解读仪器准确度等级.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,实验室认可基础知识讲座,-,解读计量器具准确度的“等和级”,（,2,）,2013-11,1,学习目的,正确认识计量器具（仪器、仪表、实物量具的技术指标，指导正确填写实验室认可申请书中的仪器设备配置表；,为日后学习测量不确定度，分析和计算计量器具的不确定度分量学习预备知识；,熟练阅读检定或校准证书，学会分析和鉴别校准结果的可靠性，学会正确使用修正值，有针对性地开展期间核查；,指导正确购买仪器设备、仪表和实物量具。,2,名词术语及定义,-,关于（测量）仪器的特性,3,测量仪器,measuring instrument,又称,计量器具,单独或与一个或多个辅助设备组合，用于进行测量的装置。,注：,1.,一台可单独使用的测量仪器是一个测量系统。,2.,测量仪器可以是指示式测量仪器，也可以是实物量具。,测量系统,measuring system,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，通常还包括其它装置，诸如试剂和电源。,注：一个测量系统可以仅包括一台测量仪器。,4,指示式测量仪器,indicating measuring instrument,提供带有被测量量值信息的输出信号的测量仪器。,例：电压表，测微仪，温度计，电子天平。,注：,1.,指示式测量仪器可以提供其示值的记录。,2.,输出信号能以可视形式或声响形式表示,也可传输到一个或多个其它装置。,显示式测量仪器,displaying measuring instrument,输出信号以可视形式表示的指示式测量仪器。,5,实物量具,material measure,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。,例：标准砝码；,容积量器（提供单个或多个量值，带或不带量的标尺）；,标准电阻器；,线纹尺；,量块；,标准信号发生器；,有证标准物质。,注：,1.,实物量具的示值是其所赋的量值。,2.,实物量具可以是测量标准。,6,示值,indication,由测量仪器或测量系统给出的量值。,注：,1.,示值可用可视形式或声响形式表示，也可传输到其它装置。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。,2.,示值与相应的被测量值不必是同类量的值。,7,标称量值,nominal quantity value,简称,标称值（,nominal value,）,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：,1.,标在标准电阻器上的标称量值：,100,；,2.,标在单刻度量杯上的量值：,1000ml,；,3.,盐酸溶液,HCl,的物质的量浓度：,0.1mol/l,。,4.,恒温箱的温度为,-20,C,注：“标称量值”和“标称值”不要与“标称特性值”相混淆。,8,测量仪器的稳定性,stability of a measurement instrument,简称,稳定性（,stability,）,测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。,注：稳定性可用几种方式量化。,例：,1.,用计量特性变化到某个规定的量所经过的时间间隔,表示；,2.,用特性,在规定时间间隔内发生的变化表示。,9,仪器的测量不确定度,instrumental measurement uncertainty,简称仪器不确定度,instrumental uncertainty,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。,注：,1.,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。,2.,仪器的不确定度通常按,B,类测量不确定度评定。,3.,对仪器的测量不确定度的有关信息可在仪器说明书中给出。,10,准确度等级,accuracy class,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,:,1.,准确度等级通常用约定采用的数字或符号表示。,2.,准确度等级也适用于实物量具。