請問數值跳變如何處理？

給位老師，大家好。
我在工作過程中經常碰到這樣一個問題：所使用的計量器具無論是被檢設備還是標準器，測量需要等待示值穩定后讀取讀數。但是因為各種原因，示值往往是在一個范圍內相對穩定，但并沒有固定為一個數值，請問這個時候，我應該在范圍區間內取哪個值作為測得值呢？

根據所學的計量知識，經常是可以選用平均值作為測得值。但是這只是原則，實際工作過程中有以下不明白的地方：
1：根據檢定規程校準規范或者其他文字形式的文件所規定的方法，上述問題一般不在考慮范圍內。所以我這么做，實際是否（在法制規定中）允許？而且這個跳變范圍往往是一個直觀觀察，很難準確界定，比如我做電磁測量過程中有些是設備本身造成的，但是同時溫度和濕度也在變化，當多個影響量的時候，范圍也不能明確。
2：因為檢定或者校準往往牽扯至少兩個計量器具，其間存在激勵響應關系，但是在示值變化上，兩者往往是不同步的，如果按照平均值原則，標準和被測設備引入的測量不確定度是否存在？是否應該計算？如何計算？
3：還有一個減少這種問題的方法是減少靈敏度，但是靈敏度減少會帶來多大不確定度是否需要考慮？是否需要計算？如何計算？
4：是否有其他方法減少這種問題？所帶來的影響是否需要計算？
5：老一輩的師傅告訴我，交流跳變是由于電壓源不穩造成的。但是同樣的電壓，直流就穩定的多。我覺得這是交流本身造成的，所以我想請問，有使用穩壓源的同行，你們交流測量的時候是否存在此問題？

謝謝各位的指教。

吳下阿蒙 發表于 2016-9-7 11:48
比如老式指針電壓表都是由表頭（高精度電流表）配合電阻組合出來的。表頭面板不變，但更換不同阻值的電阻 ...

大善，我在這種沒有意義的問題上繞來繞去，你見笑了。
不過，我還想繞一下，但是那就是另外的問題了，想好了我再開貼。謝謝你和我討論這么久。

首先，我不是前輩哈，也只是個計量新人，不過我也遇到了和您相同的問題。所使用的計量器具無論是被檢設備還是標準器，都在跳動時，要如何取值？

以我遇到的一個測量分流器阻值的模型為例，主要設備包括電源，標準電阻R，被測電阻R1，及2個電壓表分別接與電阻兩端。在測試中，由于電源輸出的波動，電壓表V1和V2的顯示值都會非常快的抖動。這應該和您遇到的問題相同。
我們的處理思路如下：
1.確認波動原因，將電源更換為標準源，確認電壓表市值波動顯著降低，確認波動源是電源輸出造成的。
2.您提到因為檢定或者校準往往牽扯至少兩個計量器具，其間存在激勵響應關系，我認為這必然是要考慮的，而且不僅僅如此，應該保證你得測試量在時間上是對應的，比如例子中，你記錄下了電壓表V1的電壓值U1,5秒后記錄下電壓表V2的電壓U2，哪肯定是有問題的。而我們是使用電腦同時抓取電壓表內的值的。（即設置同一時間點，同時抓起兩電壓表5~10次的測試值，并分別取均值做為U1和U2。而這個均值只是一個值，即算做一次測量，如要評定不確定度，則需進行多次這個操作），如果您認為您的各儀器顯示值的響應時間不同步，或許設置抓取時間上做些修改。
3.還有一個減少這種問題的方法是減少靈敏度，但是靈敏度減少會帶來多大不確定度是否需要考慮？是否需要計算？如何計算？在人工讀取時，我們是降低儀器的測試速度，如將電壓表快速調至慢速，降速后，電壓表波動將變得緩慢，其實就是，雖然電源在T1~T2時間一直在上下多次波動，但電壓表測試速度被限制，其將T1時間測得的值保持到T2后才會變化，這時只要用手機拍下2電壓表的值，個人認為也算是同步的。減少靈敏度？降低靈敏度難道不同時降低了標準器的MPE和分辨力？

5.其實你看下電源直流檔和交流檔的MPE就清楚了，正常的源和萬用表，如FLUKE5522A其直流檔比交流檔MPE好的多，當然穩定的多。。

吳下阿蒙 發表于 2016-9-5 10:44
首先，我不是前輩哈，也只是個計量新人，不過我也遇到了和您相同的問題。所使用的計量器具無論是被檢設備還 ...

