計量論壇

標題: 計量器具的基本特性有哪些 [打印本頁]

作者: vtoall 時間: 2015-7-17 10:18
標題: 計量器具的基本特性有哪些
1.計量器具的測量范圍和量程
計量器具的測量范圍，即計量器具的誤差處在規定極限內的一組被測量的值，標稱范圍兩極限之差的模就是量程，即測量范圍的最高值與最低值之差。
2.計量器具的靈敏度
是指計量器具響應的變化除以對應的激勵變化，可以理解為計量器具對被測量變化的反應能力。
3.計量器具的準確度、示值誤差
計量器具的準確度是計量器具給出接近真值的響應的能力。
計量器具的示值誤差是指計量器具示值與對應輸入量的真值之差。
4.計量器具的重復性
是指在相同的測量條件下，重復測量同一個被測量，測量儀器提供相近示值的能力。

作者: 史錦順 時間: 2015-7-17 19:59
本帖最后由史錦順于 2015-7-17 20:16 編輯

   測量與計量兩個術語，測量的含義更廣泛些。計量則是有關量值準確的活動，也是測量，是特殊的測量。談論儀器，該稱測量儀器，而談論標準，該稱計量標準。
   測量儀器性能指標，核心是量程、分辨力、準確度。這里重點談談這三項。
   1 量程
   儀器能測量的范圍。在量程的低端，性能通常較差。使用者要注意。
   2 分辨力
   數字式儀器，例如數字式電表、數字式頻率計，都是一個脈沖代表一個最小數量單元（例如電壓1微伏或頻率1赫茲），儀器不能區分比最小數量單元更小的量，計數時不進行四舍五入處理。因此，分辨力是1，分辨力誤差范圍（分辨力誤差的最大可能值）就是1。人們熟知的數字式頻率計的誤差有“±1”誤差項。請注意，當今的不確定度理論，各種規范、規程、書籍、文件，除馬鳳鳴的書外，都說“分辨力是1則分辨力誤差是0.5”，這是錯誤的。起源是GUM.
   一個特殊情況是電子秤。電子秤是通用商業量具，要求數據穩定，而分度數不高（幾千到幾萬），電子數/模轉換器件有充足余量，因此在電子秤顯示位的下一位進行了四舍五入處理。這樣，電子秤的分辨力是1，則分辨力誤差范圍是0.5。這是特殊情況。不能把“分辨力是1誤差是0.5”當成是一般規律。
   3 準確度
   準確度是誤差范圍。又稱最大允許誤差、準確度等級等。
   準確度是定量的。不確定度理論說：“準確度是定性的”，這是指鹿為馬，這是對誤差理論的誣陷，也是對幾百年來測量計量工作的否定。
   美國建國二百四十多年了。美國人向世界出售的測量儀器，無計其數，數以萬億計。那些儀器都標有“準確度”指標。如果說準確度是定性的，而不是定量的，那就等于說美國人歷來都是騙人的。幾個炮制不確定度論的美國人，有意無意地罵了他們的八輩祖宗（三十年一代，恰為八代）。
   當然，幾個不確定度論炮制者代表不了美國的學術水平。美國的大型儀器公司安捷倫公司與福祿克公司，至今一直稱儀器指標為準確度。而推出不確定度論的美國NIST（相當國家計量院）如今則稱它的有世界最高水平的銫原子頻率標準的性能指標是“不準確度”，而不是“不確定度”。這些都是對不確定度論之“準確度定性說”的公開否定。
   中國計量科學研究院最近公布測量能力，共一千零八十一項，指標都是準確度（或其等級）。
   “準確度”這個術語的生命力真強啊！
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作者: 規矩灣錦苑 時間: 2015-7-18 00:51
　　也談計量器具的基本特性
　　1.測量范圍與量程
　　樓主談到的計量器具測量范圍和量程的定義是正確的。測量范圍和量程不是一回事，測量范圍有上下兩個極限，上下極限內的一組被測量的值共同組成了計量器具的測量范圍，是一群可測的值。量程則是測量范圍兩個極限的差，是上下限之差的“模”，只有一個非負的值。例如測量范圍25mm～50mm的千分尺，25mm～50mm之間所有的量值都屬于該千分尺的測量范圍，但量程卻只是25mm。
　　2.分辨力與分度值
　　分辨力是所有測量儀器的一個計量特性。數字式測量儀器的分辨力有兩個定義，一個是顯示裝置的分辨力，另一個是儀器的分辨力。模擬式儀器也有兩個與之有關的術語，一個是分辨力，另一個是分度值。模擬式儀器的分度值與數字式儀器的儀器分辨力本意相同，理論上不是計量器具的特性而應該是計量器具的“零部件”，一旦儀器完成制造也就終生不再改變。模擬式儀器的分辨力和數字式儀器的顯示裝置分辨力本意相同，是儀器分辨最小被測量值的能力。模擬式儀器的分辨力往往是分度值的若干分之一，最佳測量者使用此種儀器的分辨力是分度值的1/10。數字式儀器顯示裝置的分辨力則是儀器分辨力的1/2。
　　3.準確度與示值誤差
　　準確度和示值誤差都是計量器具的特性。準確度是個定性排列高低的參數，排序時用符號“準確度等級”排列前后順序。定量的準確性參數則使用術語“示值誤差”。限制示值誤差范圍的最大最小極限值稱為示值誤差允許值，簡稱示值允差，也有的人稱示值允差限定的區間為“誤差范圍”。但也有將定性參數準確度與定量參數示值誤差或示值允差相混淆的，這種概念混淆造成了概念混亂，使測量設備的準確性高低沒有合適的術語加以定性表述。
　　4.不確定度
　　不確定度不是測量設備（包含計量器具）的計量特性，而是測量結果或產生測量結果的測量方案的特性。但測量設備的計量特性，特別是示值誤差、示值允差等一定會給測量結果或測量方案引入不確定度分量。“測量設備的計量特性給測量結果引入的不確定度分量”說起來太費勁，于是有的標準就干脆簡稱為“測量設備的不確定度”，并由此派生出“計量標準的不確定度”等等。在使用術語“測量設備的不確定度”和“計量標準的不確定度”時，我們必須保持清醒的頭腦，不要被表面文字所迷惑，一定要知道這是測量結果的不確定度分量之一，而不是測量設備的特性。
　　5.其它計量特性
　　樓主所說的靈敏度、重復性等也是計量器具的計量特性，計量器具的計量特性還有一些，因為這些特性大多數被包容在示值誤差之中因而往往使用的不多，這里也就省略不談了。

