三、思考题1. 什么是被测量?举例说明影响量与被测量的区别。
被测量(measurand)是“拟测量的量”。
测量的目的是确定被测量的量值。被测量也就是我们想要测量的量,例如被测量是给定的水样品在20℃时的蒸汽压力,给定的水样品是被测对象,20℃时的蒸汽压力是被测的特定量。
(1)要测量的是什么量,这是测量时必须搞清楚的。测量时要知道被测对象的特定量是什么,也就是我们通常说的要对被测量进行定义。
例如,安排或接受测量任务时,不能笼统地说测量电压,因为电压仅是一个广义量,受测量的量应该是一个特定量,例如说明要测量“频率为50Hz的某台稳压电源的输出电压”,稳压电源是被测对象,“频率为50Hz的该台稳压电源的输出电压”就是被测的特定量。
被测量的定义包括对测量有影响的有关影响量所进行的说明,其详细程度是相应于所需的测量准确度而定的,以便对与测量有关的所有的实际用途来说,其值是单一的。
例如,一根名义值为1m长的钢棒,若需测至微米级准确度,其说明应包括定义长度时的温度和压力。例如,被测量应说明为:钢棒在25.00℃和101325Pa时的长度(加上任何别的认为必要的参数,如棒被支撑的方法等)。否则,对于不同的温度和压力,就有不同的量值,被测量的量值就不是单个值了。然而,如果被测长度仅需毫米级准确度,由于温度和压力或其他影响量的影响小到可以忽略的程度时,其定义的说明就无需规定温度或压力或其他影响量的值。
(2)要注意,测量有时会改变研究中的现象、物体或物质,此时实际受到测量的量可能不同于想要测量的被测量。例如:要测量干电池两极之间的开路电位差,但当用较小内阻的电压表测量干电池两极之间的电位差时,由于负载效应,测得的电位差可能会降低。作为被测量的开路电位差,还要根据干电池和电压表的内阻计算得到。
(3)被测量不一定是物理量,还可以是化学量、生物量等。在医学测量中,被测量可能是一种生理活动。
影响量(influence quantity)是指“在直接测量中不影响实际被测的量、但会影响示值与测量结果之间关系的量”。
例如:用安培计直接测量交流电流的幅度时受频率的影响,电流是被测量,而频率就是影响量;又如:在直接测量人体血浆中血红蛋白浓度时,胆红素物质量的浓度会影响测量结果;测量某杆长度时测微计的温度是影响量,因为测微计作为测量仪器受到温度的影响,会使测量结果受到影响。总之,与测量结果有关的测量标准、标准物质和参考数据(引用数据)之值会对测量结果的准确程度产生影响,测量仪器的短期不稳定以及如环境温度、大气压力和湿度等因素也会对测量结果有影响。间接测量的测量结果是由各直接测量的量通过函数关系计算得到,此时每项直接测量都可能受影响量的影响,从而影响最终测量结果。
2. 什么是量的真值?约定量值与真值的区别是什么?
量的真值(true quantity value)简称真值,是指“与量的定义一致的量值”。
量的真值只有通过完善的测量才能获得,但由于测量时不可避免地会受到各种影响量的影响,使通过测量得不到真值,因此真值按其本性是不确定的。在经典方法描述中,认为真值是唯一的,但实际上往往是未知的。按现在的定义,由于特定量的定义细节总是不完善的,与给定的特定量定义一致的值不一定只有一个,也就是不存在单一的真值,可能存在与定义一致的一组真值。当被测量的定义的不确定度与测量不确定度的其他分量相比可忽略时,认为被测量可以用“实际唯一”的量值表示,称为“被测量的真值”,其中“真”字可忽略,就称为“被测量值”。只有在基本常量的特殊情况下,量可被认为具有一个单一的真值。
约定量值(conventional quantity value)又称量的约定值,简称约定值,是指“对于给定目的,由协议赋予某量的量值”。
例如:标准自由落体加速度(以前称标准重力加速度)gn=9.80665ms-2;约瑟夫逊常量的约定量值KJ-90=483597.9GHzV-1;给定质量标准的约定量值m=100.00347g。
有时将约定量值称为“约定真值”,现在不提倡这种用法。
有时约定量值是真值的一个估计值,约定量值是有测量不确定度的,但通常被认为具有的测量不确定度适当小,甚至可能为零。
3. 什么是测量结果?测量结果与测得的量值有什么关系?
