第7章 測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)

第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)一、概述

測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定的型式包括型式評(píng)價(jià)和檢定。我國(guó)對(duì)測(cè)量?jī)x器特性的評(píng)定一般包括型式評(píng)價(jià)、檢定、校準(zhǔn)。有時(shí)也采用比對(duì)和期間檢查的型式對(duì)測(cè)量?jī)x儀器特性進(jìn)行評(píng)定。1、型式評(píng)價(jià)和型式批準(zhǔn)

型式評(píng)價(jià)：又稱(chēng)定型鑒定，是由國(guó)務(wù)院計(jì)量行政部門(mén)授權(quán)的法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)，按照“計(jì)量器具型式評(píng)價(jià)和型式批準(zhǔn)規(guī)范”和“計(jì)量器具型式評(píng)價(jià)大綱編寫(xiě)原則”的要求，對(duì)測(cè)量?jī)x器新產(chǎn)品、進(jìn)口測(cè)量?jī)x器樣機(jī)進(jìn)行全面性能試驗(yàn)，對(duì)其技術(shù)資料進(jìn)行全面審查，并出具型式評(píng)價(jià)報(bào)告，以確定測(cè)量?jī)x器的是否符合型式批準(zhǔn)的計(jì)量法制管理及技術(shù)要求。1第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)型式批準(zhǔn)：承認(rèn)測(cè)量?jī)x器的型式符合法定要求的決定。測(cè)量?jī)x器的型式：指某一測(cè)量?jī)x器的樣機(jī)及其技術(shù)文件。型式批準(zhǔn)程序：申請(qǐng)、資料審查、型式評(píng)價(jià)、型式批準(zhǔn)。2、型式評(píng)價(jià)的依據(jù)評(píng)價(jià)依據(jù)：檢定規(guī)程、校準(zhǔn)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及其它相關(guān)技術(shù)文件。

如果測(cè)量?jī)x器沒(méi)有給出具體評(píng)定依據(jù)，可依照J(rèn)JF1094-2002規(guī)范制定的方法。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)二、測(cè)量?jī)x器的靜態(tài)特性定義：在規(guī)定條件下，當(dāng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)不隨時(shí)間變化時(shí)，輸出與輸入關(guān)系的描述。靜態(tài)特性：準(zhǔn)確度、重復(fù)性、靈敏度、分辨力、穩(wěn)定性、漂移等。1、準(zhǔn)確度與準(zhǔn)確度等級(jí)1）準(zhǔn)確度準(zhǔn)確度：指測(cè)量?jī)x器給出接近于真值的能力。準(zhǔn)確度等級(jí)：測(cè)量?jī)x器符合一定的計(jì)量要求，使其誤差保持在規(guī)定極限以?xún)?nèi)的級(jí)別。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)依測(cè)量?jī)x器的使用形式，其準(zhǔn)確度的評(píng)定分兩種情況：①根據(jù)測(cè)量?jī)x器最大允許誤差進(jìn)行評(píng)定(電流表引用誤差定等級(jí))②以實(shí)際值的測(cè)量不確定度來(lái)評(píng)定。2）準(zhǔn)確度等級(jí)測(cè)量?jī)x器的等別：指測(cè)量?jī)x器，特別是標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的實(shí)際值的擴(kuò)展不確定度檔次，使用這些儀器要按實(shí)際值或示值誤差評(píng)定結(jié)果對(duì)示值進(jìn)行修正。測(cè)量?jī)x器的級(jí)別：依據(jù)計(jì)量器具的最大示值允許誤差大小的檔次劃分，使用時(shí)不需要直接以示值表示結(jié)果。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)2、重復(fù)性測(cè)量?jī)x器的重復(fù)性：指其測(cè)量結(jié)果在相同測(cè)量條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得結(jié)果之間的一致性。測(cè)量?jī)x器的重復(fù)性是測(cè)量?jī)x器誤差分量的表現(xiàn)，用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差定量表示。1）實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差一般用貝塞爾公式計(jì)算，即2）重復(fù)性測(cè)量的條件幾次測(cè)量的測(cè)量程序、人員、儀器、環(huán)境等不變。測(cè)量?jī)x器的重復(fù)性的評(píng)定方法還有最大殘差法和極差法，適用于正態(tài)分布的觀測(cè)數(shù)據(jù)或測(cè)量次數(shù)受到限制時(shí)。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)3、靜態(tài)響應(yīng)特性測(cè)試系統(tǒng)的靜態(tài)特性就是在靜態(tài)測(cè)量情況下描述實(shí)際測(cè)量系統(tǒng)與理想線性時(shí)不變系統(tǒng)的接近程度。此時(shí)，測(cè)試系統(tǒng)的輸入x(t)和輸出y(t)都是不隨時(shí)間變化的常量(或變化極慢，在所觀察的時(shí)間間隔內(nèi)可忽略其變化而視作常量)，因此通過(guò)表格、曲線或運(yùn)算獲得輸出與輸入的函數(shù)表達(dá)式的過(guò)程就是靜態(tài)特性評(píng)定過(guò)程。

第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)4、靈敏度定義：靈敏度表征的是測(cè)試系統(tǒng)對(duì)輸入信號(hào)變化的一種反應(yīng)能力。一般情況下，當(dāng)系統(tǒng)的輸入x有一個(gè)微小增量時(shí)，將引起系統(tǒng)的輸出ｙ也發(fā)生相應(yīng)的微量變化，則定義該系統(tǒng)的靈敏度為S，對(duì)于靜態(tài)測(cè)量，若系統(tǒng)的輸入/輸出特性為線性關(guān)系，則有。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)

