計，這樣可以排除測量?jì)x器示值其隨機誤差的分量。由于存在著(zhù)示值變值系統誤差，因此，在確定測量?jì)x器偏移時(shí)，應考慮不同的測量點(diǎn)即示值的不同范圍。
　　測量?jì)x器的偏移，直接影響著(zhù)測量?jì)x器的準確度，因為在大多數情況下，測量?jì)x器的示值誤差主要決定于系統誤差，有時(shí)系統誤差比隨機誤差往往會(huì )大一個(gè)數量級，為什么測量?jì)x器要定期進(jìn)行檢定、校準，主要就是為了確定測量?jì)x器示值誤差的大小，并給以修正值進(jìn)行修正，這就控制了測量?jì)x器的偏移，確保了測量?jì)x器的準確度。
　　測量?jì)x器的抗偏移性是指“測量?jì)x器給出不含系統誤差的示值的能力”(7.26條)。測量?jì)x器示值的系統誤差是客觀(guān)存在的，由于它直接影響著(zhù)測量?jì)x器的準確度，因此我們應盡力設法減小它，則測量?jì)x器給出的示值不含系統誤差的能力我們稱(chēng)之為測量?jì)x器的抗偏移性，可簡(jiǎn)稱(chēng)抗偏移性。
　　不含系統誤差是做不到的，但可以去減小它。實(shí)際上在測量?jì)x器設計時(shí)必須考慮這一點(diǎn)，同時(shí)在測量?jì)x器使用時(shí)也應考慮如何提高其抗偏移性。如從結構上保證指示器活動(dòng)部分的平衡，可任意位置安裝使用的儀器保證其內部零部件平衡配重，減少元器件隨外界溫度的影響等。有的儀器從測量方法上提高其抗偏移性，如千分尺、指示儀器的零位調整，要求儀器水平位置安放，甚至有的儀器帶有水準泡，要求正確地安放被測件，有的選擇適當的測量方法，使系統誤差相互抵消，如采用交換法、替代法、補償法、對稱(chēng)法等。當然還有一項十分重要的方法，就是讓測量?jì)x器定期開(kāi)展檢定、校準，確定測量?jì)x器示值系統誤差的大小，用修正值加以修正，這是提高抗偏移性的重要措施。
　　為了在測量前就將示值的系統誤差產(chǎn)生的根源予以消除或減小，使用測量?jì)x器的人員應對測量?jì)x器中可能產(chǎn)生系統誤差的環(huán)節進(jìn)行仔細分析，并采取相應措施是十分重要的。    

　　三、〔測量?jì)x器的〕最大允許誤差、引用誤差

　　1.測量?jì)x器的最大允許誤差
　　是指“對給定的測量?jì)x器，規范、規程等所允許的誤差極限值”(7.21條)。這是指在規定的參考條件下，測量?jì)x器在技術(shù)標準、計量檢定規程等技術(shù)規范上所規定的允許誤差的極限值。這里規定的是誤差極限值，所以實(shí)際上就是測量?jì)x器各計量性能所要求的最大允許誤差值?？珊?jiǎn)稱(chēng)為最大允許誤差，也可稱(chēng)為測量?jì)x器的允許誤差限。最大允許誤差可用絕對誤差、相對誤差或引用誤差等來(lái)表述。
　　例如:測量范圍為0～25mm，分度值為0.01mm的千分尺其示值的最大允許誤差0級不得超過(guò)±2mm；1級不得超過(guò)±4mm。又如測量范圍為25℃～50℃的分度值為0.05℃的一等標準水銀溫度計，其示值的最大允許誤差為±0.10℃。如準確度等級為1.0級的配熱電阻測溫用動(dòng)圈式測量?jì)x表，其測量范圍為0～500℃，則其示值的最大允許誤差為500×1%=±5℃，則用引用誤差表述。如非連續累計自動(dòng)衡器(料斗秤)在物料試驗中，對自動(dòng)稱(chēng)量誤差的評定則以累計載荷質(zhì)量的百分比相對誤差進(jìn)行計算，準確度為0.2級、0.5級的則首次檢定其自動(dòng)稱(chēng)量誤差不得超過(guò)累計載荷質(zhì)量的±0.10%和±0.25%。最大允許誤差是評定測量?jì)x器是否合格的最主要指標之一，當然它也直接反映了測量?jì)x器的準確度。
