計量培訓：通用計量術語知識講座

　　確保測量儀器測量結果的準確可靠，測量儀器必須具備必要的基本性能，如準確度、靈敏度、重復性、穩定性、超然性、示值誤差、最大允許誤差等特性，JJF1001-1998《通用計量術語及定義》第7章專門對測量儀器的特性有關術語做了規定，這些特性反映了對測量儀器的要求，也是評定測量儀器性能的主要依據。現介紹如下:    

　　一、測量儀器的準確度

　　是指“測量儀器給出接近于真值的響應的能力”(見JJF1001-1998《通用計量術語及定義》7.18條，以下簡稱條款)。也就是指測量儀器給出的示值接近于真值的能力，即測量儀器由于儀器本身所造成的其輸出的被測量值接近被測量真值的能力。由于各種測量誤差的存在，通常任何測量是不可能完善的，所以實際上真值是不可知的，當然接近于真值的能力也是不確定的，因此測量儀器準確度是反映了測量儀器示值接近真值的一種程度，所以在該定義的注中說明準確度是一個定性的概念。
    測量儀器準確度是表征測量儀器品質和特性的最主要的性能，因為任何測量儀器的目的就是為了得到準確可靠的測量結果，實質就是要求示值更接近于真值。為此雖然測量儀器準確度是一種定性的概念，但從實際應用上人們需要以定量的概念來進行表述，以確定其測量儀器的示值接近于其真值能力的大小。在實際應用中這一表述是用其他的術語來定義的，如準確度等級、測量儀器的[示值]誤差、〔測量儀器的〕最大允許誤差或〔測量儀器的〕引用誤差等(此處所使用的方括號，按《通用計量術語及定義》，使用時可以省略，下同)。準確度等級是指“符合一定的計量要求，使誤差保持在規定極限以內的測量儀器的等別、級別”(7.19條)。即就是按測量儀器準確度高低而劃分的等別或級別，如電工測量指示儀表按儀表準確度等級分類可分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等七級，具體說就是該測量儀器滿量程的引用誤差，如1.0級指示儀表，則其滿量程誤差為±1.0%FS。如百分表準確度等級分為0、1、2級，則主要是以示值最大允許誤差來確定。如準確度代號為B級的稱重傳感器，當載荷m處于0≤m≤5000v時(v為傳感器的檢定分度值)，則其最大允許誤差為0.35v。又如一等、二等標準水銀溫度計，就是以其示值的最大允許誤差來劃分的。所以準確度等級實質上是以測量儀器的誤差來定量表述測量儀器準確度的大小。有的測量儀器沒有準確度等級指標，則測量儀器示值接近于真值的響應能力就是用測量儀器允許的示值誤差來表述，因為測量儀器的示值誤差就是指在規定條件下測量儀器示值與對應輸入量的真值之差，這和測量儀器準確度定義概念是完全相對應的，如長度用半徑樣板，它就是以名義半徑尺寸來規定其允許的工作尺寸偏差值來確定其準確度。因為真值是不可知的，實際上測量儀器可以用約定真值或實際值來計算其誤差的大小，通過示值誤差、最大允許誤差、引用誤差或準確度等級來定量進行表述。實際上準確度等級也只是一種表述形式，這些等級的劃分仍是以最大允許誤差、引用誤差等一系列的特性來定量表達的。這里要注意，從名詞術語的名稱和定義來看，測量儀器準確度和準確度等級、測量儀器的示值誤差、最大允許誤差、引用誤差等其概念是不同的，測量儀器準確度術語是定性的概念，嚴格講要定量地給出測量儀器接近于真值的響應能力，則應該指明給出量值是什么量，是示值誤差、最大允許誤差、引用誤差或準確度等級，不能籠統地稱為準確度。我們可以認為測量儀器準確度是它們這些特性概念的總稱，測量儀器準確度可以用其它相應的術語來定量表述，這二者是有區別的。準確度1級應稱為準確度等級為1級，準確度為0.1%稱為其引用誤差為0.1%FS。但有時為了制定表格或方便表述，表頭則也可寫“準確度”，表內填寫準確度等級或規定的允許誤差。要說明一點，測量儀器準確度是測量儀器最最主要的計量性能，人們關心的就是是否準確可靠，如何來確定這一計量性能大小？通常它是用其它的術語來定量表述而已。
    要正確區分測量儀器的準確度和準確度等級及測量儀器的準確度和測量準確度的概念。測量儀器的準確度是指測量儀器給出的示值接近于真值的能力，準確度等級是指測量儀器的示值接近真值的具體程度所劃分的等別或級別，測量儀器的準確度通常可用準確度等級來具體表述，測量儀器按準確度來劃分等級進行分類有利于量值傳遞或溯源，有利于制造和合理選用測量儀器，準確度等級是測量儀器最具概括性的特性。測量儀器的準確度是對測量儀器本身而言的，它只是確定了測量儀器本身示值的誤差范圍，它并不等于用該測量儀器進行測量其測量結果的準確可靠性，測量準確度是表示測量結果與被測量真值之間的一致程度，是對測量結果而言，它既包含了測量儀器的誤差，也包含了測量環境條件外界因素所帶來的誤差，一是對測量器具而言，一是對測量結果而言，這二者是有根本區別的，當然也存在著內在的聯系，但是是兩個概念。    