测量结果(measurement result)是指“与其他有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值”。
由测量得到的并赋予被测量的量值仅是被测量的估计值,其可信程度由测量不确定度定量表示。因此,测量结果通常表示为单个测得的量值和一个测量不确定度。对某些用途,如果认为测量不确定度可忽略不计,则测量结果可表示为单个测得的量值。在许多领域中这是表示测量结果的常用方式。
测量结果通常还应包含这组量值的“相关信息”,例如:用GUM法评定测量不确定度时,在给出扩展不确定度时还要说明包含因子、包含概率和有效自由度等相关的信息。在用蒙特卡洛法评定测量不确定度时,可以给出输出量的概率密度函数(PDF)的信息。
赋予被测量的值有以下两种情况:已修正的值和未修正的值。必要时,对给出的被测量的估计值还应说明是未修正的值还是已修正的值。
测得的量值(measured quantity value)又称量的测得值,简称测得值,是指“代表测量结果的量值”。
对某个被测量进行多次重复测量,每次测量可得到相应的测得值。用这一组独立的测得值可计算出作为结果的测得值,如平均值或中位值,通常用取平均值或中位值作为结果可以减小测量不确定度。
由于被测量定义的细节不完全,使被测量不存在单一真值,只存在与定义一致的一组真值。当认为代表被测量的真值范围与测量不确定度相比小得多时,量的测得值可认为是实际唯一真值的估计值,该估计值通常是通过重复测量获得的各独立测得值的平均值或中位值。当认为代表被测量的真值范围与测量不确定度相比不太小时,被测量的测得值通常是一组真值的平均值或中位值的估计值。
在测量不确定度表示指南(GUM)中,对测得的量值使用的术语有“测量结果”和“被测量的值的估计”或“被测量的估计值”。
4. 什么是测量误差?举例说明为获得测量误差的估计值而常用的参考量值。
测量误差(measurement error)定义为“测得的量值减去参考量值”,实际工作中测量误差又简称误差。
测量误差的概念在以下两种情况下均可以使用:(1)当存在单个参考量值时,测量误差是可获得的。例如:某测得值与测量不确定度可忽略不计的计量标准比较时,可以用计量标准的量值作为参考量值,则测得值与计量标准的量值之差就是该测得值的测量误差,也就是说此时测量误差是已知的;当用给定的约定量值作为参考量值时,测量误差同样是已知的。由于计量标准的量值或约定量值是有不确定度的,有时称其为测量误差的估计值。(2)当参考量值是真值时,由于真值未知,测量误差是未知的。此时,测量误差仅是一个概念性的术语。
5. 试说明系统误差和随机误差在定义上的区别。
测量误差包括系统测量误差和随机测量误差两类不同性质的误差。
(1)系统测量误差
系统测量误差(systematic measurement error)简称系统误差,是指“在重复测量中保持不变或按可预见方式变化的测量误差的分量”。
系统误差是测量误差的一个分量。当系统误差的参考量值是真值时,系统误差是未知的。而当参考量值是测量不确定度可忽略不计的测量标准的量值或约定量值时,可以获得系统误差的估计值,此时系统误差是已知的。
系统误差的来源可以是已知的或未知的,对已知的来源,如果可能,系统误差可以从测量方法上采取措施予以减小或消除。例如在用等臂天平称重时,可用交换法或替代法消除天平两臂不等引入的系统误差。
对于已知估计值的系统误差可以采用修正来补偿。由系统误差的估计值可以求得修正值或修正因子,从而得到已修正的测量结果。由于参考量值是有不确定度的,因此,由系统误差的估计值得到的修正值也是有不确定度,这种修正只能起补偿作用,不能完全消除系统误差。
(2)随机测量误差
随机测量误差(random measurement error)简称随机误差,是指“在重复测量中按不可预见方式变化的测量误差的分量”。
随机误差也是测量误差的一个分量。随机误差的参考量值是对同一被测量由无穷多次重复测量得到的平均值,即期望μ。由于实际上不可能进行无穷多次测量,因此定义的随机误差是得不到的,随机误差是一个概念性术语,不要用定量的随机误差来描述测量结果。
随机误差是由影响量的随机时空变化所引起,它导致重复测量中数据的分散性。一组重复测量的随机误差形成一种分布,该分布可用期望和方差描述,其期望通常可假设为零。
测量误差包括系统误差和随机误差,从理想的概念上说,随机误差等于测量误差减系统误差。实际上不可能做这种算术运算。
6. 说明修正的作用和修正有哪些形式。
修正(correction)是指对估计的系统误差的补偿。
修正的形式可有多种,例如:在测得值上加一个修正值或乘一个修正因子,或从修正值表上查到修正值或从修正曲线上查到已修正的值。
修正值是用代数方法与未修正测量结果相加,以补偿其系统误差的值。修正值等于负的系统误差估计值。修正因子是为补偿系统误差而与未修正测量结果相乘的数字因子。
由于系统误差的估计值是有不确定度的,修正不可能消除系统误差,只能一定程度上减小系统误差,因此这种补偿是不完全的。
7. 测量准确度、测量正确度和测量精密度之间有什么区别?如何正确应用这些术语?
