淺談?dòng)?jì)量器具及其誤差

陳娟

長治市綜合檢驗(yàn)檢測中心 山西長治 046000

計(jì)量器具又稱測量儀器，是能用以直接或者間接地測出被測對象量值的裝置、儀器儀表、量具和用于統(tǒng)一量值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，包括計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和工作計(jì)量器具。計(jì)量器具廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、科研、商貿(mào)領(lǐng)域和人民生活的各個(gè)方面，有極其廣闊的社會(huì)性，在整個(gè)計(jì)量立法中處于相當(dāng)重要的地位。所謂全國量值的統(tǒng)一，首先表現(xiàn)在計(jì)量器具的準(zhǔn)確一致上。

測量誤差是由于在進(jìn)行測量時(shí)，常借助各式各樣的儀器設(shè)備，按一定方法比如檢定規(guī)程或者規(guī)范中的方法，在一定的工作環(huán)境條件下通過檢測人員的操作，得出或讀出測量的數(shù)值。由于在操作過程中不可避免地存在對測量結(jié)果有影響的因素，例如，計(jì)量器具本身的準(zhǔn)確度，測量對象不穩(wěn)定，測量方法的不完善，測量環(huán)境不理想，測量人員本身素質(zhì)和經(jīng)驗(yàn)等，也就是我們平常所說的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等因素的影響，使得在對各類量值進(jìn)行測量時(shí)，所得結(jié)果與被測對象的真實(shí)量值即真值不一致，存在一定的差值，這個(gè)差值就是我們所講的測量誤差[1]。

科學(xué)研究的實(shí)踐表明，測量誤差是客觀存在，但又是可以控制的，導(dǎo)致它的來源及影響因素有很多方面，在此我們著重談一下計(jì)量器具的誤差，又稱器具誤差。器具誤差是計(jì)量器具本身所具有的誤差。器具誤差主要是由于計(jì)量器具本身的結(jié)構(gòu)、工藝水平、調(diào)整以及磨損、老化或故障等原因所引起。

1 計(jì)量器具允許誤差的表達(dá)形式

一般用于表達(dá)計(jì)量器具最大允許誤差的方式有：絕對誤差、相對誤差和引用誤差。

1.1 用絕對誤差表示允許誤差

如果計(jì)量器具的允許誤差不隨示值大小變化，其允許誤差以絕對誤差的形式表達(dá)為： a±△＝ 。

如果計(jì)量器具的允許誤差與示值大小成線性關(guān)系，其允許誤差以絕對誤差的形式表達(dá)為：

式中：Δ——用絕對誤差表示的允許誤差；a——以被測量的單位表示的一個(gè)正值，有時(shí)也等于零；x——被測量的值（含單位）；b——正的比例系數(shù)（無量綱）。

1.2 用相對誤差表示允許誤差

（1）如果計(jì)量器具相對誤差不隨被測量大小改變，采用相對誤差來表達(dá)其允許誤差時(shí)，其形式如下：

式中：rΔ——相對允許誤差；x——被測量的值；Δ——允許誤差用絕對誤差給出的值；%c ——無量綱的一個(gè)數(shù)。

如果允許誤差以接近線性關(guān)系隨被測量的大小改變，用相對誤差的形式給出允許誤差的形式如下：

式中：x——被測量；mx——測量范圍的上限或測量傳感器輸入值變化的范圍；dc,——無量綱的正數(shù)。

1.3 用引用誤差表示的允許誤差

采用引用誤差的形式如下：

式中：Δ——用絕對誤差表示的允許誤差；Nx ——引用值；p——純數(shù)（無量綱）。

2 計(jì)量器具準(zhǔn)確度等級

2.1 計(jì)量器具準(zhǔn)確度等級

準(zhǔn)確度等級是指符合一定的計(jì)量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的計(jì)量器具的等別或級別。

“等”與“級”是計(jì)量器具的主要特性指標(biāo)之一?！凹墶备鶕?jù)示值誤差大小確定，表明示值的檔次，按計(jì)量器具的標(biāo)稱值使用；“等”根據(jù)擴(kuò)展不確定度大小確定，表明測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度的檔次，按該計(jì)量器具檢定證書上的實(shí)際值使用。

2.2 計(jì)量器具等級符號

（1）用絕對誤差的形式給出計(jì)量器具允許誤差的情況下，級別的表示有：拉丁文大寫字母：如A，B，C，M，F(xiàn)。羅馬數(shù)字：如Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。阿拉伯?dāng)?shù)字：如0，1，2，3。以上這些表示方法中，某級別的允許誤差在有關(guān)檢定規(guī)程或其它技術(shù)文件中規(guī)定，只從這些符號是得不出的。

（2）在用引用誤差和相對誤差的形式給出計(jì)量器具允許誤差的情況下，其級別的符號即其數(shù)值，按有關(guān)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，往往用其百分?jǐn)?shù)，而略去其百分號%。因此，通過級別的數(shù)值可以直接了解其允許誤差的引用誤差或相對誤差。

（3）對兩個(gè)或兩個(gè)以上的測量范圍的計(jì)量儀器，可以分別規(guī)定兩個(gè)或兩個(gè)以上的相應(yīng)的準(zhǔn)確度級別。對于萬能式或組合式的計(jì)量儀器，測量兩個(gè)或兩個(gè)以上的物理量時(shí)，考慮到被測量的差別，可以規(guī)定各自不同的準(zhǔn)確度級別[2]。

3 測量結(jié)果的重復(fù)性與復(fù)現(xiàn)性

3.1 測量結(jié)果的重復(fù)性

測量結(jié)果的重復(fù)性是指在相同測量條件下，對同一被測量進(jìn)行連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性。相同測量條件稱重復(fù)性條件，重復(fù)性條件包括：相同的測量程序；相同的觀測者；在相同的條件下使用相同的測量儀器；相同地點(diǎn)；在短時(shí)期內(nèi)重復(fù)測量。重復(fù)性可以用測量結(jié)果分散性（測量不確定或?qū)嶒?yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示）rs定量表示。

3.2 測量結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性

測量結(jié)果的復(fù)現(xiàn)性是指在測量條件變化下，同一被測量的測量結(jié)果之間的一致性。變化條件包括：測量原理、測量方法、觀測者、測量儀器、參考計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、地點(diǎn)、使用條件、時(shí)間等。主要用于評定兩不同實(shí)驗(yàn)室所給出的測量結(jié)果之差。復(fù)現(xiàn)性可用測量結(jié)果（已修正結(jié)果）的分散性（用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表示）sR定量地表示。

測量是為了獲得被測量值的大小，而得到被測量值的大小是通過計(jì)量器具來實(shí)現(xiàn)的，所以計(jì)量器具是人們從事測量獲得測量結(jié)果的重要手段和工具，它是測量的基礎(chǔ)，是從事測量的重要條件。計(jì)量器具又是復(fù)現(xiàn)單位、實(shí)現(xiàn)量值傳遞和量值溯源的重要手段，也是實(shí)施計(jì)量法制管理的重要工具和手段，使廣大人民群眾免受不準(zhǔn)確、不誠實(shí)測量帶來的危害。同時(shí)，計(jì)量器具又是開展科學(xué)研究、從事生產(chǎn)活動(dòng)不可缺少的重要工具和手段。可見，哪里需要統(tǒng)一準(zhǔn)確的測量，哪里就需要統(tǒng)一準(zhǔn)確的計(jì)量器具。