　　二、測量儀器的〔示值〕誤差

　　1.測量儀器的示值誤差
　　是指“測量儀器示值與對應輸入量的真值之差”(7.20條)。這是測量儀器的最主要的計量特性之一，其實質就是反映了測量儀器準確度的大小。示值誤差大則其準確度低，示值誤差小，則其準確度高。
　　示值誤差是對真值而言的。由于真值是不能確定的，實際上使用的是約定真值或實際值。為確定測量儀器的示值誤差，當其接受高等級的測量標準器檢定或校準時，則標準器復現的量值即為約定真值，通常稱為實際值，即滿足規定準確度的用來代替真值使用的量值。所以指示式測量儀器的示值誤差=示值-實際值；實物量具的示值誤差=標稱值-實際值。例如:被檢電流表的示值I為40A，用標準電流表檢定，其電流實際值為Io=41A，則示值40A的誤差Δ為
　　Δ=I-Io=40-41=-1A
　　則該電流表的示值比其真值小1A。如一工作玻璃量器的容量其標稱值V為1000ml，經標準玻璃量器檢定，其容量實際值Vo為1005ml，則量器的示值誤差Δ為:
　　Δ=V-Vo=1000-1005=-5ml
　　即該工作量器的標稱值比其真值小5ml。
　　要正確區別誤差、偏差和修正值的概念。偏差是指“一個值減去其參考值”(5.17條)，對于實物量具而言，偏差就是實物量具的實際值對于標稱值偏離的程度，即偏差=實際值-標稱值。例如有一塊量塊，其標稱值為10mm，經檢定其實際值為10.1mm，則該量塊的偏差為10.1-10=+0.1mm，說明此量塊相對10mm標準尺寸大了0.1mm；則此量塊的誤差為示值(標稱值)-實際值，即誤差=10-10.1=-0.1mm，說明此量塊比真值小了0.1mm，故此在使用時應加上0.1mm修正值。修正值是指為清除或減少系統誤差，用代數法加到未修正測量結果上的值。從上可見這三個概念其量值的關系:誤差=-偏差；誤差=-修正值；修正值=偏差。在日常計算和使用時要注意誤差和偏差的區別，不要相混淆。
　　測量儀器的示值誤差可簡稱為測量儀器的誤差，按照不同的示值、性質或條件，測量儀器的誤差又具有專門的術語。如基值誤差、零值誤差、固有誤差、偏移等。

　　2.〔測量儀器的〕基值誤差
　　它是指“為核查儀器而選用在規定的示值或規定的被測量值處的測量儀器誤差”(7.22條)。為了檢定或校準測量儀器，人們通常選取某些規定的示值或規定的被測量值，則在該值上測量儀器的誤差稱為基值誤差。
　　例如:選用規定的示值，如對普通準確度等級的衡器，載荷點50e和200e是必檢的(e是衡器的檢定分度值)，它們在首次檢定時基值誤差分別不得超過±0.5e和±1.0e。如對于中準確度等級的衡器，載荷點500e和2000e是必須檢的，它們在首次時的基值誤差分別不得超過±0.5e和±1.0e。規定被測量值，如對于標準熱電偶的檢定或分度，通常選用鋅、銻及銅三個溫度固定點進行示值檢定或分度，則在此三個值上標準熱電偶的誤差，即為基值誤差。測量儀器的基值誤差可簡稱為基值誤差。

　　3.〔測量儀器的〕零值誤差
　　它是指“被測量為零值的基值誤差”(7.23條)。是指被測量為零值時，測量儀器示值相對于標尺零刻線之差值。也可說是測量儀器零位，即當被測量值為零時，測量儀器的直接示值與標尺零刻線之差。通常在測量儀器通電情況下，稱為電氣零位，在不通電的情況下稱為機械零位。零位在測量儀器檢定或校準或使用時十分重要，因為它無需用標準器就能準確地確定其零位值，如各種指示儀表和千分尺、度盤秤等都具有零位調節器，可以作為檢定或校準或用作使用者調整，以便確保測量儀器的準確度。
　　通常測量儀器零值誤差均作為基值誤差對待，因為零值對考核測量儀器的穩定性、準確度作用十分重要。測量儀器的零值誤差可簡稱為零值誤差。