测量准确度(measurement accuracy)简称准确度,是指“被测量的测得值与其真值间的一致程度”。
测量准确度是一个概念性术语,它不是一个定量表示的量,不给出有数字的量值。当测量提供较小的测量误差时就说该测量是较准确的,或测量准确度较高。
术语“测量准确度”不应与“测量正确度”、“测量精密度”相混淆,尽管它与这两个概念有关。测量准确度有时被错误地理解为赋予被测量的测得值之间的一致程度,这是会与测量精密度发生混淆的。
测量正确度(measurement trueness)简称正确度,是指“无穷多次重复测量所得量值的平均值与一个参考量值间的一致程度”。
测量准确度是一个概念性术语,它不是一个定量表示的量,不能用数值表示。测量正确度与系统测量误差有关,与随机测量误差无关。当系统测量误差小时,可以说测量正确度高。术语“测量正确度”不能用“测量准确度”表示。反之亦然。
测量精密度(measurement precision)简称精密度,是指“在规定条件下,对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度”。
测量精密度通常用不精密程度以数字形式表示,如在规定测量条件下的标准偏差、方差或变差系数。规定条件可以是重复性测量条件,期间精密度测量条件或复现性测量条件。
测量精密度用于定义测量重复性,期间测量精密度或测量复现性。
术语“测量精密度”有时用于指“测量准确度”,这是错误的。
8. 什么是测量不确定度?测量不确定度与测量误差有什么不同?
测量误差(measurement error)定义为“测得的量值减去参考量值”,实际工作中测量误差又简称误差。
测量不确定度(measurement uncertainty)简称不确定度,是指“根据所用到的信息,表征赋予被测量量值分散性的非负参数”。测量不确定度与测量误差的主要区别如下表所示:
序号 |
内容 |
测量误差 |
测量不确定度 |
1 |
定义的要点 |
表明测量结果偏离真值,是一个差值 |
表明赋予被测量之值的分散性,是一 个区间 |
2 |
分量的分类 |
按出现于测量结果中的规律,分为随 机误差和系统误差,都是无限多次测量 时的理想化的概念 |
按是否用统计方法求得,分为A类不 确定度和B类不确定度,都是标准不确 定度 |
3 |
可操作性 |
由于真值未知,只能通过约定真值求 得其估计值 |
按实验、资料、经验估计,实验方差 是总体方差的无偏估计 |
4 |
表示的符号 |
非正即负,不要用正负(±)号表示 |
为正值,当由方差求得时取其正平 方根 |
5 |
合成的方法 |
为各误差分量的代数和 |
当各分量彼此独立时为方和根,必要 时加入协方差 |
6 |
结果的修正 |
已知系统误差的估计值时,可以对测 量结果进行修正,得到已修正的测量 结果 |
不能用不确定度对测量结果进行修正, 在已修正结果的不确定度中应考虑修正 不完善引入的分量 |
7 |
结果的说明 |
属于给定的测量结果,只有相同的结 果才有相同的误差 |
合理赋予被测量的任意一个值,均具 有相同的分散性 |
8 |
实验标准 (偏)差 |
来源于给定的测量结果,不表示被测 量估计值的随机误差 |
来源于合理赋予的被测量之值,表示 同一观测列中任一个估计值的标准不确 定度 |
9 |
自由度 |
不存在 |
可作为不确定度评定是否可靠的指标 |
10 |
置信概率 |
不存在 |
当了解分布时,可按置信概率给出置 信区间 |
|
9. 什么是标准不确定度、合成标准不确定度和扩展不确定度?
