关于传感器指标

关于岩土工程中使用的传感器指标及评定关于岩土工程中使用的传感器指标及评定 摘要 本文旨在讨论目前岩土工程使用的传感器技术指标及其意义 引入目前在国际上通用的测量与误 差的概念 以国家现有的关于测量术语的定义为准来描述传感器及其评定的方法 关键词 测量 误差 测量不确定度 传感器特性 传感器指标 传感器评定 0 0 前言 前言 目前 随着国内基础建设的快速发展 岩土工程的施工与监测越来越规范 因此 岩 土工程及其建筑物对测量的要求也越来越高 并且随着中国法制的完善 技术监督部门及 行业许可证部门对各种监测 检测 仪器的考核也越来越严格 笔者近年来参加了一些传感器标准的讨论及监督部门对传感器的检测 发现在岩土工 程行业使用的传感器有很多种类型 各自的测量原理不尽相同 指标也各不相同 但有些 指标已经过时 有些指标被不正确地使用 从而导致测量结果的最终评定上产生歧义 要 评价测量仪器的质量 就必须对传感器指标 误差的含义有明确地定义 因此 笔者就传 感器的指标 传感器的测量结果与其指标间的关系提出来供大家讨论 在讨论这些问题之 前 有关测量 误差及不确定度的概念及关系应得到确认 以避免产生歧义 这些概念及 关系将引用国家规范 1测量与误差的概念测量与误差的概念 1 1测量 在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中 测量被定义为 以确定量值为目的的一 组操作 从根本上说 测量是用一个预定的标准与一个未知量进行定量比较的过程 假如 要使该过程具有普遍意义 则测量必须满足两个要求 a 用来进行比较的标准必须准确并得到公认 b 进行比较所用的方法和仪器必须是经过验证的 1 1 1 测量结果 在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中 由测量所得到的赋予被测 量的值 注 1 在给出测量结果时 应说明它是示值 未修正测量结果或已修正测量结果 还应 表明它是否为几个值的平均 2 在测量结果的完整表述中应包括测量不确定度 必要时还应说明有关影响量的取 值范围 1 1 2 重复测量的重复性条件 相同的测量程序 相同的观测者 在相同的条件下使用相同的测量仪器 相同的地点 在短时间内重复测量 1 2关于误差的概念 在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中 测量 误差被定义为 测量结果减去被 测量的真值 即所谓误差就是测量值与真值之差 其逻辑表达式为 误差 测量值 真值 1 2 1 真值 在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中 量的 真值被定义为 与给定的 特定量的定义一致的值 注 1 量的真值只有通过完善的测量才有可能获得 2 真值按其本性是不确定的 3 与给定的特定量定义一致的值不一定只有一个 真值实际是指在一定的条件下 其量值的实际值 在现实世界中真值只是一个理 想的概念 在通常的测量中 将高一级的标准计量仪器所测得的量值来代替真值即所 谓的约定真值 1 2 2 约定真值 在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中 约定真值被定义为 对于 给定目的具有适当不确定度的 赋予特定量的值 有时该值是约定采用的 由此可知约定真值的误差必将传递给被标定的仪器 那么约定真值所传递的误差 有多大 并且该传递误差是否被所标定的仪器放大 这应该是我们所关心的问题 关于误差我们可以从定义中得到 它是一个确定的数值 而不是一个区间 这个 概念很重要 1 2 3关于误差的表达 a 绝对误差 误差的绝对值被称为绝对误差 其逻辑表达式为 绝对误差 测量值 真值 b 相对误差 绝对误差与被测量的约定真值之比称为相对误差 也可近似的表述为绝 对误差与测得值之比 其逻辑表达式为 绝对误差绝对误差 相对误差 约定真值测得值 c 系统误差 在重复性条件下 对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与 被测量的真值之差 注 如真值一样 系统误差及其原因不能完全获知 d 随机误差 测量结果与在重复性条件下 