　　4.〔測量儀器的〕固有誤差
　　它是指“在參考條件下確定的測量儀器的誤差”(7.24條)。固有誤差通常也可稱為基本誤差，它是指測量儀器在參考條件下所確定的測量儀器本身所具有的誤差。主要來源于測量儀器自身的缺陷，如儀器的結構、原理、使用、安裝、測量方法及其測量標準傳遞等造成的誤差。固有誤差的大小直接反映了該測量儀器的準確度。一般固有誤差都是對示值誤差而言，因此固有誤差是測量儀器劃分準確度的重要依據。測量儀器的最大允許誤差就是測量儀器在參考條件下，反映測量儀器自身存在的所允許的固有誤差極限值。
　　提出固有誤差這一術語是相對于附加誤差而言的。附加誤差就是測量儀器在非標準條件下所增加的誤差。額定操作條件、極限條件等都屬于非標準條件。非標準(即參考)條件下工作的測量儀器的誤差，必然會比參考條件下的固有誤差要大一些，這個增加的部分就是附加誤差。它主要是由于影響量超出參考條件規定的范圍，對測量儀器帶來影響的所增加的誤差，即屬于外界因素所造成的誤差。因此測量儀器使用時與檢定、校準時因環境條件不同而引起的誤差，就是附加誤差；測量儀器在靜態條件下檢定、校準，而在實際動態條件下使用，則也會帶來附加誤差。測量儀器的固有誤差又可簡稱為固有誤差。

　　5.〔測量儀器的〕偏移、抗偏移性
　　測量儀器的偏移是指“測量儀器示值的系統誤差”(7.25條)。人們在用測量儀器測量時，總希望得到真實的被測量值，但實際上多次測量同一個被測量時，得到的是不同的示值。由于測量儀器存在著誤差，而形成測量儀器示值的系統誤差分量，我們稱之為測量儀器的偏移，又簡稱偏移。造成測量儀器的偏移原因是很多的，如儀器設計原理上的缺點，標尺、度盤安裝不正確，使用時受到測量環境變化的影響，測量或安裝方法的不完善，測量人員的因素以及測量標準器的傳遞誤差等。測量儀器示值的系統誤差，按其誤差出現的規律，可分為定值系統誤差和變值系統誤差。有的系統誤差分量是按線性變化、周期性變化或復雜規律變化的，為了確定測量儀器的偏移，通常用適當次數重復測量的示值誤差的平均值來估計，這樣可以排除測量儀器示值其隨機誤差的分量。由于存在著示值變值系統誤差，因此，在確定測量儀器偏移時，應考慮不同的測量點即示值的不同范圍。
　　測量儀器的偏移，直接影響著測量儀器的準確度，因為在大多數情況下，測量儀器的示值誤差主要決定于系統誤差，有時系統誤差比隨機誤差往往會大一個數量級，為什么測量儀器要定期進行檢定、校準，主要就是為了確定測量儀器示值誤差的大小，并給以修正值進行修正，這就控制了測量儀器的偏移，確保了測量儀器的準確度。
　　測量儀器的抗偏移性是指“測量儀器給出不含系統誤差的示值的能力”(7.26條)。測量儀器示值的系統誤差是客觀存在的，由于它直接影響著測量儀器的準確度，因此我們應盡力設法減小它，則測量儀器給出的示值不含系統誤差的能力我們稱之為測量儀器的抗偏移性，可簡稱抗偏移性。
　　不含系統誤差是做不到的，但可以去減小它。實際上在測量儀器設計時必須考慮這一點，同時在測量儀器使用時也應考慮如何提高其抗偏移性。如從結構上保證指示器活動部分的平衡，可任意位置安裝使用的儀器保證其內部零部件平衡配重，減少元器件隨外界溫度的影響等。有的儀器從測量方法上提高其抗偏移性，如千分尺、指示儀器的零位調整，要求儀器水平位置安放，甚至有的儀器帶有水準泡，要求正確地安放被測件，有的選擇適當的測量方法，使系統誤差相互抵消，如采用交換法、替代法、補償法、對稱法等。當然還有一項十分重要的方法，就是讓測量儀器定期開展檢定、校準，確定測量儀器示值系統誤差的大小，用修正值加以修正，這是提高抗偏移性的重要措施。
　　為了在測量前就將示值的系統誤差產生的根源予以消除或減小，使用測量儀器的人員應對測量儀器中可能產生系統誤差的環節進行仔細分析，并采取相應措施是十分重要的。    