(1)标准不确定度
标准不确定度(standard uncertainty)是指“以标准偏差表示的测量不确定度”。它不是由测量标准引起的不确定度,而是指不确定度由标准偏差的估计值表示,表征测得值的分散性。标准不确定度用符号u表示。
标准不确定度分量:测量结果的不确定度往往由许多来源引起,对每个不确定度来源评定的标准偏差,称为标准不确定度分量,用ui表示。
(2)合成标准不确定度
合成标准不确定度(combined standard uncertainty)是指“由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度”。通俗地说,合成标准不确定度是由各标准不确定度分量合成得到的标准不确定度。合成的方法称为测量不确定度传播律。合成标准不确定度用符号“uc表示。
合成标准不确定度仍然是标准偏差,它是测量结果标准偏差的估计值,它表征了测量结果的分散性。合成标准不确定度的自由度称为有效自由度,用veff表示,它表明所评定的uc的可靠程度。合成标准不确定度也可用uc(y)/y相对形式表示,必要时可以用符号ur或ure表示。
(3)扩展不确定度
扩展不确定度(expanded uncertainty)是指“合成标准不确定度与一个大于1的数字因子的乘积”。
扩展不确定度是由合成标准不确定度的倍数得到,即将合成标准不确定度uc扩展了k倍得到,用符号U表示,U=kuc。扩展不确定度确定了测量结果可能值所在的区间。测量结果可以表示为:Y=y±U。式中,y是被测量的最佳估计值。被测量的值Y以一定的概率落在(y-U,y+U)区间内,该区间称为包含区间。所以扩展不确定度是测量结果的包含区间的半宽度。
测量结果的取值区间在被测量值概率分布总面积中所包含的百分数称为该区间的包含概率(coverage probability),用p表示。
扩展不确定度也可以用相对形式表示,例如:用U(y)/y表示相对扩展不确定度,也可用符号U,(y)、U,或Urel表示。
说明具有规定的包含概率为p的扩展不确定度时,可以用Up表示。例如:U95表明由扩展不确定度决定的测量结果取值区间具有包含概率为0.95,或U95是包含概率为95%的统计包含区间的半宽度。
由于U是表示包含区间的半宽度,而uc是用标准偏差表示的,所以它们均是非负参数,即U和uc单独定量表示时,数值前都不必加正负号,如U=0.05V,不应写成U=±0.05V。
“为获得扩展不确定度,对合成标准不确定度所乘的大于1的数”称包含因子(coveragefactor)。包含因子用符号k表示时,U=kuc,一般是取2或3。当用于表示包含概率为p的包含因子时,包含因子用符号是kp表示,Up=kpuc。k的取值决定了扩展不确定度的包含概率,若uc近似正态分布,且其有效自由度较大,则:U=2uc时,测量结果Y在(y-2uc,y+2uc)区间内包含概率p约为95%;U=3uc时,测量结果Y在(y-3uc,y+3uc)区间内包含概率p约为99%。
包含概率是与包含区间有关的概率值。包含概率表明测量结果的取值区间包含了概率分布下总面积的百分数,表明了测量结果的可信程度。包含概率可以用0~1之间的数表示,也可以用百分数表示。例如包含概率为0.99或99%。
[案例] 某计量技术人员在校准100Ω标准电阻后,在出具的校准证书上给出“校准值为100.2Ω,测量不确定度为0.5%”。问题:测量不确定度应如何表示?