对同一被测量进行无限多次测量所得结果 的平均值之差 注 1 随机误差等于误差减去系统误差 2 因为测量只能进行有限次数 故可能确定的只是随机误差的估计值 f 引用误差 引用误差是一种简化的仪表示值相对误差 它以仪表的满刻度示值为分 母 某一刻度点的示值误差为分子所得的比值 其逻辑表达式为 示值误差 引用误差 最大示值 1 3 测量不确定度的概念 表征合理地赋予被测量之值的分散性 与测量结果相联系的参数 注 1 此参数可以是诸如标准偏差或其倍数 或说明了置信水准的区间的半宽度 2 测量不确定度由多个分量组成 其中一些分量可用测量列结果的统计分布估算 并 用实验标准偏差表征 另一些分量则可用基于经验或其它信息的假定概率分布估算 也可用标准偏差表征 3 测量结果应理解为被测量之值的最佳估计 而所有的不确定度分量均贡献给了分散 性 包括那些由系统效应引起的 如 与修正值和参考测量标准有关的 分量 1 3 1关于测量不确定度的表达 a 标准不确定度 以标准偏差表示的测量不确定度 b 合成标准不确定度 当测量结果是由若干个其它量的值求得时 按其它各量的方差 或 和 协方差算得的标准不确定度 c 扩展不确定度 确定测量结果区间的量 合理赋予被测量之值分布的大部分可望含 于此区间 注 扩展不确定度有时也称展伸不确定度或范围不确定度 1 3 2关于测量不确定度的评定 测量不确定度的评定一般分为两类 a 不确定度的 A 类评定 用对观测列进行统计分析的方法 来评定标准不确定度 注 不确定度的 A 类评定 有时也称 A 类不确定度评定 b 不确定度的 B 类评定 用不同于对观测列进行统计分析的方法 来评定标准不确定 度 注 不确定度的 B 类评定 有时也称 B 类不确定度评定 1 4 系统误差与随机误差的关系 从这两种误差的定义中可以看出 它们都是在重复性测量的条件下 对同一被测量 进行无限多次测量所获得的测量结果 但是结果处理的方法不一样 系统误差是测量 结果的平均值对真值之差 而随机误差则是误差减去系统误差 由此可知 系统误差 是可以进行补偿的 而随机误差则是由于我们还没有认识清楚或不可避免的一些量所 引起的 在过去的误差评定系统中 系统误差对应着测量的准确度 随机误差则对应 着测量的精密度 而当两者合成时称为测量精度 或称准确度 因为两者合成的方法 有多种 所以合成的结果不能完全一致 导致各校准实验室的测量结果不一致 以往 用误差一词来表述测量不能确定的范围 在概念上也不清楚 因此 国际标准化组织 ISO 国际电工委员会 IEC 国际计量局 BIPM 国际法制计量组织 OIML 国际理论 化学与应用化学联合会 IUPAC 国际理论物理与应用物理联合会 IUPAP 国际临床化 学联合会 IFCC 等 7 个国际组织于 1993 年 联合发布了 测量不确定度表示指南 以 此来规范测量的结果 目前在国家计量规范 JJF1094 2002 测量仪器特性评定 中已 不再使用系统误差和随机误差来对测量仪器进行评定了 2传感器的特性传感器的特性 如果要评价传感器 就必须了解传感器的特性及这些特性对测量结果会造成什么样的 影响 在测量仪器的系统中 我们将传感器称为一次仪表 因此我们依然引用 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中第七章 测量仪器的特性 的术语 在第七章中共有 28 个术 语 通过这 28 个术语可以了解到测量仪器究竟有那些特性 用什么样的特性来描述在岩土 工程中使用的传感器较为合适 并用以规范岩土工程中使用的传感器 使评定方法能够一 致 下面我们就看看这些术语 2 1 标称范围 测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围 注 1 标称范围通常用它的上限和下限表明 例如 100 200 若下限为零 标称范 围一般只用其上限表明 例如 0V 100V 的标称范围可表示为 100V 2 参见 2 2 的注 2 2 量程 标称范围两极限之差的模 例 对从 10V 10V 的标称范围 其量程为 20V 注 在有些知识领域中 最大值与最小值之差称为范围 2 3 标称值 测量仪器上表明特性或指导其使用的量值 该值为园整值或近示值 2 4 测量范围 工作范围 