作者: csln 時間: 2015-7-18 07:40
本帖最后由 csln 于 2015-7-18 07:42 編輯

電子秤把被測量的重量數字顯示時使用的是模/數轉換器，即ADC，電子秤也同一般此類數顯儀器一樣，ADC的位數或者分辨力決定了儀器的分辨力，ADC的積分非線性誤差、微分非線性誤差決定了儀器的分辨力誤差，ADC的這種非線性誤差典型值一般為±1/2 LSB，因此分辨力誤差是分辨力一半，但這不是普遍規律

作者: 規矩灣錦苑 時間: 2015-7-18 17:51
　　不同的數字式儀器有不同的工作原理，但在使用基本計量名詞術語方面，大家都是一樣的。JJF1001的7.14是“分辨力”定義，7.15是“顯示裝置的分辨力”定義。7.14定義的“分辨力”前面沒有任何定語，泛指數字式儀器和模擬式儀器都具有的分辨力，7.15冠以“顯示裝置的”定語，單指數字式儀器才有。
　　那么對于數字式儀器而言，分辨力和顯示裝置的分辨力之間區別是什么呢？顯示裝置的分辨力類同于模擬式儀器的“分度值”，這個分辨力相當于儀器的零部件之一，是在儀器設計制造中就固化或“安裝在”儀器上了。使用中人們可以在儀器讀得的，或可以分辨的最小量值的能力才是在不確定度評定中需要考慮的“分辨力”因素。對模擬式儀器而言，一般就按分度值的1/10，對數字式儀器而言就是顯示裝置的分辨力的1/2，其它復雜的工作原理可以不必考慮。

作者: 史錦順 時間: 2015-7-19 11:06
本帖最后由史錦順于 2015-7-19 11:21 編輯

規矩灣錦苑發表于 2015-7-18 17:51
　　不同的數字式儀器有不同的工作原理，但在使用基本計量名詞術語方面，大家都是一樣的。JJF1001的7.14是 ...