,11,最大允许测量误差,maximum permissible measurement errors,简称 最大允许误差,maximum permissible errors,（,MPE,）,又称 误差限,limit of error,对给定的测量、测量仪器或测量系统，由规范或规程所允许的，相对于已知参考量值的测量误差的极限值。,注：,1.,通常，术语“最大允许误差”或“误差限”是用在有两个极端值的场合。,2.,不应该用术语“容差”表示“最大允许误差”。,12,固有误差,intrinsic error,又称,基本误差,在参考条件下确定的测量仪器或测量系统的误差。,引用误差,fiducially error,测量仪器或测量系统的误差除以仪器的特定值。,注,:,该特定值一般称为引用值，例如，可以是测量仪器的量程或标称范围的上限。,示值误差,error of indication,测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差。,13,校准,calibration,在规定条件下的一组操作，其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二步则是用此信息确定由示值获得测量结果的关系，这里测量标准提供的量值与相应示值都具有测量不确定度。,注：,1.,校准可以用文字说明、校准函数、校准图、校准曲线或校准表格的形式表示。某些情况下，可以包含示值的具有测量不确定度的修正值或修正因子。,2.,校准不应与测量系统的调整及常被错误称作的,“,自校准,”,相混淆，也不应与校准的验证相混淆,3.,通常，只把上述定义中的第一步认为是校准。,14,仪器示值的相对误差,=,修正值,=,与示值误差大小相等，方向相反,其他指标如：线性、频率响应、灵敏度、稳定性、分辨力、失真度等等，均反映的是测量仪器的性能。,15,“级”,是最大允许（示值）误差（,MPE,）的概念,Maximum Permissible Error(of a Measuring Instrument),对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。,-JJF1094-2002,注：有时也称测量仪器的允许误差限。,左图显示,:,在,300V,时的,MPE:10V,；,（该表每个分度值为,10V,）。,16,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,1.,绝对误差,示值误差可用绝对误差表示为：,式中,:,用绝对误差表示的测量仪器示值误差,;,x,被评定测量仪器的示值,;,x,s,测量标准复现的量值，即约定真值。,例,:,某被评定电阻的标称值为,1.0000,，用标准电阻电桥来校准该被评定电阻，所得的测量结果为,1.001 9,，则该被评定电阻的,(,绝对,),误差为,:,1.0000,1.0019,=,-,0.0019,作为评定结果，可以给出该被评定电阻的实际值为,1.0019,，也可以给出该被评定电阻的修正值为,+0.0019,17,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,2.,相对误差,示值误差可用相对误差表示为,:,式中,:,用相对误差表示的测量仪器示值误差。,在误差的绝对值比较小的情况下，示值相对误差也可用下式计算：,例,:,用标准测力仪检定材料试验机，若材料试验机的示值为,5.000M N,，标准测力仪输出力值为,4.980 MN,，则材料试验机在,5.000 MN,检定点的示值误差为：,5.000MN-,4.980MN=+0.020MN,，示值的相对误差为：,18,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,3.,引用误差,示值误差可用引用误差表示为：,式中,:,用引用误差表示的测量仪器示值误差,;,引用值，一般为被评定测量仪器标称范围的上限或量程。,例,:,将标准电压源输出的,2.0000 V,标准电压，加到标称范围上限为,3.0000 V,的被校电压表上，被校电压表的示值为,2.000 9 V,，则该电压表在,2.0000V,校准点上的引用误差为：,19,什么是“级”,“级”是在,MPE,基础上使用引用误差的表述，即：,各测量点的引用误差均不得超过,1%,。如左图：按照,1.0,级各点的引用误差不得超过,1%,的规定，在,60MPa,满量程点的引用误差应为,0.6MPa,20,什么是最大允许示值误差（,MPE,）,电压表的准确度级别有,:0.1,，,0.2,，,0.5,1,，,1.5,，,2.5,，,5,，共,7,个级别。,0.1,级最高，,5,级最低。