[案例分析] 依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》中关于测量不确定度表示的规定,在报告测量结果的测量不确定度时,必须说明是合成标准不确定度还是扩展不确定度,如果给出扩展不确定度,还必须同时说明包含因子k为多少。例如可以报告:“校准值为100.2Ω,测量不确定度U为0.5%(k=2)”。该案例中计量技术人员笼统地给出测量不确定度的值是不对的。
10. 什么是定义的不确定度、仪器的测量不确定度和零的测量不确定度?
(1)定义的不确定度
定义的不确定度(definitional uncertainty)是指“由于被测量定义中细节量有限所引起的测量不确定度分量”。
定义的不确定度是在任何给定被测量的测量中实际可达到的最小测量不确定度。若定义中所捕述的细节有任何改变会导致定义的不确定度变化。
(2)仪器的测量不确定度
仪器的测量不确定度(instrumental measurement uncertainty)简称仪器不确定度,是指“由所用的测量仪器或测量系统引起的测量不确定度的分量”。
除原级测量标准采用其他方法外,仪器的不确定度是通过对测量仪器或测量系统校准得到的。当进行测量不确定度评定时,仪器的测量不确定度通常通过在仪器说明书中给出的有关信息按B类测量不确定度评定得到。
(3)零的测量不确定度
零的测量不确定度(null measurement uncertainty)是指“规定的测得值为零时的测量不确定度”。
零的测量不确定度与示值为零或近似为零相关联,并包含一个区间,在该区间内难以判断被测量是否小到无法检出还是测量仪器的示值仅由于噪声引起。当对样品与空白之间的差值测量时也要用到“零的测量不确定度”这个概念。
11. 什么是测量仪器?
测量仪器(measuring instrument)又称计量器具,是指“单独或与一个或多个辅助设备组合,用于进行测量的装置”。它是用来测量并能得到被测对象量值的一种技术工具或装置。为了达到测量的预定要求,测量仪器必须具有符合规范要求的计量学特性,特别是测量仪器的准确度必须符合规定要求。
测量仪器的特点是:
(1)用于测量,目的是获得被测对象量值的大小。
(2)具有多种形式,它可以单独地或连同辅助设备一起使用。例如体温计、电压表、直尺、度盘秤等可以单独地用来完成某项测量;另一类测量仪器,如砝码、热电偶、标准电阻等,则需与其他测量仪器和(或)辅助设备一起使用才能完成测量。测量仪器可以是实物量具,也可以是测量仪器仪表或一种测量系统。
(3)测量仪器本身是一种器具或一种技术装置,是一种实物。
在我国有关计量法律、法规中,测量仪器称为计量器具,即计量器具是测量仪器的同义词。从上述测量仪器的定义可以看出,测量仪器是用于测量目的的所有器具或装置的统称,我国习惯统称为计量器具。
12. 测量仪器按结构和功能是如何分类的?
按结构和功能特点测量仪器可以分为以下几类:
(1)指不式测量仪器;
(2)显示式测量仪器;
(3)记录式测量仪器;
(4)累计式测量仪器;
(5)积分式测量仪器;
(6)模拟式测量仪器或模拟式指示仪器;
(7)数字式测量仪器或数字式指示仪器。
13. 实物量具有何特点?
实物量具的定义是“具有所赋量值,使用时以固定形态复现或提供一个或多个量值的测量仪器”。它的主要特性是能复现或提供某个量、某些量的已知量值。这里所说的固定形态应理解为量具是一种实物,它应具有恒定的物理化学状态,以保证在使用时量具能确定地复现并保持已知量值。获得已知量值的方式可以是复现的,也可以是提供的。如砝码是量具,它本身的已知值就是复现了一个质量单位量值的实物。如标准信号发生器也是一种实物量具,它提供多个已知量值作为供给量输出。定义中的已知值应理解为其测量单位、数值及其不确定度均为已知。
实物量具的特点是:
(1)本身直接复现或提供了单位量值,即实物量具的示值(标称值)复现了单位量值,如量块、线纹尺本身就复现了长度单位量值;
(2)在结构上一般没有测量机构,如砝码、标准电阻,它只是复现单位量值的一个实物;
(3)由于没有测量机构,在一般情况下,如果不依赖其他配套的测量仪器,就不能直接测量出被测量值,如砝码要用天平、量块要配用于涉仪、光学计。因此,实物量具往往是一种被动式测量仪器。
14. 测量系统有何特点?
