北京市計量檢(jiǎn)測科學研究院 吳迅
測(cè)量儀器的示值特性是(shì)測量儀器性能好壞的重要標誌,是測量儀器的(de)重要技術指標(biāo),也是測量儀器的設計(jì)、生產單位特別關注,計(jì)量、檢驗機構特別重視,測量、使用部門特別關心的重要技術指標。因此對測量儀器的示值特性評價給予準確、科學的術語描述(shù)就顯得十分重要。
測量儀器的示值(zhí)特性是(shì)指測量儀器在測量範圍內各點示值偏離真值的程度,即在測(cè)量範圍內各點示值誤差變化的最大(dà)範圍。它(tā)是測量儀器各部(bù)件誤(wù)差的綜合體現,反映(yìng)了測量(liàng)儀器因製造、使用磨損等因素對測量結果帶來的影響。
測量儀器的示值特性(xìng)評價目前用以下幾個術語描述:
最大允許誤(wù)差——對給定的測量儀器,規範、規程等所允許的誤差極限值。
示值誤差——測量儀器示值與對(duì)應輸入量(liàng)的真值之差。
準確度(dù)——測量儀(yí)器給出接近於真值的(de)響應能力。
準確度等級——符合一定的計量要求,使誤差(chà)保持(chí)在規定(dìng)極限以內(nèi)的測量儀器的(de)等別、級別。
測(cè)量不確定度——表征合理賦予被測(cè)量之值的分散性,與測量結果相聯(lián)係的參數。
以上(shàng)術語(yǔ)分別從設計、生產、檢驗和使用的角度對測量儀器的示值特性(xìng)評價(jià)給予描述。從定義上看,最大允許誤差是設計、生產單位或國家、行業主(zhǔ)管部門人為地對測量儀器的示值特性給予的規定,提的是要求。準(zhǔn)確度是(shì)無法定(dìng)量的定性概念,準確度等級是測量儀器的一種分類形式。測(cè)量不確定度是與測量結果相聯係的參數,一般不直(zhí)接作為測量儀器的示值特性評價指標。從(cóng)客觀評(píng)價的角度看,按測量儀器的實際情況對測量儀器示(shì)值特性進(jìn)行評價的術語是示值誤(wù)差。
示值誤差(chà)從20世紀70年代ISO提出以(yǐ)來,至今定(dìng)義未變。它講的是在(zài)儀器的測量範圍內某一點(測(cè)量段)的示值與產(chǎn)生該示值的真值之差(chà)。由於真值不知,往往用約定真值代替真值使用,使(shǐ)示值誤差具有了實際使用價值。
人們在用示值(zhí)誤差評(píng)價儀器某點的(de)示值準確程度後,還常將(jiāng)其重新定義或擴大使用——評價測量儀器整體(tǐ)的(de)示值特性,如取各點示值誤差(chà)值中的最大值作(zuò)為測量儀器示值誤差的測量結(jié)果。根據定義,示值(zhí)誤差(chà)隻是(shì)針(zhēn)對儀器測量範圍中的某一點(測量(liàng)段)而言,是(shì)對測量儀器示值特性(xìng)中的某個點示值準確程(chéng)度的具體描述。當取某點示值誤差作為測量儀器示值特性的測量結果時,就意味著該測量儀器各點示值誤(wù)差的變化範圍不大於該點示值誤差,這時的“示值誤差”顯然已不是原定義的示值(zhí)誤差了,而是(shì)該測量儀器的各點示值誤差(chà)變化的最大範圍了。
在未進入數字時代之前,測量儀(yí)器在某一測量範圍內,一般隻有一個起始點也就是它(tā)的原點(零點),各點的示值均是相對同一個起始(shǐ)點,誤差的大小具有可比(bǐ)性,從(cóng)這(zhè)個意義上講,在整個測量範圍內擇其最大值作為測量儀(yí)器示值特性的測量結果具有一定合理性。