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   先生說：“可以分辨的最小量值的能力才是在不確定度評定中需要考慮的“分辨力”因素。對模擬式儀器而言，一般就按分度值的1/10，對數字式儀器而言就是顯示裝置的分辨力的1/2，其它復雜的工作原理可以不必考慮”。
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   人云亦云，是學術探討的大忌。
   因為GUM說過"分辨力是1,分辨力誤差是1/2"，于是眾人就跟著這樣說。多數人不明真相，不懂道理，可以諒解。學術討論卻不能這樣。分辨力誤差，雖然小，但畢竟是儀器誤差的一部分。況且，在某些特定條件下，儀器誤差就近似等于分辨力誤差。因此，弄明白“數字儀器分辨力是1，分辨力誤差到底是1/2，還是1”，乃是測量計量學中必須弄明白的問題之一。
   數字式頻率計，是脈沖電路，一個脈沖代表一個數量單元，脈沖的單元是“1”，不可能有1/2個脈沖，因此也就識別不出1/2個數量單元。因此，數字式頻率計的分辨力是1，分辨力誤差的范圍（分辨力誤差絕對值的最大可能值）就是1。
   在眾多文件皆說“分辨力是1,分辨力誤差是1/2”的大背景下，馬鳳鳴的《時間頻率計量》（計量檢測人員培訓教材第11分冊）一書，多次講解數字式儀器的±1誤差。涉及多種測頻、測時、比對器等儀器。多次說：分辨力是1，分辨力誤差的最大值就是1！馬先生在同GUM唱反調！不管國際權威怎么說，馬氏說真話，講真理。好，贊一個！
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   除時間頻率以外的其他場合，如數字式電表，數字秤，數顯長度量具，要弄明白分辨力誤差的大小，必須明白具體儀器原理中的模/數轉換的具體過程。像數字頻率計那樣，先把周期性的正弦波轉換為極窄的脈沖，就必有“分辨力是1，誤差是1”。我在以前的討論中，有把數字頻率計的情況一般化的言論，是不妥的。去年已有網友說明，電子秤的分辨力誤差是1/2個字。我聲明過自己對電子秤的說法錯了。我承認電子秤分辨力誤差是1/2，但卻想象是最低位的下一位進行了（或等效進行了）四舍五入處理。看到csln先生的帖子，得知有數模轉化的規律在里邊。但我確實弄不懂，如果是非線性的原因，誤差的最大值，為什么是0.5？沒有出現0.6或0.7的可能嗎？希望熟悉電子秤、數字電表、數顯長度量具的學者，詳細講一講分辨力為1，分辨力誤差絕對值的最大值是1/2或者是1的道理。我很想弄明白，苦于找不到相關的資料。
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   規矩灣先生公然說“工作原理可以不必考慮”。這是不當講法。連工作原理都不考慮，還討論什么學術！請問這算什么道理？什么邏輯？科學不是宗教，不能盲從！不該迷信！
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作者: 規矩灣錦苑 時間: 2015-7-19 11:28
本帖最后由規矩灣錦苑于 2015-7-19 11:30 編輯

　　我覺得討論“分辨力”是多大的時候，還是要分清楚什么是JJF1001的7.14定義的儀器“分辨力”，什么是7.15定義的“顯示裝置的分辨力”。什么是數字式儀器的分辨力和什么是數字式儀器的顯示裝置的分辨力。
　　馬鳳鳴老先生講數字式儀器的±1誤差，多次說：分辨力是1，這個“分辨力”正是7.15定義的“顯示裝置的分辨力”。這個“分辨力”類似于模擬式儀器的分度值，相當于儀器的“零部件”之一，這個“分辨力”僅適用于數字式儀器使用，模擬式儀器沒有這個“分辨力”而只有“分度值”。眾多文件皆說或大家公認的“分辨力”是顯示裝置的分辨力的1/2是指JJF1001的7.14定義的儀器的“分辨力”。模擬式儀器的分度值可以產生誤差±1個分度值，但人們讀數時的最小分辨能力卻可達1/10個分度值，同樣的數字式儀器的分度值（即顯示裝置的分辨力）是1，儀器自身代替人眼讀數時能夠分辨的能力最小可達其1/2。對于數字式儀器而言，我們一定要正確識別使用的“分辨力”到底是JJF1001的7.15定義還是7.14定義，使用的術語定義必須先搞清楚，此時還沒有到涉及儀器工作原理的步驟。

作者: 史錦順 時間: 2015-7-20 07:46
本帖最后由史錦順于 2015-7-20 08:14 編輯

規矩灣錦苑發表于 2015-7-19 11:28
　　我覺得討論“分辨力”是多大的時候，還是要分清楚什么是JJF1001的7.14定義的儀器“分辨力”，什么是7.1 ...

