計量培訓（xùn）：通用計量術語知（zhī）識講座

　　確保測量儀器（qì）測量結果的準確可靠，測量儀器必須（xū）具備必要的基本性能，如準確度、靈敏度、重複性、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（yì）》第7章專門對測量（liàng）儀器的特性有（yǒu）關術語做了規定，這些特性（xìng）反映了對測量儀器的要求，也是評定測量儀器性（xìng）能的主要依據。現介紹如（rú）下:    

　　一、測量儀器的準（zhǔn）確度

　　是指“測量儀器給（gěi）出接近（jìn）於真值的響應的能力”(見（jiàn）JJF1001-1998《通用計（jì）量術語及定義》7.18條，以下簡稱（chēng）條款)。也就是指測（cè）量儀器給出的示值接（jiē）近（jìn）於真值的能力，即測量儀器由於儀器本身所造成（chéng）的（de）其輸出（chū）的被測量值接近被測量真值的能力。由於各種測量誤差的存在，通常任何測量是（shì）不可能完善的，所以實際上真值是（shì）不可知的（de），當然（rán）接近於真值的能力也是不（bú）確（què）定的，因此測量儀器準確度是反映（yìng）了測（cè）量儀器示值接近真值的一種程度（dù），所（suǒ）以在該定義的注中說明（míng）準確度是一個定性的概念。
    測（cè）量儀器準（zhǔn）確度是表征測量儀器品質和特性（xìng）的最主要的性能，因為任何測（cè）量儀器的目的就是為了得（dé）到準確可靠的（de）測量結果，實質就是要（yào）求（qiú）示值（zhí）更接近於（yú）真值。為此雖然測量儀（yí）器準（zhǔn）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（de）概念來進行表述，以確定其測量儀（yí）器的示值接近於其真值能力的（de）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（suǒ）使用的方（fāng）括號，按《通用計量術語及定義》，使用時可以（yǐ）省略，下（xià）同（tóng）)。準確度等級是指“符合一定的計量要（yào）求，使誤差（chà）保（bǎo）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（zhǔn）確度高低而劃分（fèn）的（de）等別（bié）或（huò）級別，如電工測量指示（shì）儀表按儀表準確度等級分類可分為（wéi）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（mǎn）量程（chéng）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（shì）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（chù）於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（yòu）如一等、二等標準水銀溫（wēn）度計，就是以其示值的（de）最大允許誤差來劃分的。所以準確（què）度等級（jí）實質上是以測量儀器的（de）誤差來定量表述（shù）測量（liàng）儀器準確度的大小。有的測量儀（yí）器沒有準確度（dù）等級指標，則測量（liàng）儀（yí）器示值接近於真值的響應能力就是（shì）用測量儀器（qì）允許的示值誤差來表述，因（yīn）為測量（liàng）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（dìng）義概念是完全相（xiàng）對應的，如長（zhǎng）度（dù）用半徑（jìng）樣板（bǎn），它就是以名義半徑尺寸來規定其允許的工作尺寸（cùn）偏差值來確定其準（zhǔn）確度。因為真值是不可知的，實際上（shàng）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（shì）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（shí）際上準（zhǔn）確度（dù）等（děng）級也隻是一種表述形式，這些等級的劃分仍是以最大允許誤差、引用誤差等一係列的特性來定（dìng）量表達的。這裏要注意，從名（míng）詞術語的名稱和定義來看，測量儀器準（zhǔn）確度和準確度等級、測量儀器的示值（zhí）誤差、最（zuì）大允許誤差、引用誤（wù）差等其概念是不同的，測量儀器準確度術語是定（dìng）性的概念，嚴（yán）格講要（yào）定量地（dì）給出測量儀器接近於（yú）真值的響應能力，則應該指明給出量值是什麽量，是示值誤差、最大允許誤（wù）差、引用誤差或準確度等級，不能籠統（tǒng）地稱（chēng）為（wéi）準確度。我們可以認為測量儀器準（zhǔn）確度是它（tā）們這些特性（xìng）概念的總稱，測量儀器準確度可以用其它相（xiàng）應的術語來定量表述，這二者是有區（qū）別的。準確度1級應稱為（wéi）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。但有時為了製定表格或方便表述，表（biǎo）頭則也可寫“準確度”，表內填寫準確（què）度等級或規定的允（yǔn）許誤差（chà）。要說明一點，測量儀器準確度（dù）是測量儀器最最主要的計量性能，人們關（guān）心的就是是否準確可靠，如何來確（què）定這一計量性能（néng）大（dà）小？通常它是用其它的術語來定量表（biǎo）述而已。
    要正確區（qū）分測量儀（yí）器的準（zhǔn）確度和準確度等級（jí）及測量儀（yí）器的（de）準確度和測（cè）量準（zhǔn）確度的概念。測量儀器的準確（què）度是指（zhǐ）測量儀器給出的示值接近於真值的能力，準確度等級是指測量儀器的示值接（jiē）近真值的具（jù）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（děng）級來具體表述，測（cè）量（liàng）儀（yí）器按準確度來劃分等級進行分類有利於量值傳遞或溯源（yuán），有（yǒu）利於製造和合理選用測量儀（yí）器，準確度等級是（shì）測量儀器最具概括性的特（tè）性。測量儀器的準確度是對測量儀器本身而言的，它隻是確定了測量儀器本身示值（zhí）的誤差範圍，它並不等於（yú）用（yòng）該測量儀器進行（háng）測量其測量結果（guǒ）的準確可靠性，測（cè）量準確度是表示測量結果與（yǔ）被測量真值之間的一致程度，是對測量結果（guǒ）而言，它（tā）既包含了測量儀（yí）器的（de）誤差，也包含了測量環境條件外界因素所帶來的誤差（chà），一是對測量器具（jù）而言，一是對測量結果而言，這二者（zhě）是有根本區（qū）別的（de），當然也存在著內在的聯係，但是是兩個概念。    

