一级注册计量师-计量器具特性

这是一篇关于计量器具特性的思维导图，主要内容包括：稳定性，灵敏度，响应特性，漂移，鉴别阈，分辨力，准确度等级。

计量器具特性

• 准确度等级
  • 概念
    • 在规定工作条件下，符合规定的计量要求，使测量误差或仪器不确定度保持在规定极限内的测量仪器或测量系统的等别或级别
      • 注意“规定工作条件”
    • 附带重要易混概念
      • 级
        • 级——对应最大允许误差的规定，表示测量仪器示值误差的准确程度，是对示值误差的要求，使用测量仪器时示值不需要修正。
          • 对应最大允许误差，示值不需要修正
      • 等
        • 等——对应测量不确定度极限值的规定，表示对测量仪器检定校准所赋予量值的准确水平，使用测量仪器时示值需要修正后使用。
          • 对应测量不确定度，示值需要修正
      • 注
        • 测量标准器既可分等也可分级，而工作计量器具通常分级。
  • 概念辨析
    • 准确度等级是对符合要求的测量仪器的测量误差或仪器不确定度的极限值的规定。本身不是一个量，通过与最大允许误差或仪器不确定度的规定极限值的对应关系，间接反映准确程度。
  • 评定依据
    • 测量仪器的准确度等级应根据检定规程的规定进行评定。
  • 按最大允许误差评定准确度等级
    • 一般常称“级别”
    • 依据计量技术规范，直接判定
    • 概念
      • 依据有关计量技术规范，当测量仪器的示值误差不超过某一准确度等级对应的最大允许误差要求，且其他相关特性也符合规定的要求时，就判定该测量仪器在该准确度等级合格。
    • 注意点
      • 使用这种仪器时，可直接用其示值，不需要加修正值
    • 示例
      • 例如，弹簧式精密压力表，用限定引用误差的最大允许误差绝对值表示其准确度等级，分为0.1级、0.16级、0.25级、0.4级、0.6级。0.1级表明用限定引用误差的最大允许误差为士0.1%。
      • 又如，砝码，用绝对误差形式的最大允许误差表示其准确度等级，用大写拉丁字母辅以阿拉伯数字表示，分为E1,E2,F1,F2,M1,M2,M1,M22各等级。它们各自对应的最大允许误差及相关要求可查相应的检定规程中的规定。
  • 按示值的校准关系的测量不确定度评定准确度等级
    • 一般常称“等别“
    • 校准关系定义
      • 校准关系指校准（也适用于部分检定）中确定的标准量值与测量仪器示值之间的对应关系
    • 校准关系的常见形式
      • 1)标准值与示值的对照表；
      • 2)示值与示值误差（或标准值与示值误差、示值与修正值、标准值与修正值）的对照表；
      • 3)示值与修正因子的对照表（修正因子不变时，仅给出修正因子）。
      • 其中，对照表也可用图形方式或数学公式形式给出。使用者在测量时，可利用上述校准关系将从测量仪器直接获得的示值转化为与校准时的标准值对应的测得值。
    • 评定方法
      • 以用示值误差表示校准关系为例，如果依据计量检定规程对测量仪器进行检定，得出测量仪器示值误差，测量仪器示值误差的扩展不确定度满足与其准确度等级对应的测量不确定度极限值的要求，且其他相关特性也符合规定的要求时，就判定该测量仪器在该准确度等级合格。这表明测量仪器校准关系的扩展不确定度不超出某个给定的极限。
    • 注意
      • 使用经这种方法评定的测量仪器时，示值必须加修正值，或乘修正因子，或直接用校准关系获得测得值。
    • 示例
      • 例如，1等量块所对应的扩展不确定度可在检定规程或校准规范中查到，如按级检定合格的，不使用修正，测量不确定度按照最大允许误差估计；如按等检定合格的，必须使用修正值，采用证书的测量不确定度。
  • 测量仪器有多个测量范围或可测量多个参数时准确度等级的评定
    • 多个测量范围时
      • 当被评定的测量仪器包含两个或两个以上的测量范围，并对应不同的准确度等级时，应分别评定各个测量范围的准确度等级。