测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值 注 1 按约定真值确定 误差 2 参见 2 2 的注 2 5 额定操作条件 测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件 注 额定操作条件一般规定被测量和影响量的范围或额定值 2 6 极限条件 测量仪器的规定计量特性不受损也不降低 其后仍可在额定操作条件下运 行而能承受的极端条件 注 1 贮存 运输和运行的极限条件可以各不相同 2 极限条件可包括被测量和影响量的极限值 2 7 参考条件 为测量仪器的性能试验或为测量结果的互相比较而规定的使用条件 注 参考条件一般包括作用于测量仪器的影响量的参考值或参考范围 2 8 仪器常数 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 注 1 单个显示的多量程测量仪器有几个仪器常数 它们对应于选择开关的不同位置 2 当仪器常数为 1 时 通常不必在仪器上标明 2 9 响应特性 在确定条件下 激励与对应响应之间的关系 注 1 这种关系可以用数学等式 数值表或图表示 2 当激励函数按时间变化时 传递函数 响应的拉普拉斯变换除以激励的拉普拉斯 变换 是响应特性的一种形式 2 10 灵敏度 测量仪器响应的变化除以对应的激励变化 注 灵敏度可能与激励值有关 2 11 鉴别力 域 使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化 这种激励变化应缓 慢而单调地进行 注 鉴别力域可能与例如噪声 内部的或外部的 或摩擦有关 也可能与激励值有关 2 12 显示装置的 分辨力 显示装置能有效分辨的最小的示值差 注 1 对于数字式显示装置 这就是当变化一个末位有效数字时其示值的变化 2 此概念亦适用于记录式装置 2 13 区 不致引起测量仪器响应发生变化的激励双向变动的最大区间 注 1 死区可能与变化的速率有关 2 死区有时故意地做大些 以防止激励的微小变化引起响应的变化 2 14 定性 测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力 注 1 若稳定性不是对时间而是对其它量而言 则应该明确说明 2 稳定性可以用几种方式定量表示 例如 用计量特性变化某个规定的量所经历的时间 用计量特性经规定的时间所发生的变化 2 15 超然性 测量仪器不改变被测量的能力 例 a 天平不会改变被测的质量 因此是超然的 b 电阻温度计使欲测其温度的介质加热 因此不是超然的 2 16 漂移 测量仪器计量特性的慢变化 2 17 响应时间 激励受到规定突变的瞬间 与响应达到并保持其最终稳定值在规定极限内 的瞬间 这两者之间的时间间隔 2 18 测量仪器的准确度 测量仪器给出接近于真值的响应能力 注 准确度是定性的概念 2 19 准确度等级 符合一定的计量要求 使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别 级别 注 准确度等级通常按约定注以数字或符号 并称为等级指标 2 20 测量仪器的 示值 误差 测量仪器示值与对应输入量的真值之差 注 1 由于真值不能确定 实用上用的是约定真值 2 此概念主要应用于与参考标准相比较的仪器 3 就实物量具而言 示值就是赋予它的值 2 21 测量仪器的 最大允许误差 对给定的测量仪器 规范 规程等所允许的误差极限值 注 有时也称测量仪器的允许误差限 2 22 测量仪器的 基值误差 为核查仪器而选用在规定的示值或规定的被测量值处的测量 仪器误差 2 23 测量仪器的 零值误差 被测量为零值的基值误差 2 24 测量仪器的 固有误差 在参考条件下确定的测量仪器的误差 2 25 测量仪器的 偏移 测量仪器示值的系统误差 注 测量仪器的偏移通常用适当次数重复测量的示值误差的平均来估计 2 26 测量仪器的 抗偏移性 测量仪器给出不含系统误差的示值的能力 2 27 测量仪器的 重复性 在相同条件下 重复测量同一个被测量 测量仪器提供相近示 值的能力 注 1 这些条件包括 相同的测量程序 相同的观测者 在相同条件下使用相同的测量设备 在相同的地点 在短时间内重复 2 