　　二、測量儀器的〔示值〕誤差

　　1.測（cè）量儀器的示值誤（wù）差
　　是指“測量儀（yí）器（qì）示值與對應輸入量的真值之差”(7.20條)。這是測量儀器的（de）最主要的計量特性之一，其（qí）實質就（jiù）是反映了（le）測量儀器準確度的（de）大小。示值誤差（chà）大則其準確（què）度低，示值誤差小，則其準確度高。
　　示值誤差是對真值而言的。由於（yú）真值是不能確定的，實際上（shàng）使用的是約定真值或（huò）實際值。為確定測量儀器的示值誤（wù）差，當其接受（shòu）高等級的（de）測量標準器檢定或校準時，則標準器複現的量值即為約定（dìng）真值，通常稱為實際值，即滿足規定準確度的用來代替（tì）真值使用的（de）量（liàng）值。所（suǒ）以指示式測量儀器的示值誤差=示值-實（shí）際值；實物量具的示值誤差（chà）=標稱值-實際值（zhí）。例如:被檢電流表的示（shì）值I為40A，用標準電（diàn）流（liú）表（biǎo）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（xiǎo）1A。如一工（gōng）作玻璃量器的容量其標（biāo）稱值V為1000ml，經標準玻璃量器檢定，其容量實（shí）際值Vo為1005ml，則（zé）量器（qì）的示值誤差（chà）Δ為:
　　Δ=V-Vo=1000-1005=-5ml
　　即（jí）該工作（zuò）量器的標稱值比其真值小5ml。
　　要正確區別誤差（chà）、偏差和修正值的概念。偏差是指“一個（gè）值減去其參考值（zhí）”(5.17條)，對於實物量具而言，偏差就是實物（wù）量具的實（shí）際值對於標稱（chēng）值偏離的程度，即偏差=實（shí）際值-標（biāo）稱值。例如（rú）有（yǒu）一塊量塊，其標稱（chēng）值（zhí）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（biāo）準尺寸大了0.1mm；則此量塊的誤差為示值(標（biāo）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（cǐ）在使用時應加上0.1mm修正值。修正（zhèng）值是指為清除或減少係統（tǒng）誤差（chà），用代數法加到（dào）未修正測（cè）量結果（guǒ）上的值。從上可見這三個（gè）概念其量（liàng）值的關係: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（bié），不要相（xiàng）混淆。
　　測量儀器的示值誤差可簡稱為（wéi）測量儀器的誤差，按照不同的示值（zhí）、性質或條件，測量儀器的誤差又具有專門的術（shù）語。如基值誤差、零值誤差、固（gù）有誤差、偏移等。