    • 多个参数时
      • 对多参数的测量仪器，应分别评定各测量参数的准确度等级。
    • 一点说明
      • 目前，大多数多参数宽测量范围的电子测量仪器不再给出准确度等级。
    • 多个测量范围成多个参数时准确度等级的评定
      • 分别评定
• 分辨力
  • 定义
    • 分辨力：“引起相应示值产生可察觉到变化的被测量的最小变化”
  • 性质
    • 分辨力反映测量仪器对被测量的分辨能力。分辨力可能与内部噪声、外部噪声或摩擦等因素有关，也可能与被测量的值有关。
  • 易混概念
    • 应注意测量分辨力与显示装置分辨力的差异。当测量仪器的示值就是其测得值（对被测量的估计值)时，测量分辨力与显示装置分辨力相等。
    • 测量仪器的分辨力
      • 测量仪器的分辨力，通常通过测量仪器的显示装置或读数装置能有效辨别的示值最小变化来评定。
    • 显示装置的分辨力
      • 显示装置的分辨力：“能有效辨别的显示示值间的最小差值”。
        • 使用者对指示或显示装置对其最小示值差的辨别能力
  • 评定依据
    • 测量仪器的分辨力，通常通过测量仪器的显示装置或读数装置能有效辨别的示值最小变化来评定。
  • （1）测量仪器的数字显示装置的分辨力
    • 最低位数字显示变化一个步进量时的示值差
    • 示例
      • 数字电压表最低位数字显示变化一个字的示值差为1μV,则分辨力为1uV。
  • （2）用标尺读数装置读数时
    • 相邻标记质检最小分度值的1/2
    • 用标尺读数装置（包括带有光学机构的读数装置）读数时，若读数直接取最接近的标尺标记对应的数值（不做内插细分），该显示装置的分辨力为标尺上任意两个相邻标记之间最小分度值的一半。
    • 示例
      • 例如，线纹尺的最小分度值为1mm,则分辨力为0.5mm。又如：衰减常数为0.1dB/cm的截止式衰减器，其刻度的最小分度值为10m,则该衰减器的分辨力为0.05dB。若采用内插细分估读方式，分辨力可为上述数值的几分之一。
• 灵敏度
  • 定义
    • 响应与激励的比值
      • S=Dy/Dx
    • 对被评定的测量仪器，在规定的某激励值上通过一个小的激励变化△x,得到相应的响应变化△y,则比值△y/△x即为该激励值时的灵敏度S。
    • 更适合本节的定义
      • 测量系统的灵敏度简称“灵敏度”，指测量系统的示值变化除以相应的被测量值变化所得的商。
        • 是对激励信号微小变化的响应特性
  • 特殊情况
    • 对线性测量仪器来说，灵敏度是一个常数。
• 鉴别阈
  • 定义
    • 对被评定的测量仪器，在一定的激励和输出响应下，通过缓慢单方向地逐步改变激励输人，观察其输出响应。使测量仪器产生恰能察觉有响应变化时的激励变化，就是该测量仪器的鉴别阈。
    • 更适合本节的定义
      • 鉴别阈：“引起相应示值不可检测到变化的被测量值的最大变化”。
        • 通常引起相应示值变化的被测量值的最小变化为鉴别阈
  • 产生原因
    • 产生鉴别阈的原因可能与噪音（内部或外部的）或摩擦阻尼有关。
  • 确定方法
    • 确定鉴别阈时，应在确定的行程方向给与测量仪器一定输入。使其处于某一值，然后再同行程方向平缓地改变激励，当产生可察觉的响应变化时的激励的变化作为鉴别阈。（标尺上中下不同示值范围的正向及反向多次测定)
  • 鉴别阈
    • 单方向逐步改变激励输入，观察其输出响应
    • 使测量仪器产生恰能觉察有响应变化时的激励变化
    • 单方向，使测量仪器产生恰好能察觉有响应特定变化时的激励变化，就是该测量仪器的鉴别阈
  • 示例
    • 例如，检定活塞压力真空计时，当标准压力计和被检活塞压力真空计在上限压力下平衡后，在被检活塞压力真空计上加放的刚能破坏活塞平衡的最小砝码的质量值即为该被检活塞压力真空计的鉴别阈。
• 稳定性
  • 概念
    • 测量仪器保持其计量特性恒定能力
    • 仪器计量特性变化达到规定值时的变化量与所经历时间间隔之比