,左图显示,:,按照,2.5,级表的要求，在满量程,300V,这一点的,MPE,应当是,7.5V,。,例如：,5,级的表，就是在满量程时具有,5%,相对误差的表。,21,什么是“等”,准确度等级中的“等”指的是赋值的结果，即校准结果实际值的测量不确定度。,如：标称,100mm,的量块，校准结果为：,99.98mm,U,U,:,（,0.02+0.1,L,）,m(,一等,),U,:,（,0.05+0.5,L,）,m(,二等,),U,:,（,0.10+1,L,）,m(,三等,),U,:,（,0.20+2,L,）,m(,四等,),U,:,（,0.5+5,L,）,m(,五等,),U,:,（,2+12,L,）,m(,六等,),L,:,量块的长度单位,m,。,22,23,有证标准物质（,CRM,）的作用,经计量定值提供的甲醛、铅、砷、汞、鉻、铬、镉标准溶液是保证食品中有害物质检测真实性、准确性和一致性必用的标准（参考）物质。,配置标准溶液,24,有证标准物质（,CRM,）的作用,经计量定值提供的三聚氰胺标准物质是定量检测不可缺少的标准（参考）物质。,用试剂盒快速定性检测,结果阳性为有 阴性为无,样品制备,仪器分析,检测结果：牛奶中的三聚氰胺含量为,19.2mg/kg,提供,测量参考,25,仪器设备的技术指标,准确度“等”和“级”的概念：,1,、准确度中的“级”是制造商根据技术规范规定而设定的生产控制指标，多用于测量量具或仪器。使用相对误差的概念，用“,MPE”,表征（过去的技术规范中用,表示,）。在书写时用,MPE:,如,0.5mm,，,0.5%,，,A,级，,B,级或,1,级，,2,级表示。“级”不能传递测量不确定度。,2,、准确度中的“等”指的是测量赋值结果，“等”多用于计量标准。如：规定的,1,等，,2,等或用,U,:0.5%,（,k,=2,）表示。“等”可以传递测量不确定度。,3,、标准物质（,CRM,）中纯度,99.99%,的不确定度,U,:0.1%,（,k,=2,）。,26,测量仪器的检定,verification of a measuring instrument,又称计量器具的检定，简称计量检定（,metrological verification,）或检定（,verification,）,。,查明和确认测量仪器符合法定要求的活动，它包括检查、加标记和,/,或出具检定证书。,注：,在,VIM,中，将“提供客观证据证明测量仪器满足规定的要求”定义为验证（,verification,）。,27,校准,calibration,在规定条件下的一组操作，其第一步是确定由测量标准提供的量值与相应示值之间的关系，第二步则是用此信息确定由示值获得测量结果的关系，这里测量标准提供的量值与相应示值都具有测量不确定度。,注：,1.,校准可以用文字说明、校准函数、校准图、校准曲线或校准表格的形式表示。某些情况下，可以包含示值的具有测量不确定度的修正值或修正因子。,2.,校准不应与测量系统的调整及常被错误称作的,“,自校准,”,相混淆，也不应与校准的验证相混淆,3.,通常，只把上述定义中的第一步认为是校准。,28,检定与校准的区别,检定,-,追求计量器具的合法性和有效性；,校准,-,追求计量器具和测量仪器的有效性；,验证,-,追求满足预期要求。,29,测量仪器示值误差的符合性评定,仪器示值误差,=X-X,s,当,U,95,1/3,（,MPEV,）时，,|,MPEV,判为合格,30,仪器示值误差,=(DUT-REF),校准结果实例,量程,标称值,DUT,REF,示值误差,修正值,+MPE,-MPE,U(k=2),1,1.00,1.00,0.00,0.00,0.60,0.60,0.20,2,2.00,2.00,0.00,0.00,0.60,0.60,0.40,5,5.00,5.00,0.00,0.00,0.60,0.60,0.60,10,10.00,10.00,0.00,0.00,0.60,0.60,0.63,20,20.00,20.30,-0.30,0.30,0.60,0.60,0.30,30,30.00,29.37,0.63,-0.63,0.60,0.60,0.20,40,40.00,40.60,-0.60,0.60,0.60,0.60,0.20,50,50.00,50.40,-0.40,0.40,0.60,0.60,0.20,60,60.00,59.44,0.56,-0.56,0.60,0.60,0.10,100,100.00,100.00,0.00,0.00,0.60,0.60,0.10,31,测量仪器示值误差的符合性评定,满足以下条件时可以忽略测量标准的不 确定度影响：,U,95,1/3MPEV,U,95,-,由测量标准给出的约定真值的测量 不确定度（即校准时测量结果的不确定度，包括各种影响因素引入分量的综合）。