謝謝，下面分別探討一下
1：我覺得是我沒說好，其實我們有標準源，這個問題還是存在的，但是標準源也要市電供電，我想知道是否用穩壓源再給標準源供電會好些。
2：我們不用同時或者差時這種方法，因為不同步，而且中間差時需要多少很難知道。所以一般用趨穩方法，把標準和被檢穩定時的示值作為結果。但是同樣面臨這個相對的穩定中變化如何處理的問題。
3：降低靈敏度一定是降低了MPE和分辨力么？我覺得待思考。多本教材中，分辨力相關的影響中有標尺間距、讀數裝置等，而靈敏度相關的有鑒別域，兩者沒有書指出有直接相關的關系（雖然直觀上我和你有同感）。我覺得這個問題還需要思考一下，而且我覺得思考會有一些意想不到的收獲。
至于直流和交流的觀點，我覺得可以從數字電磁計量器具的構成上來講：直流電壓測量是數字計量器具的基礎（馮占玲），其他的都是在此基礎上的再變換。但是再變換就是一定會更差一些么？

solarup 發表于 2016-9-5 13:06
謝謝，下面分別探討一下
1：我覺得是我沒說好，其實我們有標準源，這個問題還是存在的，但是標準源也要市 ...

1.我想知道是否用穩壓源再給標準源供電會好些。,這是標準源電源調整率問題，個人認為影響不大，當讓您可以用AC源為標準源提供交流電試一下。
2.中間差時需要多少很難知道，這就很只能在儀器上做處理吧。但就個人感覺，源的穩定性很難跟上表。
3.靈敏度定義為測量系統的示值變化除以被測量值變換所得的商。其中被測量值我們肯定是不能改變的，那么只能從測量系統的示值變化。比如用表頭電流表測測電壓，雖然你可以改變配套的電阻值達到改變靈敏度的效果，但把表頭+電阻看成電壓表整體，它的MPE和分辨力沒有降嘛？雖然分辨力看上還是1mA/格（舉例），但實際或許已經從10V/格變成100V/格了。。。又比如，測溫熱電偶改變型號，靈敏度變了，但不同的熱電偶在不同溫段的MPE應該是明顯不同的吧。。。當然，這兩個只是我想到的例子，別的到底關系如何，可以請前輩們想想，是否有改變靈敏度，MPE和分辨力不變的情況。。

至于直流和交流的觀點，我覺得可以從數字電磁計量器具的構成上來講：直流電壓測量是數字計量器具的基礎（馮占玲），其他的都是在此基礎上的再變換。但是再變換就是一定會更差一些么？這我只是以一般多功能源舉例的，基本確實如此。我在詢問購買交流功率標準源時，詢問過一些廠家，交流的精度想要提高真的比直流難很多，而且這從價格上就可以明顯的看出來。。。

吳下阿蒙 發表于 2016-9-5 15:07
1.我想知道是否用穩壓源再給標準源供電會好些。,這是標準源電源調整率問題，個人認為影響不 ...

現在我主要覺得第三條值得討論。
測量系統，如果輔助設備有可變比的情況下，比如加了一個互感器，會不會靈敏度一定降低或者增高。還有，我們的MPE是分段的，如果經過變比，仍舊在同一誤差段，會不會對MPE沒影響

solarup 發表于 2016-9-6 17:16
現在我主要覺得第三條值得討論。
測量系統，如果輔助設備有可變比的情況下，比如加了一個互感器，會不會 ...

測試分流器時也需要用到電流互感器。其實就是將電流縮小放大倍數。如我使用3458A測電流，但只能測1A，我想測100A的電流，使用一個1:100的互感器，雖然表面上3458A的MPEV和分辨力不變。但實際已經變了，假設原來的分辨力為1nA，雖然現在還是能顯示出1nA，但實際上為100nA，即整個測試系統的分辨力實際上是100nA，假設被檢電流有了10nA的波動，此時3458A是無法顯示出來的，MPEV同理。

嗯，數字的儀表沒有反映我想法，我用模擬的先說一下。
我說這樣一個例子，如果我一個標準源，一個電壓表。我輸入1 V，走1格，那么我靈敏度S=1。此時我分辨率為最小分度值一半，0.5格
如果經過一個1:2的變壓器，我輸入1V，走2格，靈敏度S=2。此時我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。如果我輸入0.5 V，1格還是能看到的，輸入0.25 V，半格還是能讀到。
用你的數字的再說一下。
原先我標準輸入1nA，電流表顯示1nA（理想狀態），這次我輸入0.01nA，電流表顯示1nA，靈敏度=100，但是分辨率還是1nA
前面兩個是理想狀態，不存在誤差，也不存在死區討論。
這里靈敏度更像是一個放大鏡作用，放大鏡只是改變光學現象，不能改變原有事物特性。
如果說MPE的話，我覺得確實變了，中間加東西，肯定要增加不確定度，但是合理選擇輔助設備，其誤差是否變化不顯著以致可以忽略？或者，能夠減少誤差？
之所以這么想是因為在計量注冊師一書上有一句重要說明，鑒別域和分辨力不能混淆，至于是不是這樣我還要好好想想，我已經有些糊涂了。

吳下阿蒙 發表于 2016-9-6 17:34
測試分流器時也需要用到電流互感器。其實就是將電流縮小放大倍數。如我使用3458A測電流，但只能測1A，我 ...