测量系统是指“一套组装的并适用于特定量在规定区间内给出测得值信息的一台或多台测量仪器,通常还包括其他装置,诸如试剂和电源”。其特点是:
(1)测量系统是指用于特定测量目的,由全套测量仪器和有关的其他设备组装起来所形成的一个系统。
(2)测量系统是由各种测量仪器连同辅助设备组装起来的,有时也可以随时拆卸,形成固定安装的测量系统。
(3)测量系统可以是小型的或便携式的,但也可以是中型、大型或固定式的,有时则可能是把计量器具、计算装置和辅助装置连接起来的一套自动化装置,便于转换、存储和在自动化系统中应用。
15. 测量设备有何特点?
测量设备是指“为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质、辅助设备或其组合”。它是在推行ISO 9000标准时,从ISO 10012—1标准中引用过来的,它包括检定或校准中使用的,还包括试验和检验过程中使用的测量设备。可见它并不是指某台或某类设备,而是测量过程所必须的测量仪器相关的包括硬件和软件的统称。测量设备有以下特点:
(1)概念的广泛性。测量设备不仅包括一般的测量仪器,而且包含了各等级的测量标准、各类标准物质和实物量具,还包含和测量设备相连接的各种辅助设备,以及进行测量所必需的资料和软件。测量设备还包括了检验设备和实验设备中用于测量的设备。
(2)内容的扩展性。测量设备不仅是指测量仪器本身,而且又扩大到辅助设备,因为有关的辅助设备将直接影响测量的准确性和可靠性。这里主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备,也包括作为检验手段用的工具、工装、定位器、夹具等试验硬件或软件。可见作为测量设备的辅助设备对保证测量的统一和准确十分重要。
(3)测量设备不仅是指硬件还有软件,它还包括“进行测量所必须的资料”。这是指设备使用说明书、作业指导书及有关测量程序文件等资料,当然也包括一些测量仪器本身所属的测量软盘,没有这些资料就不能给出准确可靠的数据。因此软件也应该视为是测量设备的组成部分。
测量设备是一个总称,它比测量仪器或测量系统的含意更为广泛。提出此术语有利于对测量过程进行控制。
16. 敏感器、检测器和测量传感器的区别是什么?
三者的概念不同。
敏感器又称敏感元件,是指“测量系统中直接受带有被测量的现象、物体或物质作用的测量系统的元件”。敏感器是直接受被测量作用,能接受被测量信息的一个元件。
检测器是指“当超过关联量的阈值时,指示存在某现象、物体或物质的装置或物质”。检测器的用途是为了指示某个现象物体或物质是否存在,即反映该现象物体或物质的某种特定量是否存在,或者是为了确定该特定量是否达到一定的阈值的器件或物质。检测器并不是与被测量值无关,其测量的信息结果是由被测量值决定的,并且具有一定的准确度,其特点是不必提供具体量值的大小。
测量传感器是指“用于测量的,提供与输入量有确定关系的输出量的器件或器具”。它的作用就是将输入量按照确定的对应关系变换成易测量或处理的另一种量,或大小适当的同一种量再输出。通常测量传感器的输入量就是被测量。
敏感器相对于传感器是不同的概念。如热电偶是测量传感器,但它不是敏感器,因为只有热电偶的测量结(热端)直接处于被测量温度中,因此测量结才是敏感器。所以敏感器只能说是传感器直接受被测量作用的那一部分。
敏感器相对于检测器也是不同的概念。有的检测器本身就是直接作用于被测量从而确定其阈值,如化学试纸,这种检测器当然就属于一种敏感器。敏感器在某些领域中,也用术语“检测器”来表示,即有的敏感器能够直接确定被测量阈值,则也可以称为检测器。
17. 测量链的特点是什么?
测量链是指“从敏感器到输出单元构成的单一信号通道测量系统中的单元系列”。其特点是测量仪器或测量系统从测量信号输入到输出所形成的一个通道,这一通道由一系列单元组成。如由传声器、衰减器、滤波器、放大器和电压表组成的电声测量链;又如一个压力表的机械测量链,由波登管、机械传动系统和刻度盘构成。
18. 示值、示值区间、标称量值、标称示值区间、标称示值区间的量程和测量区间的区别是什么?
