測量儀器的特性

高海波

[關(guān)鍵詞]測量儀器;計量;特性

測量儀器的計量特性是指其影響測量結(jié)果的一些明顯特征，其中包括測量范圍、偏移、重復性、穩(wěn)定性、分辨力、鑒別力[閾]和示值誤差等。為了達到測量的預定要求，測量儀器必須具有符合規(guī)范要求的計量學特性。

確定測量儀器的特性，并簽發(fā)關(guān)于其法定地位的官方文件，稱為測量儀器控制。這種控制可包括對測量儀器的下列運作中的一項、兩項或三項，即型式批準、檢定、檢驗。

這些工作的目的是要確定測量儀器的特性是否符合相關(guān)技術(shù)法規(guī)中規(guī)定的要求。型式批準是由政府計量行政部門做出的承認測量儀器的型式符合法定要求的決定。所謂型式，是指某一種測量儀器的樣機及（或）它的技術(shù)文件（例如：圖紙、設(shè)計資料等），實質(zhì)上就是該種測量儀器的結(jié)構(gòu)、技術(shù)條件和所表現(xiàn)出來的性能。檢定是杏明和確認測量儀器是否符合法定要求的程序，它包括檢查、加標記和（或）出具檢定證書。檢驗是對使用中測量儀器進行監(jiān)督的重要手段，其內(nèi)容包括檢杏測量儀器的檢定標記或檢定證書是否有效、保護標記是否損壞、檢定后測量儀器是否遭到明顯改動，以及其誤差是否超過使用中最大允許誤差等。

一、標稱范圍、量程和測量范圍

測量儀器的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍，稱為標稱范圍。此時的示值范圍是與測量儀器的整體相聯(lián)系的，是指標尺所指示的被測量值可得到的范圍。標稱范圍通常以被測量的單位表示，而不管標尺上所標的單位是什么。標稱范圍的上限與下限之差的絕對值，稱為量程。例如：某溫度計的標稱范圍為（一30～80）℃，則其量程為l80-（-30）∣℃=llO℃;某電壓表的標稱范圍為100V，則其量程為∣100-0∣v=l00v。

測量范圍，也稱為工作范圍，是指測量儀器的誤差處于規(guī)定的極限范圍內(nèi)的被測量的示值范圍。在這一規(guī)定的測量范圍內(nèi)使用，測量儀器的示值誤差必處在允許極限內(nèi)：而若超出測量范圍使川，示值誤差就將超出允許極限。換言之，測量范圍就是在正常工作條件下，能確保測量儀器規(guī)定準確度的被測量值的范圍。

有些測量儀器的測量范圍與其標稱范圍相同，例如體溫計、電流表、壓力表、密度計等。而有的測量儀器處在下限時的相對誤差會急劇增大，例如地秤，這時應規(guī)定一個能確保其示值誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的示值范圍作為測量范圍。可見，測量范圍總是等于或小于標稱范圍。

注意正確區(qū)別和掌握示值范圍、標稱范圍、測量范圍和量程的概念。示值范圍是指測量儀器標尺或顯示裝置所能指示的范圍，可用標在標尺或顯示器上的單位表示;標稱范圍是對測量儀器整體而言的，通常用被測量的單位表示：測量范圍是指能保證規(guī)定準確度、使誤差處于規(guī)定極限內(nèi)的量值范圍;量程則是指標稱范圍上、下限之差的絕對值。

二、額定操作條件、極限條件和參考條件

額定操作條件是指測量儀器的正常工作條件，也就是使測量儀器的規(guī)定計量特性處于給定極限內(nèi)的使用條件。在這些條件中，一般包括被測量和影響量的范圍或額定值，只有在規(guī)定的范圍或額定值下使用，測量儀器才能達到規(guī)定的計量特性或規(guī)定的示值允許誤差值。例如：工作壓力表測量范圍的上限為10MPa，則壓力的最大值只能加到lOMPa;額定電流為10A的電能表，其輸入電流不得超過10A。在使用測量儀器時，搞清額定操作條件十分重要，只有滿足這些條件，才能保證測量結(jié)果的準確性和可靠性。

測量儀器的規(guī)定計量特性不受損也不降低，其后仍可在額定操作條件下運行所能承受的極端條件，稱為極限條件。極限條件應規(guī)定被測量和影響量的極限值。

參考條件是指測量儀器在性能試驗或進行檢定、校準、比對時的使用條件，即標準工作條件，或稱為標準條件。這些條件一般應對作用于測量儀器的影響量的參考值或參考范圍做出明確規(guī)定，以真正反映測量儀器的計量性能和保證測量結(jié)果的可比性。

注意正確區(qū)別和掌握額定操作條件、極限條件和參考條件。前者是測量儀器正常使朋的條件后者是為確定測量儀器本身計量性能所規(guī)定的標準條件，中者則是儀器不受損壞和不降低準確度所允許的極端條件。在這三者中，參考條件的要求最嚴，額定操作條件則較寬，而極端條件的范圍和額定值為最大。

三、示值誤差和最大允許誤差

示值就是南測量儀器所指示的被測量值。測量儀器的示值誤差是測量儀器示值與對應的輸入量的真值之差，它是測量儀器最主要的計量特性之一，本質(zhì)上反映了測量儀器準確度的大小，即測量儀器給出接近于真值的響應的能力。示值誤差大，則其準確度低;示值誤差小，則其準確度高。

示值誤差是相對真值而言的，由于真值不能確定，實際上使用的是約定真值或?qū)嶋H值。為確定測量儀器的示值誤差，當接受高等級的測量標準對其進行檢定或校準時，該測量標準器復現(xiàn)的量值即為約定真值，通常稱為實際值、校準值或標準值。所以，指示式測量儀器的示值誤差=示值一實際值，實物量具的示值誤差=標稱值一實際值。

測量儀器示值誤差，通常簡稱為測量儀器的誤差，可用絕對誤差形式表示，也可川相對誤差形式表示。確定測量儀器示值誤差的大小，是為了判定測量儀器是否合格，并獲得其示值的修正值。

對給定的測量儀器，由規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值，稱為測量儀器的最大允許誤差。通?？珊唽憺閙pe，有時也稱為測量儀器的允許誤差限。

示值誤差和最大允許誤差均是對測量儀器本身而言的。最大允許誤差是指技術(shù)規(guī)范（例如標準、檢定規(guī)程、校準規(guī)范）所規(guī)定的允許的誤差極限值，它是一個判定測量儀器合格與否的規(guī)定的要求：而示值誤差則是指測量儀器某一示值的誤差的實際大小，它是通過檢定、校準所得到的一個值或一組值，用以評價測量儀器是否滿足最大允許誤差的要求，從而判斷其是否合格，或者根據(jù)實際需要提供修正值，以提高測量結(jié)果的準確度。

四、靈敏度

測量儀器響應的變化除以對應的激勵變化，稱為靈敏度。它反映測量儀器被測量（輸入）變化引起儀器示值（輸出）變化的程度，用被觀察變量的增量（即響應或輸出量）與相應被測量的增量（即激勵或輸入量）之商來表示。如果被測量變化很小，而引起的示值改變（輸出量）很大，則該測量儀器的靈敏度很高。

靈敏度是測量儀器重要的計量特性之一，其值應與測量目的相適應，并不是越高越好。例如：為了方便讀數(shù)，及時地使示值穩(wěn)定下來，有時還需要施加阻尼，特意降低靈敏度。