重复性可用示值的分散性定量地表示 2 28 测量仪器的 引用误差 测量仪器的误差除以仪器的特定值 注 该特定值一般称为引用值 可以是测量仪器的量程或标称范围的上限 从 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中第七章 测量仪器的特性 的 28 个术语中我们 可以总结出测量仪器的性能要求主要是什么 前面 1 4 条定义了测量仪器的测量范围是什 么 5 7 条定义了各种条件 8 17 条定义了用什么来描述测量仪器 18 28 条描述了测 量仪器的误差是什么 通过规范定义的这些术语来看看应如何对传感器进行描述 3传感器指标的描述传感器指标的描述 传感器特性的描述一般分为静态与动态两种 在岩土工程的观测中一般只用静态观测 因此我们重点讨论传感器的静态特性与指标 下面来看看在岩土工程中使用的传感器常用 静态指标有那些 传感器的静态特性 3 1 测量范围 按照 JJF1001 1998 的定义 测量范围是测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测 量的值 也就是说 传感器在其测量范围内 其测量值是经过校准的 而超出测量范围后 的测量值是没有准确性的 即对于超出测量范围的测量值 由于没有进行过校准 其数值 是无效的 3 2 灵敏度 按照 JJF1001 1998 的定义 测量仪器响应的变化除以对应的激励变化 也就是说是 传感器的输出与输入之比 按此定义 我们可以知道 传感器的输出是一种物理量 传感 器的输入是另一种物理量 就像给传感器定义了一个系数 如差动电阻式应变计的最小读 数 其传感器输出的是电阻比 而输入的是应变量 其灵敏度就是 例如 应变量电阻比 我们给差动电阻式应变计 40 个微应变输入 它产生 10 个电阻比 则灵敏度为 4 单位是 即每一个电阻比代表 4 个微应变 如果传感器在各个点上的灵敏度都是相同的0 01 话 则该灵敏度就是一个常数 换句话说 如果传感器的灵敏度是常数的话 则该传感器 就是线性的 如果传感器的灵敏度是随着传感器的变化而变化的 则该传感器就是非线性 的 现代测量仪器的发展使得传感器有多种多样的 但就输出信号的型式而言 其输出仍 然是分为两类 模拟信号或数字信号 我们知道模拟信号是连续变化的 只有当我们使用数 模转换器对其进行量化后 才有分辨力的问题 而传感器本身是没有分辨力的问题 因此 应该用灵敏度来描述传感器更为合适 分辨力应该用在整个测量系统上 3 3 鉴别力 域 或灵敏限 目前在岩土工程中使用的传感器均忽略了一个重要的指标 就是鉴别力 域 或称灵敏 限 从 JJF1001 1998 的定义上可看出 使传感器产生未察觉的响应变化的最大激励变化 也就是传感器的输出在此域内没有发生变化 此时的最大的输入变化 有些传感器在初始 点时 这时的输入值会很大 而在继续增加输入后 其输出的响应对输入值变化就会减小 这个原因与传感器使用的材料 起始的静摩擦力等因素有关 因此该指标同样是传感器质 量的一个重要指标 在大坝观测的传感器中 我们检定高灵敏度的渗压计时可以观察到 开始用水头加压时 传感器一直没有输出 不能达到指标上所规定的 分辨力 因此应该 使用鉴别力或灵敏限来评价传感器在此处的能力 3 4 线性 在 JJF1001 1998 规范中没有提及线性这个指标 因为线性这个指标只是针对传感器 系数为常数的仪器 如果传感器的校准线是曲线的话 并不表明该传感器的准确度就差 换言之即传感器是线性的 也不能表明该传感器的准确度就好 这里所说的线性是指理论 上校准线为直线的传感器 但在实际校准中数据点是偏离了该理论校准线的 线性在传感 器中只是一种用来描述传感器输入输出关系的方法 只是描述了输入与输出的关系是否在 一条直线上 所以在 JJF1001 1998 规范中并无提及该指标 仪器的线性有多种名称和定义 描述传感器最理想的是 独立线性 它可以用图示 法或用最小二乘法求得 用图示法求时 在静态校准时取每个校准点上增加和卸载读数的 平均值标绘出数据点 然后把这些数据点连成特性曲线 取一直线 使特性曲线偏离此直 线的最大正偏差与最大负偏差相等并且最小 用该偏差来表示其非线性 同样 用最小二 乘求出的直线也是与此相同 最简单的方法是 端基线性 