隨(suí)著數字時代的(de)到來,測量儀器的數(shù)字化、自動化(huà)為使用者帶來極大的方便,特別是隨意清零功能為(wéi)使(shǐ)用者帶來方便。同時由(yóu)於清零的隨(suí)意性,也使得各點的示值有可能不(bú)是(shì)對同一起始點(diǎn)而言,造成示值誤差之間(jiān)有可能不(bú)具有可比性,從這個意義上講,在整個測量(liàng)範圍內(nèi)仍選擇示值誤差最大值作為測量儀器示值特性的測量(liàng)結果就未必妥當了。
實際上(shàng),人們測量示值誤(wù)差的真正目(mù)的(de)是為了對測量儀(yí)器的示值(zhí)特性進行客觀(guān)評價。但是目前僅有對測量儀器示值特性(xìng)客(kè)觀描述的具體術語——示(shì)值誤差,缺乏一個從測量儀器示(shì)值特性整體進(jìn)行客觀描述的術語,造成“示值(zhí)誤差”術語的借(jiè)用或(huò)說使用的擴大化。為解決這個問題,建議使用“示值誤差範圍”術(shù)語。
示值誤差範圍——對給定的(de)測量儀器,其示(shì)值誤差變化(huà)的極限值。
示值誤差範圍的大小是通(tōng)過測量給定測量儀器的測(cè)量範圍內N個示值(zhí)誤(wù)差值,再根據有關規定對數據進行處理後得到的。在方法上與借用“示值誤差”概念確(què)定測量儀器的示值特性並無區別。但在(zài)概念(niàn)上有如下(xià)的明確:
1.客觀評價測量儀器示值特性的總任務是確定示(shì)值誤差範圍,分任務是測量示值誤差;
2.評價測(cè)量儀器示值特性(xìng)的技術(shù)術語是示值誤差範圍,示值誤差隻是為確定示值誤差範圍而必須要測(cè)量的一個參數;
3.對測得的示值誤差值可根據規定做任意處(chù)理(lǐ),得到的是示值誤差範圍,不必擔心(xīn)與“示值誤差”定義發生衝突;
4.在測量(liàng)示值誤差(chà)時,允許起始點浮動(即不在(zài)零點上),為(wéi)測(cè)量帶(dài)來方便(biàn);
5.測量最終(zhōng)得到的是該測量儀器客觀存在的示值特性——示值誤差範圍,其與設計、生產(chǎn)單位或規範、規程等(děng)給出的該測量儀器示值最大允許誤差直接對應,一目了然。
采用“示值(zhí)誤差範(fàn)圍”術(shù)語對測量儀(yí)器示值特性進(jìn)行評價,是隨著技術的進步(bù)對(duì)名詞術語進行的科學規範,它將(jiāng)原來(lái)附加在“示值誤差”上用於測量(liàng)儀器示(shì)值特性評價的(de)概念明確提出,並(bìng)給予(yǔ)準確、科學地定義,同時還“示值誤差”概念的原(yuán)貌,消除了一詞多用(yòng)帶(dài)來的概念(niàn)上(shàng)的混(hún)亂,避免(miǎn)了“示(shì)值誤差”概(gài)念的誤用(yòng)(如示值誤差:±2μm)帶來的(de)尷尬。
增加了“示值誤差範圍”術語後,測量儀器示值特性評價在(zài)主觀上是通過示(shì)值最大(dà)允(yǔn)許誤差給出的;在客觀上是(shì)通過測(cè)量其示值誤差確定其示值誤差範(fàn)圍得到(dào)的;也可根(gēn)據其示值誤(wù)差範圍確定準確度等級進行分類評價;對無法確定示值誤差範圍的某(mǒu)些(xiē)高、精、尖的科研課題,還可通過對其測量結果不確定度的評定進行間接評價。由此形(xíng)成一組對測量儀器示值特性比較科學、客觀、準確(què)、合理的評價術語。