,MPEV-,被评定测量仪器的最大允许误差的 绝对值。,32,考虑测量不确定度时的合格判据,|,MPEV-,U,95,为合格,|,MPEV+U,95,为不合格,MPEV-U,95,|,MPEV+U,95,为待定,合格区,待定区,待定区,不合格区,不合格区,33,测量仪器示值误差的符合性评定,为什么当,U,95,1/3 MPEV,时，可忽略待定区？,仪器示值误差,=X-X,s,，则示值误差的不确定度为：,U,=,（,MPEV,2,+,U,2,）,1/2,当,U,95,=0.3MPEV,，又设,MPEV=1,，则，,U,95,=0.3,U,=,（,1,2,+0.3,2,）,1/2,=,1.04,若取两位有效数字,U,=,1.0,即实际上,U,95,可忽略。,当,MPEV=6,，,U,95,=,2,；,则,U,=,6.3,，,取两位有效数字仍有一定影响，但影响仅,5%,左右，一般认为可忽略。,34,测量仪器示值误差的符合性评定,1,、如果检定结果表明处于待定区，无法判定合格还是不合格，则应采取使用更高一级的测量标准及减小测量不确定度的措施后，再进行评定。,2,、对有些具有不对称限或单侧允许误差限的仪器也可以采用上述方法。,35,测量仪器示值误差的符合性评定,例,1,：,用高频电压标准装置检定一台高频电压表。,1V,时的示值误差为,-0.008V,已知标准装置,U,95,=1%,即,0.01V,，被检电压表,MPEV=2%,，即,0.02V,。,解：由于不满足,U,95,1/3 MPEV,的要求；符 合性评定时需考 虑测量不确定度。,|,=0.008V,MPEV,-,U,95,=,0.01V,|,MPEV-,U,95,所以该高频电压表合格。,36,测量仪器示值误差的符合性评定,例,2:,用一台多功能校准源检定数字电压表，被检数字电压表的量程为,20V,，在,10V,点上检定，多功能源输出直流,10V,电压，数字电压表指示为,10.00007V,。已知多功能源在,10V,值的扩展不确定度（,k=2,）为,0.025mV,数字电压表的 最大允许误差,:(3.510,-6,读数,+510,-6,测量范围）。,解：,|,|=0.00007V=0.07mV,MPEV=3.510,-6,10V+510,-6,20V,=0.1mV,U,95,=0.025mV,U,95,：,MPEV=1,：,4,，所以不确定度可以忽略不计。,注意,|,|=0.07mV,而,MPEV=0.1V,该数字电压表合格。,37,测量仪器示值误差的符合性评定,校准结果的可靠性评价：,U,95,=,1/4,MPEV,（误判率,5%,）,U,95,=,1/3,MPEV,（误判率,6.7%,）,38,倡导系统校准 实现有效测量,物理量：,温度,长度,力值,电压,声压,振动,工程量,化学量,生物量,图形图像,等等,又 称：,换能器,探 头,传感器,敏感器,感知器,其作用是拾取信号,放大器也称：,测量仪器,作用是放大信号，有的还有滤波和选择的作用。,作用：记录所需要的信号：,曲 线,数 组,图 表,等等,记录仪、绘图仪、打印机、计算机、显示仪表,环境影响量：温度、湿度、振动、电磁、气流、粉尘、杂散光等。,39,测量链,measuring chain,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。,例：,1,、由传声器、衰减器、滤波器、放大器和电压表构成的电声测量链。,2,、由波登管、杠杆系统、两个齿轮和机械刻度盘构成的机械测量链。,显示器,displayer,测量仪器显示示值的部件。,40,记录器,recorder,提供示值记录的测量仪器部件。,指示器,index,根据相对于标尺标记的位置即可确定示值的，显示单元中固定的或可动的部件。,例：,a,）指针；,b,）光点；,c,）液面；,d,）记录笔。,41,正确认识测量量和条件量,（工程量 举例说明）,纵坐标为输出量，即要测量得到的量。,横坐标为条件量，即测量输出量时的条件量。,输出量,风速,C,条件量,:,温度,T,大气压力,P,1,P,2,P,3,P,n,42,德国,R&S,公司,CMU200,手机综合测试仪,校准实例,校准实例,将综合复杂仪器的测量参数和测量功能、性能指标加以区分，使其简单化。,43,小 结,1,、将复杂的仪器分解成“参数”和“功能”，使其简单化；,2,、参数通过计量标准实施校准、赋值，实现测量的溯源；,3,、倡导系统校准和有效测量。,44,谢谢！,45,