　　2.〔測量儀器的〕基（jī）值誤差
　　它是指“為（wéi）核查儀器而（ér）選用在規定（dìng）的示值或規定的被測量（liàng）值處的測量（liàng）儀器誤差”(7.22條)。為了檢（jiǎn）定或校準測量儀器，人（rén）們通常選取某些規定的示值或（huò）規定的被測量值，則在該值上測量儀器（qì）的誤差稱為基值誤差。
　　例（lì）如:選用（yòng）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（jiǎn）的(e是衡器的檢（jiǎn）定分度（dù）值)，它們在首次檢定時基值誤差分別不得超過±0.5e和±1.0e。如對於中準確度等級的（de）衡器，載荷點500e和2000e是必須檢的，它們在首次時的基（jī）值誤差分別不（bú）得超過±0.5e和±1.0e。規定被測量（liàng）值，如對於標準熱電偶的檢定或分度，通常（cháng）選用鋅、銻及銅三（sān）個溫度固定點進（jìn）行（háng）示值檢定或分度，則在此三個值上標準熱電偶（ǒu）的誤（wù）差，即為基值誤差。測量儀器的基值（zhí）誤差可簡稱為基值誤差。

　　3.〔測量儀器的〕零值（zhí）誤差
　　它是指“被測量為零值的基（jī）值誤差”(7.23條)。是指被測量為零值（zhí）時，測量儀器示值相對於標尺（chǐ）零刻線之差值（zhí）。也可說是測量儀器（qì）零位，即當被測量（liàng）值為（wéi）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（qì）通電情況下，稱為（wéi）電氣零位（wèi），在不通電（diàn）的情況下稱為機械零位。零位在測量儀器（qì）檢定（dìng）或校（xiào）準或使用時十分重要（yào），因為它無需用（yòng）標準器就能準確（què）地確（què）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（zhǔn）或用作使用者調整（zhěng），以便確保測（cè）量儀器的準確度。
　　通常測量儀器零值誤差均作為基（jī）值誤（wù）差（chà）對待，因為零值對（duì）考核測量儀器的穩（wěn）定性、準確度作用十分（fèn）重要。測量儀器的零值誤差（chà）可簡稱為零值誤差。

　　4.〔測（cè）量（liàng）儀器的（de）〕固（gù）有誤差（chà）
　　它（tā）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（kě）稱為（wéi）基本誤差，它是指測量儀器在參考（kǎo）條件下所確定的測量儀器本身所具有的誤差。主要來源於測量儀器自身的缺（quē）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（zhǔn）確度（dù）。一般固有（yǒu）誤差都是對示值誤差而（ér）言（yán），因此固有誤差是測量儀器劃分準確度的重（chóng）要依據。測量儀器的最大（dà）允許誤差就是測量儀器在參考條件下，反映（yìng）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於附加誤差而言的（de）。附加誤差就是測量儀器在非標準（zhǔn）條（tiáo）件（jiàn）下所增加的（de）誤差。額（é）定操作條件、極（jí）限條件等都屬於（yú）非標準條件。非標準(即參（cān）考)條件下工作的測量儀器的誤差，必然會比（bǐ）參考條（tiáo）件下的固有誤差要大一些，這（zhè）個增加的部分就是（shì）附加誤差。它主要是由於影（yǐng）響量超（chāo）出（chū）參考條件規定的範圍，對測量儀器帶來影響的所增加的誤差（chà），即屬（shǔ）於外界因素所造成（chéng）的誤差。因此測量儀器使（shǐ）用時與（yǔ）檢定、校準時因環境條件不同而引（yǐn）起的誤差，就是（shì）附加誤差；測（cè）量儀器在靜態條件下檢定、校準，而在實（shí）際動態條件下使用（yòng），則也（yě）會帶來附加誤差。測量儀器的（de）固有誤差（chà）又可簡稱為固（gù）有誤差。