　　要區別和理解測量?jì)x器的示值誤差、測量?jì)x器的最大允許誤差和測量不確定度之間的關(guān)系。示值誤差和最大允許誤差均是對測量?jì)x器本身而言，最大允許誤差是指技術(shù)規范(如標準、檢定規程)所規定的允許的誤差極限值，是判定是否合格的一個(gè)規定要求，而示值誤差是測量?jì)x器某一示值其誤差的實(shí)際大小，是通過(guò)檢定、校準所得到的一個(gè)值，可以評價(jià)是否滿(mǎn)足最大允許誤差的要求，從而判斷該測量?jì)x器是否合格，或根據實(shí)際需要提供修正值，以提高測量?jì)x器的準確度。測量不確定度是表征測量結果分散性的一個(gè)參數，它只能表述一個(gè)區間或一個(gè)范圍，說(shuō)明被測量真值以一定概率落于其中，它對測量結果而言，以判定測量結果的可靠性?？梢?jiàn)最大允許誤差、示值誤差和測量不確定度它們具有不同的概念，前者相對測量?jì)x器而言，后者相對測量結果而言，前者相對與真值(約定真值)之差，后者只是一個(gè)區間范圍，前者可以對測量?jì)x器的示值進(jìn)行修正，后者無(wú)法對測量?jì)x器進(jìn)行修正。個(gè)人認為，可見(jiàn)測量不確定度概念不能完全代替測量?jì)x器的誤差，因為它無(wú)法得到修正值，作為測量?jì)x器的特性，規定最大允許誤差和通過(guò)檢定、校準去確定示值誤差，在實(shí)用上具有十分現實(shí)的意義。
　　2.〔測量?jì)x器的〕引用誤差
　　測量?jì)x器的引用誤差可簡(jiǎn)稱(chēng)為引用誤差，它是指“測量?jì)x器的誤差除以?xún)x器的特定值”(7.28條)。通常很多測量?jì)x器是用引用誤差來(lái)表示該測量?jì)x器的允許誤差限。特定值一般稱(chēng)為應用值，它可以是測量?jì)x器的量程也可以是標稱(chēng)范圍的上限或測量范圍等。測量?jì)x器的引用誤差就是測量?jì)x器的相對誤差與其應用值之比。
　　例如:一臺標稱(chēng)范圍為0～150V的電壓表，當在示值為100.00V處，用標準電壓表檢定所得到的實(shí)際值為99.4V，則該處的引用誤差為:
　　×100%=0.40%
　　上式中100.0-99.4=+0.6V為100.0V處的示值誤差，而150為該測量?jì)x器的標稱(chēng)范圍的上限，所以引用誤差都是對滿(mǎn)量程而言。
　　上述例子所說(shuō)的引用誤差必須與相對誤差的概念相區別，100.0V處的相對誤差為:
　　×100%=0.60%
　　相對誤差是相對于被檢定點(diǎn)的示值而言，相對誤差是隨示值而變化的。
　　當用測量范圍的上限值作為引用誤差時(shí)也可稱(chēng)之為滿(mǎn)量程誤差，通?？稍谡`差數字后附以Full scale的縮寫(xiě)FS。例如某測力傳感器的滿(mǎn)量程誤差為0.05%FS。
　　采用引用誤差可以十分方便地表述測量?jì)x器的準確度等級，例如指示式電工儀表分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等7個(gè)準確度等級，彈簧管式一般壓力表分為1、1.5、2.5、4等4個(gè)準確度等級，它們都是儀表最大允許示值誤差以量程的百分數(%)來(lái)表示的，即1級壓力表其滿(mǎn)量程最大允許的示值誤差為±1.0%FS。