   把分辨力劃分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，本來就是個似是而非的說法！JJF1001按VIM的說法，照搬照抄，怎么理解？別人有什么高見，我不知道；反正我認為：對數顯儀器來說，儀器的顯示裝置的分辨力，就是儀器的分辨力。二者是不能分的。沒有數顯裝置，哪還有數顯儀器的分辨力？數顯儀器的分辨力必定體現在儀器的數顯裝置上。人的視力，必定表現在眼睛的視力上。人的視力和人眼的視力，有區別嗎？
   盡管JJF1001抄VIM，講兩個分辨力；但JJF1094《測量儀器特性評定》就只講一個分辨力！
   我在帖中只講數顯儀器，第一，數顯是發展方向；第二，數顯分辨力與分辨力誤差概念明確，結果肯定，可以有明確結論。模擬儀器，有人視力好，有人視力差。有人憑眼力，有人用放大鏡。因此1格到底能區分到多少，難說。通常書上都說可區分到一小格的二分之一，規矩灣幾次說可以區分到十分之一，夠神的。反正我只爭論數顯的，而不提模擬的。
   數字式頻率計，必定是分辨力是1，則分辨力誤差也是1。頻率定義為一秒鐘的振蕩次數。頻率計利用窄脈沖。一個脈沖是一次振蕩。脈沖數記為N，采樣時間記為τ，則頻率的測得值等于N/τ。數字N的分辨力是1，代表一個脈沖。如果采樣時間是0.1秒，則這個“1”就代表是10赫茲。也就是說，當采樣時間是0.1秒時，分辨力誤差的絕對值的最大值就是10赫茲。
   例如被測頻率為11赫茲，脈沖間隔時間約為0.09秒。各次測量，采樣時間是0.1秒，多數計值是N=1，即測得值是10赫茲，測量誤差是-1赫茲；也有可能計到N=2，即測得值是20赫茲，測量誤差+9赫茲。若被測頻率是8赫茲，脈沖間隔時間是0.125秒。各次測量，采樣時間是0.1秒，多數計值是N=1，即測得值是10赫茲，測量誤差是+2赫茲；也有可能計到N=0，即測得值是0赫茲，測量誤差為-8赫茲。由是，測量誤差絕對值的最大可能值是10赫茲。
   這就是對數字頻率計來說，分辨力是“1”，分辨力誤差范圍是“1”的道理。不懂具體儀器工作原理，怎能搞清楚？
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   從GUM開始，許多國際規范與我國的規范，都說：“數字儀器分辨力是1，分辨力誤差是1/2”，都把這個說法當作普遍規律。計數式頻率計的例子，否定了這種說法的普適性。這種說法，不是普遍規律，不能通用！

作者: csln 時間: 2015-7-20 11:52
不同生產廠、不同結構的ADC量化誤差不同，一般在0.3LSB至1LSB間，0.5LSB只是典型值

作者: 規矩灣錦苑 時間: 2015-7-21 23:53

史錦順發表于 2015-7-20 07:46
把分辨力劃分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，本來就是個似是而非的說法！JJF1 ...

　　把與數字式儀器有關的的“分辨力”分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，并非似是而非，JJF1001的分別給出了7.14儀器“分辨力”和7.15“顯示裝置的分辨力”，兩個“分辨力”術語是有道理的。7.14儀器“分辨力”并不是單指數字式儀器，而是包括數字式儀器和模擬式儀器等所有儀器均存在的“分辨力”，“顯示裝置的分辨力”只有數字式儀器才有，模擬式儀器有個“分度值”，顯示裝置的分辨力就相當于模擬式儀器的分度值。如果認為“儀器的顯示裝置的分辨力，就是儀器的分辨力”，就如認為模擬式儀器的分度值就是其分辨力一樣是錯誤的。
　　史老師所說JJF1094講的分辨力是其3.7條，條文清清楚楚地用方括號寫明是[顯示裝置的]分辨力。數字式儀器的分辨力是顯示裝置的分辨力的一半。顯示裝置的分辨力是±1個字，“儀器的分辨力可以通過儀器顯示裝置的分辨力”來評定，是“最低數字顯示變化一個步進量時的示值差”，因此是顯示裝置分辨力的一半，如果都用半寬表示，則顯示裝置的分辨力是末位數的1個字，儀器的分辨力是末位數的半個字。

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