　　三、〔測量儀器的〕最大允許誤差、引用誤差

　　1.測量儀器的最大允許誤差
　　是指“對給定的測量儀器，規范、規程等所允許的誤差極限值”(7.21條)。這是指在規定的參考條件下，測量儀器在技術標準、計量檢定規程等技術規范上所規定的允許誤差的極限值。這里規定的是誤差極限值，所以實際上就是測量儀器各計量性能所要求的最大允許誤差值。可簡稱為最大允許誤差，也可稱為測量儀器的允許誤差限。最大允許誤差可用絕對誤差、相對誤差或引用誤差等來表述。
　　例如:測量范圍為0～25mm，分度值為0.01mm的千分尺其示值的最大允許誤差0級不得超過±2mm；1級不得超過±4mm。又如測量范圍為25℃～50℃的分度值為0.05℃的一等標準水銀溫度計，其示值的最大允許誤差為±0.10℃。如準確度等級為1.0級的配熱電阻測溫用動圈式測量儀表，其測量范圍為0～500℃，則其示值的最大允許誤差為500×1%=±5℃，則用引用誤差表述。如非連續累計自動衡器(料斗秤)在物料試驗中，對自動稱量誤差的評定則以累計載荷質量的百分比相對誤差進行計算，準確度為0.2級、0.5級的則首次檢定其自動稱量誤差不得超過累計載荷質量的±0.10%和±0.25%。最大允許誤差是評定測量儀器是否合格的最主要指標之一，當然它也直接反映了測量儀器的準確度。
　　要區別和理解測量儀器的示值誤差、測量儀器的最大允許誤差和測量不確定度之間的關系。示值誤差和最大允許誤差均是對測量儀器本身而言，最大允許誤差是指技術規范(如標準、檢定規程)所規定的允許的誤差極限值，是判定是否合格的一個規定要求，而示值誤差是測量儀器某一示值其誤差的實際大小，是通過檢定、校準所得到的一個值，可以評價是否滿足最大允許誤差的要求，從而判斷該測量儀器是否合格，或根據實際需要提供修正值，以提高測量儀器的準確度。測量不確定度是表征測量結果分散性的一個參數，它只能表述一個區間或一個范圍，說明被測量真值以一定概率落于其中，它對測量結果而言，以判定測量結果的可靠性。可見最大允許誤差、示值誤差和測量不確定度它們具有不同的概念，前者相對測量儀器而言，后者相對測量結果而言，前者相對與真值(約定真值)之差，后者只是一個區間范圍，前者可以對測量儀器的示值進行修正，后者無法對測量儀器進行修正。個人認為，可見測量不確定度概念不能完全代替測量儀器的誤差，因為它無法得到修正值，作為測量儀器的特性，規定最大允許誤差和通過檢定、校準去確定示值誤差，在實用上具有十分現實的意義。
　　2.〔測量儀器的〕引用誤差
　　測量儀器的引用誤差可簡稱為引用誤差，它是指“測量儀器的誤差除以儀器的特定值”(7.28條)。通常很多測量儀器是用引用誤差來表示該測量儀器的允許誤差限。特定值一般稱為應用值，它可以是測量儀器的量程也可以是標稱范圍的上限或測量范圍等。測量儀器的引用誤差就是測量儀器的相對誤差與其應用值之比。
　　例如:一臺標稱范圍為0～150V的電壓表，當在示值為100.00V處，用標準電壓表檢定所得到的實際值為99.4V，則該處的引用誤差為:
　　×100%=0.40%
　　上式中100.0-99.4=+0.6V為100.0V處的示值誤差，而150為該測量儀器的標稱范圍的上限，所以引用誤差都是對滿量程而言。
　　上述例子所說的引用誤差必須與相對誤差的概念相區別，100.0V處的相對誤差為:
　　×100%=0.60%
　　相對誤差是相對于被檢定點的示值而言，相對誤差是隨示值而變化的。
　　當用測量范圍的上限值作為引用誤差時也可稱之為滿量程誤差，通常可在誤差數字后附以Full scale的縮寫FS。例如某測力傳感器的滿量程誤差為0.05%FS。
　　采用引用誤差可以十分方便地表述測量儀器的準確度等級，例如指示式電工儀表分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等7個準確度等級，彈簧管式一般壓力表分為1、1.5、2.5、4等4個準確度等級，它們都是儀表最大允許示值誤差以量程的百分數(%)來表示的，即1級壓力表其滿量程最大允許的示值誤差為±1.0%FS。