在選擇測(cè)試系統(tǒng)的靈敏度時(shí)，要充分考慮其合理性。因?yàn)橄到y(tǒng)的靈敏度和系統(tǒng)的量程及固有頻率等是相互制約的，一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的靈敏度越高，則其測(cè)量范圍往往越窄，穩(wěn)定性也往往越差5、分辨力和鑒別力1）分辨力分辨力是指測(cè)量?jī)x器顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。測(cè)量?jī)x器的分辨力的高低必須用高分辨力的儀器來(lái)評(píng)定。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)2）鑒別力又稱(chēng)靈敏度閾，它表征測(cè)量系統(tǒng)有效辨別輸入量最小變化量的能力。它不僅與指示裝置有關(guān)，還決定于測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。6、漂移和穩(wěn)定性1）時(shí)漂當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的輸入和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出量隨時(shí)間變化的現(xiàn)象就是漂移，又稱(chēng)時(shí)漂。它是測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)環(huán)節(jié)性能不穩(wěn)定或由于內(nèi)部溫度變化引起的，反映了測(cè)試系統(tǒng)的穩(wěn)定性指標(biāo)。通?？疾鞙y(cè)試系統(tǒng)時(shí)漂的時(shí)間范圍可以是一個(gè)小時(shí)、一天、一個(gè)月、半年或一年。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)2）溫漂由外界環(huán)境溫度變化引起的輸出量變化的現(xiàn)象稱(chēng)為溫漂。溫漂可以從兩個(gè)方面來(lái)考察。一方面是零點(diǎn)漂移，即測(cè)試系統(tǒng)零點(diǎn)處的溫漂，反映了溫度變化引起的測(cè)試系統(tǒng)特性平移而斜率不變的漂移；另一方面是靈敏度溫漂，即引起測(cè)試系統(tǒng)特性斜率變化的漂移。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)3）穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指在規(guī)定工作條件范圍之內(nèi)，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)或儀器性能保持不變的能力。評(píng)定方法：①當(dāng)測(cè)量?jī)x器特性變化到某一規(guī)定值時(shí)，變化量與所經(jīng)歷的時(shí)間間隔的比值即為測(cè)量?jī)x器的穩(wěn)定性。②通過(guò)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)定期觀測(cè)儀器特性隨時(shí)間變化，以觀測(cè)期間儀器特性的變化量除以變化所經(jīng)歷的時(shí)間間隔。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)三、測(cè)量?jī)x器的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間作快速變化時(shí)，系統(tǒng)的輸出隨輸入而變化的關(guān)系。在輸入變化時(shí)，人們所觀察到的輸出量不僅受到研究對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的影響，也受到測(cè)試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響。例如，人們都知道在測(cè)量人的體溫時(shí)，必須將體溫計(jì)放在口腔(或腋下)保持足夠的時(shí)間，才能把體溫計(jì)的讀數(shù)當(dāng)作人體的溫度，否則，若將體溫計(jì)一接觸口腔(或腋下)就拿出來(lái)讀數(shù)，其結(jié)果必然與人體實(shí)際溫度有很大差異，其原因是溫度計(jì)這種測(cè)試系統(tǒng)本身的特性造成了輸出滯后于輸入，這說(shuō)明測(cè)量結(jié)果的正確與否與人們是否了解測(cè)量裝置(這里指體溫計(jì))的動(dòng)態(tài)特性有很大的關(guān)系。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)1、頻率響應(yīng)

頻率響應(yīng)函數(shù)是描述系統(tǒng)的簡(jiǎn)諧輸入和其穩(wěn)態(tài)輸出的關(guān)系，在測(cè)量系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)時(shí)，必須在系統(tǒng)響應(yīng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)階段時(shí)才測(cè)量。頻率響應(yīng)函數(shù)是復(fù)數(shù)，因此可以改寫(xiě)為H(ω)=A(ω)·ejφ(ω)

式中：A(ω)－系統(tǒng)的幅頻特性；φ(ω)－系統(tǒng)的相頻特性系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)H(ω)或其幅頻特性A(ω)、相頻特性φ(ω)，都是簡(jiǎn)諧輸入頻率ω的函數(shù)。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)2、響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間是反映測(cè)量?jī)x器對(duì)階躍輸入響應(yīng)特性的參數(shù)之一，它是指儀器受到節(jié)躍激勵(lì)，輸出達(dá)到并保持在其規(guī)定最終穩(wěn)態(tài)值的瞬間的時(shí)間間隔。時(shí)間響應(yīng)分析的目的在時(shí)間域，研究在一定的輸入信號(hào)作用下，系統(tǒng)輸出隨時(shí)間變化的情況，以分析和研究系統(tǒng)的控制性能。穩(wěn)定性（穩(wěn)定性）系統(tǒng)的分析包括三個(gè)方面：誤差（準(zhǔn)確性）動(dòng)態(tài)特性（快速性）響應(yīng)時(shí)間就反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，即快速性。第7章測(cè)量?jī)x器特性評(píng)價(jià)控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)是評(píng)價(jià)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)的定量指標(biāo)，是