　　5.〔測量儀器的〕偏移、抗（kàng）偏移性（xìng）
　　測（cè）量儀器的偏移是指“測量（liàng）儀器示值（zhí）的係統誤差”(7.25條)。人（rén）們在用測量儀器測（cè）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（shí），得到的是不同（tóng）的示值。由於（yú）測量儀器存在著誤差，而（ér）形（xíng）成測量儀器示值（zhí）的係統誤（wù）差分量，我們稱之為測量儀器的偏（piān）移，又簡稱偏移。造成測量儀器的（de）偏移（yí）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（cè）量（liàng）環境變化的影響，測量或安（ān）裝方法（fǎ）的不完善，測量人員（yuán）的因素以及測量標準器的傳遞誤差等（děng）。測量儀器示值（zhí）的係統誤差，按（àn）其誤差出現的規（guī）律，可分（fèn）為定值係統誤（wù）差和變值係統誤差。有的係統誤差分量是按線（xiàn）性變（biàn）化、周期性變化（huà）或複雜規律變化的，為了確定測量儀器的偏移，通常用適當次數重複測量的示值（zhí）誤差的平均值來估計，這樣可以（yǐ）排除測量儀器示值其隨機誤（wù）差（chà）的分量。由於（yú）存在著示值變值係統誤差，因此，在確定測量儀器偏移時，應（yīng）考慮不同的測量點即示值的不同範圍。
　　測量儀器的偏移，直接影響（xiǎng）著（zhe）測量儀器的準確度，因為在大多數情況下，測量儀器（qì）的示值誤差主要決定於係統誤差，有時係統誤差比隨（suí）機誤差往往會大一（yī）個數量級，為（wéi）什麽測量儀器要定期進行檢定、校準，主（zhǔ）要就是為了確定測量儀器示值誤差的大（dà）小，並給以修正值進行修正，這就控製了測量儀器的偏移，確保了測量儀器的準（zhǔn）確度。
　　測（cè）量（liàng）儀器的抗偏移（yí）性是指“測量儀器給出不含係統誤差的示值的能力”(7.26條（tiáo）)。測量儀器示值的係統誤（wù）差是客觀存在的，由（yóu）於（yú）它直接影響著測量儀器的準確度，因此我們應盡力設法減（jiǎn）小它，則（zé）測量儀器給出的示值不含係統誤差的能力我們稱之為測量儀器的（de）抗偏移性，可簡稱抗偏移性。
　　不含（hán）係統誤差是做不到的，但可以去減（jiǎn）小它。實（shí）際上在測量儀器設計時必須（xū）考慮這一點，同時在測（cè）量儀器使用時也應考慮如何提高（gāo）其抗偏移性。如從結構（gòu）上保證指示器活動部分的平（píng）衡（héng），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（jiǎn）少元器（qì）件隨外界溫度的影響等。有的（de）儀器從測量方法上提高其抗偏移性，如千分尺、指示儀器（qì）的零位調整，要求儀器水平位置（zhì）安放，甚至有的儀器帶有（yǒu）水準泡，要求正確地（dì）安放被測件，有的選擇適當的（de）測量方法（fǎ），使係統（tǒng）誤差相互抵消，如采用交換（huàn）法、替代法、補償法、對稱（chēng）法等。當然還有一項十分重要的方法，就是（shì）讓測量儀（yí）器定期開展檢定、校準，確定測量儀器示值係統誤差的大小，用修正（zhèng）值加以修正，這（zhè）是提高抗（kàng）偏移性的重要措施。
　　為了在測量前（qián）就（jiù）將示值的係統誤差產生的根源予以消除或（huò）減小，使用測量儀器的人員（yuán）應對測量儀器中可能產生係統誤差的環節進行仔細分析，並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（liàng）儀器的最大允許誤差
　　是指“對給定的測量儀器，規範、規程（chéng）等所允許的誤差極限值”(7.21條)。這是指在規定（dìng）的（de）參考條件下，測量儀器在技術標準、計量檢定規程等技術規範上所規定的允許誤差的極限值。這裏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（yǔn）許誤差，也可稱為測（cè）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（huò）引用誤差等來表述。