只要将在静态校准时取每个校准点上增加和卸载读数 的平均值标绘出数据点 然后把这些数据点连成特性曲线 取一直线 将该特性曲线的两 端点连接后成为校准线 用相对于该直线的最大偏差表示非线性 另一种方法被称为 零基线性 在静态校准时取每个校准点上增加和卸载读数的平 均值标绘出数据点 然后把这些数据点连成特性曲线 从特性曲线的零点出发作一条直线 使特性曲线的偏离此直线的最大正偏差与最大负偏差相等 用此偏差来表示其非线性 由以上三种方法所得出的非线性 如果用在同样一支传感器上 可以得到三种不同的 线性度 我们可以看出 用 独立线性 描述的线性度最好 其次是 零基线性 最差的 是用 端基线性 来描述 但该传感器的测量不确定度却是一样的 所以用线性来描述传 感器的准确度是不可取的 3 5 显示装置的 分辨力 前面在讨论灵敏度时已经提到了分辨力的问题 在规范中已经明确的指出是显示装置 的分辨力 也就是说分辨力是测量人员可以识别出的最小量 这里的最小量是指测量人员 可以直接读出的读数 也就是说这个量是指显示出的量 如果传感器与显示装置是一体时 才有该指标 但该指标不能确定传感器的准确度 一般来说分辨率是指可以读出的最小数 值 3 6 滞后与盲区 该指标在 JJF1001 1998 通用计量术语及定义中第七章 测量仪器的特性 的术语中没 有提及 因为在仪器的评定中该指标已经被仪器的不确定度评定所包含了 实际上滞后与 盲区是指有些仪器当输入量从小增大时其输出量与当输入量从大减小时的输出量不一致 这种现象一般有两种原因 一种是仪器中有吸收能量的元件 这种现象称为滞后 另一种 是因为机械结构中有间隙所引起的现象称为盲区 滞后误差一般与输入量量程的大小有关 而盲区引起的误差在整个测量范围内几乎不变 当然 在一种仪器中 这两种现象同时存 在也是很普遍的 但我们在评价仪器时可以不用去关心这个指标 因为我们可以用最大允 许误差或测量仪器的准确度之类的指标来更为准确的评价传感器 3 7 重复性 在 测量仪器的特性 的术语中指出 在相同条件下 重复测量同一个被测量 测量 仪器提供相近示值的能力 我们注意到在该术语的注释中是这样说明的 重复性可用示值 的分散性定量地表示 也就是说传感器的重复性应该用实验标准 偏 差来定量的表述 目前在差阻式仪器的国标中定义的重复性检验方法为最大残差法 应修改为用统计的方法 来取得传感器的重复性更为合理 3 8 稳定性与漂移 在 测量仪器的特性 的术语中 稳定性指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能 力 而漂移指测量仪器计量特性的慢变化 稳定性与漂移一样都是针对时间而言 前者着 重说明传感器长期 多次使用 在相同工作状态下持续保持其测量性能的能力 后者则着 重说明传感器在开机使用期间测量性能变化的大小和规律 因此 重复性 漂移和稳定性 综合描述了传感器随时间变化的特性 它们随时间的变化影响着传感器测量时的准确度 3 9 准确度 在 测量仪器的特性 的术语中 准确度是指测量仪器给出接近于真值的响应能力 它只是一个定性的概念 也就是说测量仪器的准确度是以其最大允许误差和实际值的测量 不确定度评定来进行等级划分的 在这里应当注意分清测量仪器的准确度与测量的准确度 即测量仪器的准确度只是测量不确定度的来源之一 4传感器的评定传感器的评定 4 1 传感器特性评定项目的讨论 反映传感器静态特性的主要指标在前面已经进行了描述 这些指标可以满足对大部分 传感器进行评定的基本要求 当然具体的传感器特性评定项目可能超出这些评定项目 但 这些特性是评价传感器最为常用的项目 在上述传感器的 9 个特性中 首先应对传感器的 准确度进行评价 如果测量结果不在我们期望的范围内 其他的指标再好也无意义 但是 在岩土工程中 对传感器的评价 尤其是对准确度的评价上始终不大规范 误差 精度随 便用 在岩土工程及其建筑物的观测中还没见到使用测量不确定度的文献 水工建筑物中 内观传感器的指标及其评价几乎均在使用相同于差阻式仪器国标上的方法 由于国标编写 较早 测量的不确定度没有给出 而现在有些仪器的指标又远高出了差阻式仪器的指标 过去的用于差阻式仪器的检定方法在用于这些高指标的仪器时 其校准的结果还可以用吗 这是我们不得不考虑的问题 如果要对传感器的准确度进行评价 