我又總結了一下，我們兩個的例子差別明顯了，假定測量大于被測的通用條件下
1：你的例子是激勵不變，我的例子是激勵可變。你的例子是激勵的分辨力發生了變化，我的例子是響應的分辨力沒有改變，其實是一回事。其實我仔細想想，增加互感器后我的激勵等于不是原先的那個測量系統了，新的測量系統的分辨力發生了改變，原先我能最小有效輸出值1的現在變成了2。
2：分辨力的改變，關鍵是誰測量誰，肯定有一個是不變的，一個是改變的。兩個例子共同點是測量設備的分辨力發生了變化，被測設備的沒有改變。
3：以前的書之所以沒有提，是因為首先，其關系不是根據定義推導的，而是靜態和動態差別推導的。靈敏度/鑒別域的是實驗中獲取的，而分辨力/標尺間距/讀數誤差是靜態可觀測的。但是從定義上的“有效”來推導的話，靜態可觀測的最小值并非“有效”的。但是此時應該和“死區”的定義相關，具體怎么分辨，明天再想

solarup 發表于 2016-9-6 18:02
嗯，數字的儀表沒有反映我想法，我用模擬的先說一下。
我說這樣一個例子，如果我一個標準源，一個電壓表。 ...

此時我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。雖然同時0.5格，但含義不同啊，你總不能把分辨力=0.5格吧，得化為電壓值啊。

我輸入1 V，走1格，那么我靈敏度S=1。此時，0.5格為0.5V，即分辨力為0.5V.
我輸入1V，走2格，靈敏度S=2。此時我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格，但此時得0.5格為0.25V，即分辨力為0.25V.
很明顯變了啊。MPEV同理。

吳下阿蒙 發表于 2016-9-7 09:30
此時我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。雖然同時0.5格，但含義不同啊，你總不能把分辨力=0.5格吧，得 ...

No，0.25 V是你的輸入，但是對于測量系統來說，已經改變了，你整個測量系統（包括了互感器）的輸出來說，也就是對于電壓表的輸入來說，0.5格是0.5V，1格就是1 V，這個在測量系統變化前后沒有改變
另外，靈敏度不強求輸入輸出是同一個量，不轉化也行。
我覺得您對我的啟發很大，主要是在分辨力的兩個定義的等價性上。分辨力一方面是有效的最小值，如何確定有效是需要經過測量的。但是另外一個定義說不通過測量，只要觀察就能確定。這兩個定義從我們兩個探討的例子上，感覺到不等價。

solarup 發表于 2016-9-7 10:58
No，0.25 V是你的輸入，但是對于測量系統來說，已經改變了，你整個測量系統（包括了互感器）的輸出來說， ...

比如老式指針電壓表都是由表頭（高精度電流表）配合電阻組合出來的。表頭面板不變，但更換不同阻值的電阻可切換為不同量程的指針電壓表，這時靈敏度，分辨力和MPEV都是同比變化的。
比如表頭10格，起初調節電阻使量程為10V，此時靈敏度為1V/格，分辨力為半格為0.5V。
現在我再調節電阻，將量程調至100V, 此時靈敏度變為10V/格，同分辨力為半格為5V.   MPEV同理。

而做為現在很多的智能數顯儀表，討論它的靈敏度個人感覺沒什么意義。
比如：輸出10V,表顯10V。輸入10A，表顯10A。輸入100攝氏度，現在的智能儀表也會直接顯示100攝氏度，這些表按靈敏度定義計算靈敏度都為1。而如果你再從外部加電阻或互感器使用，如果你不討論整個系統的靈敏度，根本是沒有意義的。比如你例子中用變壓器變為1:2,儀表本身靈敏度變了嘛？在儀表的輸入端口的電壓值依然是等于其顯示值的。即靈敏度依然是1.你在算靈敏度的時候把它們看成整體，在分辨力中又只看儀表本身，自然有問題。

而將顯示儀表和外部電阻或互感器看作整體的話，其模型和指針電壓表模型是一樣的。