　　例如:測量範圍為0～25mm，分度（dù）值為0.01mm的千分尺其示值的最大允許誤差0級不（bú）得超過±2mm；1級不得超過±4mm。又如測量範圍為25℃～50℃的分度值為0.05℃的一等標準水銀溫度計，其（qí）示值的（de）最大允許誤差為±0.10℃。如準確度等級（jí）為1.0級（jí）的配熱電阻（zǔ）測溫用（yòng）動（dòng）圈式測量（liàng）儀表，其測量範圍為0～500℃，則（zé）其示值（zhí）的最大允許誤差為500×1%=±5℃，則（zé）用引（yǐn）用誤差表述。如（rú）非連續累計自動（dòng）衡器(料鬥（dòu）秤)在物料試驗中，對自動稱量誤差的評定則以累計載荷（hé）質量的百分比相對誤差（chà）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（zǎi）荷質量的±0.10%和±0.25%。最大（dà）允許（xǔ）誤差是評（píng）定測量儀器是否合格的最（zuì）主要指標之一，當然它也直（zhí）接反映了測量儀器的準確度。
　　要區（qū）別和（hé）理解測量儀器的示值誤差、測（cè）量儀器的最大允許誤差和測量不確定（dìng）度之間的關係（xì）。示值誤差和（hé）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範(如標準、檢定規程)所規定的（de）允許的誤差極（jí）限值，是判定是否合格的一個規（guī）定要求，而（ér）示值誤差是（shì）測量（liàng）儀器某一示（shì）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（píng）價是否滿足（zú）最大允許（xǔ）誤差的要求，從而判斷該（gāi）測量儀器（qì）是否合格，或根（gēn）據實際需要提供修（xiū）正值，以提高測量（liàng）儀器的準確度。測量不確定度（dù）是表（biǎo）征測（cè）量結果分散性的一個參數，它隻能表述一個區間或一個範圍，說明被測量真值以（yǐ）一定概率落於其中，它對測量結果而言，以判定測量結果的可靠性（xìng）。可見最大允（yǔn）許誤差、示值誤差和測量不確定（dìng）度它們具有不（bú）同的概念，前者相（xiàng）對（duì）測量儀（yí）器而言，後者相對測（cè）量結果而言（yán），前者相對與真值（zhí）(約定真值)之差，後者隻是一個（gè）區（qū）間範圍，前者可以對測量儀器的示值進行修正，後者無法對測量儀器進行修正。個人認為，可見測量不確（què）定度概念不能完全代替測量儀器的誤差，因（yīn）為它無法得到修（xiū）正值，作為（wéi）測（cè）量儀器的特性，規定（dìng）最大允許誤差和通過（guò）檢定、校準去確定示值誤差，在實（shí）用上具（jù）有十分現實的意義。
　　2.〔測量儀器的〕引（yǐn）用誤差
　　測量儀（yí）器的引用誤差可簡稱為引（yǐn）用誤差，它是（shì）指“測（cè）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（liàng）儀器的允許誤差限。特定值一般稱為應用值，它可以是測量（liàng）儀器（qì）的量程也可（kě）以（yǐ）是標稱範圍的上限或測量範圍等。測量儀器的引用誤差就（jiù）是測量儀器的相對誤差與其應（yīng）用值之比。
　　例如:一台標（biāo）稱範圍為（wéi）0～150V的電壓表，當在示值為100.00V處，用標準（zhǔn）電壓（yā）表檢定所得到的實（shí）際值為99.4V，則該（gāi）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（gāi）測量儀器的標（biāo）稱範圍的上限，所以引用誤差都是對滿量（liàng）程而言。
　　上述例子所說的（de）引（yǐn）用誤（wù）差必須（xū）與相對誤差的概念相區別，100.0V處的相對誤差為:
　　×100%=0.60%
　　相對誤差是相對於被檢定點的示值（zhí）而言（yán），相對誤差是隨示值而變（biàn）化的。
　　當用測量範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（chà）數字（zì）後附以Full scale的縮寫FS。例如某測力傳感器（qì）的滿量程誤差為0.05%FS。
　　采（cǎi）用引（yǐn）用誤差可以十分方便地表述測量（liàng）儀器的準確度等級，例如指示式電工儀表（biǎo）分為0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0等7個準確度等級（jí），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（dà）允許示（shì）值誤差以量程的百分數(%)來（lái）表示的，即1級（jí）壓力表其（qí）滿量程最大允許的示值誤差為±1.0%FS。