示值(indication)是指“由测量仪器或测量系统给出的量值”。示值可用可视形式或声响形式表示,也可传输到其他装置。示值通常由模拟输出显示器上指示的位置、数字输出所显示或打印的数字、编码输出的码形图、实物量具的赋值给出。示值与相应的被测量值不必是同类量的值。
假定所关注的量不存在或对示值没有贡献,而从类似于被研究的量的现象、物体或物质中所获得的示值,称为空白示值(blank inclication)又称本底示值(background inc[ication)。
(2)示值区间(in(tication interval)是指“极限示值界限内的一组量值”。示值区间可以用标在显示装置上的单位表示,例如:99V~201V。在某些领域中,本术语也称示值范围(range of indication)。
(3)标称量值(nominal quantity value)简称标称值,是指“测量仪器或测量系统特征量的经化整的值或近似值,以便为适当使用提供指导”。例如:标在标准电阻器上的标称量值:100Ω;标在单刻度量杯上的量值:1000mL;盐酸溶液HCl的物质的量浓度:0.1mol/L;恒温箱的温度:-20℃。
(4)标称示值区间(nomninal indication interval)简称标称区间,是指“当测量仪器或测量系统调节到特定位置时获得并用于指明该位置的、化整或近似的极限示值所界定的一组量值”。标称范围通常以最小和最大示值表示,例如100V~200V。在某些领域,此术语也称标称范围(nominal range)。
(5)标称示值区间的量程(range of a nominal indication interval, span of a nominal indication interval)是指“标称示值区间的两极限量值之差的绝对值”。
例如:对从-10V~+10V的标称示值区间,其标称示值区间的量程为20V。
(6)测量区间(measuring interval)又称工作区间,是指“在规定条件下,由具有一定的仪器不确定度的测量仪器或测量系统能够测量出的一组同类量的量值”。在计量标准中,此术语称“测量范围(measuring range),某些领域中有时也称工作范围。注意:测量区间的下限不应与检测限相混淆。
19. 测量仪器仪器常数的作用是什么?
测量仪器常数是指“为给出被测量的指示值或用于计算被测量的指示值,必须与测量仪器直接示值相乘的系数”。
仪器常数是为确定被测量指示值与仪器示值相乘的一个系数,其目的是确定被测量值的大小。
20. 什么是测量系统的灵敏度?
测量系统的灵敏度简称灵敏度,是指“测量系统的示值变化除以相应的被测量值变化所得的商”。
灵敏度是反映测量仪器被测量(输入)变化引起仪器示值(输出)变化的程度,它用被观察变量的增量即响应(输出量)与相应被测量的增量即激励(输入量)之商来表示。如被测量变化很小,而引起的示值(输出量)改变很大,则该测量仪器的灵敏度就高。
灵敏度可能与被测量的增量即激励值有关,被测量值的变化必须大于分辨力。灵敏度是测量仪器的一个很重要的计量特性,但有时灵敏度并不是越高越好,为了方便计数,使示值处于稳定状态,还需要特意地降低灵敏度。
21. 什么是鉴别阈?
鉴别阈是指“引起相应示值不可检测到变化的被测量值的最大变化”。它是指当测量仪器在某一示值给予一定的输入,这种激励变化缓慢从单方向逐步增加,当测量仪器的输出产生有可觉察的响应变化时,此输入的激励变化称为鉴别阈,同样可在反行程进行。
有时人们也习惯地称鉴别阈为灵敏阈或灵敏限。产生鉴别阈的原因可能与噪声(内部或外部的)、摩擦、阻尼、惯性等有关。
22. 什么是显示装置的分辨力?
显示装置的分辨力是指“能有效辨别的显示示值间的最小差值”。也就是说分辨力是指指示或显示装置对其最小示值差的辨别能力。
23. 测量系统的灵敏度与鉴别阈、显示装置的分辨力和鉴别阈有何区别?