    • 仪器计量特性在观测期间的变化幅度除以其变所经过的时间间隔
    • 频率源的频率稳定性用阿伦方差的正平方根值评定时称为频率稳定度
    • 稳定性与时间无关时，应根据规程、规范或说明书等技术文件规定的方法进行评定
  • 评定方法1
    • (1)方法一：通过测量标准观测被评定测量仪器计量特性的变化，当变化达到某规定值时，其变化量与所经过的时间间隔之比即为被评定测量仪器的稳定性。
    • 示例
      • 例如，用测量标准观测某标准物质的量值，当其变化达到规定的士1.0%时所经过的时间间隔为3个月，则该标准物质的量值的稳定性为士1.0%/3个月。
  • 评定方法2
    • (2)方法二：通过测量标准定期观测被评定测量仪器计量特性随时间的变化，用所记录的被评定测量仪器计量特性在观测期间的变化幅度除以其变化所经过的时间间隔，即为被评定测量仪器的稳定性。
    • 示例
      • 例如，信号发生器按规定时间预热后，在10min内连续观测输出幅度的变化。先用n个观测值中最大值与最小值之差除以输出幅度的平均值得到幅度的相对变化量，再除以时间间隔10min,就得到该信号发生器的幅度稳定性。如某信号发生器的输出幅度稳定性为1×10-3/10min。
  • 评定方法3
    • • ※：基本不考，了解即可
  • 评定方法4
    • (4)当稳定性不是对时间而言时，应根据检定规程、技术规范或仪器说明书等有关技术文件规定的方法进行评定。
• 漂移
  • 概念
    • 根据技术规范要求，用测量标准在一定时间内观测被评定测量仪器计量特性随时间的慢变化，记录前后的变化值或画出观测值随时间变化的漂移曲线。
    • 计量特性随时间的慢变化
    • 报警器的量程漂移
  • 种类
    • 零点漂移
      • 5%示值变化
    • 量程漂移
      • 85%示值变化——5%示值变化
    • 24小时前后5%、85%的示值变化
  • 漂移率
    • 当测量仪器计量特性随时间呈线性变化时，漂移曲线为直线，该直线的斜率即漂移率。在测得随时间变化的一系列观测值后，可以用最小二乘法拟合得到最佳直线，并根据直线的斜率计算出漂移率。
• 响应特性
  • 定义
    • 在确定条件下，激励与对应响应之间的关系称为测量仪器的响应特性
      • 激励-响应的关系是最基本的响应特性，也称为输入输出特性
      • 热电偶电压随温度的变化
    • 更适合本节的定义
      • 测量传感器、敏感器或测量仪器的响应随激励或某种其他影响因素变化的特性
  • 特点
    • 可能是线性关系，也可能是随时间变化的函数
    • 只有准确确定了测量仪器的响应特性，其示值才能准确地反应被测量值
  • 分类
    • 静态响应特性
      • 通常默认响应特性为静态的激励一响应特性。确定了静态响应特性，就可以研究测量仪器的静态特性（即用于测量静态量时测量仪器所呈现的特性)，如灵敏度、线性、滞后、漂移等特性及由他们银企的测量误差。
    • 动态响应特性
      • 动态响应与激励的时间过程有关，时时间的函数。常用特定的激励形式的响应作为动态响应特性，如阶跃响应、脉冲响应或特定波形的周期函数激励信号的响应。
  • 评定方法
    • 在确定条件下，激励与对应响应之间的关系称为测量仪器的响应特性。评定方法是：在确定条件下，对被评定测量仪器测量范围内的不同测量点输入信号，并测量输出信号。当输人信号和输出信号不随时间变化时，记下被评定测量仪器的不同激励输入时的输出值，列成表格、画出曲线或得出输人输出量的函数关系式，即为测量仪器静态测量情况下的响应特性。
  • 示例
    • 例如，将热电偶的测温端插入可控温度的温箱中，并将热电偶的输出端接到数字电压表上，改变温箱的温度，观测不同温度时热电偶输出电压的变化，输出电压随温度变化的曲线即为该热电偶的温度响应特性。
    • 又如，改变信号发生器的频率，同时测量信号发生器响应于各频率的输出电平，输出电平随频率变化的曲线即为信号发生器输出的频率响应特性。