测量系统的灵敏度(sensitivity of a neasuring system)简称灵敏度,是指“测量系统的示值变化除以相应的被测量值变化所得的商”。
鉴别阈(discrimination threshold)是指“引起相应示值不可检测到变化的被测量值的最大变化”。
显示装置的分辨力(resolution of a displaying device)是指“能有效辨别的显示示值间的最小差值”。
要注意灵敏度和鉴别阈的区别和关系,这是两个概念。灵敏度是被测量(输入量)变化引起了测量仪器示值(输出量)变化的程度;鉴别阈是引起测量仪器示值(输出量)可觉察变化时被测量(输入量)的最小变化值,是指使测量仪器指针移动所要输入的最小量值。但二者是相关的,灵敏度越高,其鉴别阈越小;灵敏度越低,其鉴别阈越大。
要区别分辨力和鉴别阈的概念,不要把二者相混淆。因为鉴别阈是在测量仪器处于工作状态时通过实验才能评估或确定的量值,它说明响应的觉察变化所需要的最小激励值。而分辨力是只须观察指示或显示装置,即使测量仪器不工作也可确定,是说明最小示值差的辨别能力。
24. 什么是测量仪器死区?
死区是指“当被测量值双向变化时,相应示值不产生可检测到的变化的最大区间”。即当被测量值双向变化时,相应示值不产生可检测到的变化的最大区间。所谓的“最大区间”是指在测量仪器整个测量范围内,其死区的最大变化值。
通常测量仪器的死区可用滞后误差或回程误差来进行定量确定。
25. 什么是测量仪器漂移?
仪器漂移是指“由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一般时间内的连续或增量变化”。
在飘移过程中,示值的连续变化既与被测量的变化无关也与影响量的变化无关。产生漂移的原因,往往是由于温度、压力、湿度等变化所引起,或由于仪器本身性能的不稳定。
26. 什么是测量仪器响应特性?
响应特性是指“在确定条件下,激励与对应响应之间的关系”。响应特性是测量仪器最基本的特性。
27. 什么是测量仪器响应时间?
响应时间是指“测量仪器或测量系统的输入量值在两个规定常量值之间发生突然变化的瞬间,到与相应示值达到其最终稳定值的规定极限内时的瞬间,这两者间的持续时间”。
这是指对输入输出关系的响应特性中,考核随着激励的变化其响应时间反映的能力,当然越短越好。
28. 什么是测量仪器的测量不确定度?
仪器的测量不确定度(instrumental measturement uncertainty)简称仪器不确定度,是指“由所用的测量仪器或测量系统引起的测量不确定度的分量”。
仪器的测量不确定度的大小是测量仪器或测量系统自身计量特性所决定的,对于原级计量标准通常是通过不确定度分析和评定得到其测量不确定度,而对于一般使用的测量仪器或测量系统,其不确定度是通过对测量仪器或测量系统校准得到,由校准证书给出仪器校准值的测量不确定度。
用某台测量仪器或测量系统对被测量进行测量可以得到被测量估计值,所用测量仪器或测量系统的不确定度在被测量估计值的不确定度中是一个重要的分量。关于仪器的测量不确定度的有关信息可在仪器说明书中获得,许多情况下,仪器说明书中实际上给出的是最大允许误差或准确度等级,仪器的不确定度通常要按B类测量不确定度评定得到。仪器的最大允许误差不是仪器的测量不确定度。
29. 什么是测量仪器准确度等级?
准确度等级(accuracy class)是指“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”。也就是说,准确度等级是在规定的参考条件下,按照测量仪器的计量性能所能达到的允许误差所划分的仪器的等别或级别,它反映了测量仪器的准确程度,所以准确度等级是对测量仪器特性的具有概括性的描述,也是测量仪器分类的主要特征之一。测量仪器为什么要划分准确度等级?测量仪器按允许误差大小进行分类,有利于量值传递或溯源,有利于制造和销售,有利于用户合理地选用测量仪器。
30. 什么是测量仪器示值误差?
示值误差是指“测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差”,也可简称为测量仪器的误差。
示值误差是对真值而言的,由于真值是不能确定的,实际上使用的是约定真值或标准值。为确定测量仪器的示值误差,当其接受高等级的测量标准器检定或校准时,则标准器复现的量值即为约定真值,通常称为标准值或实际值,即满足规定准确度的用来代替真值使用的量值。