就必须考虑使用什么样 的指标来进行评价 大部分测量仪器对准确度的区分方法是采用了示值误差来进行评定 而示值误差的表示方法可分为绝对误差 相对误差与引用误差 这些我们在第二节中已经 讨论过了 如果用示值误差进行评价 则应给出测量的不确定度 使用户明确了解该传感 器的测量准确度 下面我们讨论其余的指标在评价中的作用 测量仪器的测量范围指明了 在该范围内其误差是经过校准的 超出该范围的值是无效的 灵敏度或称静态灵敏度是传 感器的一个重要指标 它描述了线性传感器的输入与输出的比例 如果传感器是非线性的 其灵敏度就不是一个常数 传感器的灵敏度高其测量的准确度就高 但传感器的灵敏度并 不是越高越好 因为静态灵敏度高的传感器动态响应的速度就慢且测量范围也会减小 因 此 传感器的灵敏度与响应时间及测量范围是需要综合考虑的 鉴别力 域 或灵敏限同样 是传感器的一个重要指标 它使我们了解传感器产生未察觉的响应变化的最大激励变化 它不因与分辨力混为一谈 线性是传感器中最常使用的指标 而也是最常被误解的一个指 标 我们往往认为线性好的传感器其测量准确度就好 实际上这是一个错误的观点 一个 传感器在测量一个被测量时 一般影响其测量结果的往往不止一个量 所以真正的线性传 感器是不存在的 如果有真正的线性传感器的话 则我们只需标定一个点就可以确定该传 感器的准确度了 所以线性只是我们用来作为一个标尺的 这个标尺是否准确 还要考虑 其它的因素 重复性 稳定性和漂移也是传感器中相当重要的指标 传感器的重复性是随 机误差分量的表现 用实验标准偏差来定量的表示 其本质是测量的不确定度 不可通过 修正来消除 稳定性是对传感器保持其测量特性恒定能力的评定 漂移是指传感器在一定 时间内随时间的慢变化 传感器的稳定性及漂移都是针对时间而言 前者着重说明传感器 在长期 多次使用 在相同工作状态下持续保持测量的能力 后者则着重说明传感器在一 次开机使用期间测量性能的改变 4 2 传感器评定方法的讨论 当我们使用传感器时 最关心的有两个主要性能 一个是其测量范围 另一个就是其 准确度 它是表征传感器品质和特征的最主要的性能 因为任何传感器的目的是用来测量 的 其测量结果是否准确可靠 传感器所显示的示值是否能够接近真值是一个最为重要的 问题 因此 首先要对测量仪器的示值误差进行评定 即我们通常所说的用测量标准对测 量仪器进行标定 并应在标定中给出测量的不确定度 由于在工程测量仪器中的测量标准 有许多是难以实现的 常采用标准的转换 如对应变计的标定由于没有应变的标准量可以 直接进行比较 采用了干分表作为测量标准 通过计算后得出我们所需要的应变量 在这 儿进行了标准的转换 标准转换后对标准的要求是什么 该标准会给标定结果带来多大的 测量不确定度 这是必须考虑的 现在我们以一支高指标的钢弦式应变计来对此方法进行 分析 假设该钢弦式应变计的参数如下 标距 150mm 量程 3000 灵敏度 1 精度 0 1 FS 标定时 首先要确定被转换的测量标准的准确度 即测量长度的准确度 要求是多少 因为该应变计的精度是 0 1 FS 则其在测量范围内的误差为 0 1 3000 3 而 3 对应着 150mm 标距时 通过对该应变计的计算可知 其测量长度要求准确到 0 00045mm 即 0 45 m 因此 要求测量标准至少应准确到 0 45 m 3 0 15 m 假如 使用干分表 由 JJG34 1996 指示表 百分表和干分表 检定规程可知 量程为 1mm 的 0 级干分表的最小刻度为 1 m 其示值允许误差在任意 0 2mm 的量程中为 3 m 在全量 程中为 4 m 显然不能满足标定的要求 如果使用干分表标定 单测量标准一个分量 其 测量不确定度至少也达到几十个微应变 这就是为什么要对测量标准进行选择 因为测量 的准确度是测量中关心的最主要性能 当然测量标准只是不确定度的一个分量 影响测量 不确定度的分量还很多 该传感器还有另一个指标就是灵敏度 如果标定的测量不确定度 是几十个 的话 则 1 的灵敏度也就没什么太大的意义了 这就是前面所说的首先 要对测量的准确度进行评价的原因 上面给出的只是一个简单的例子 只是说明了评价传 感器应当采用现代通用的方法 才能更加准确的描述传感器 另外一个问题是在评价传感器时所用的术语 过去我们常用误差 精度 综合误差来 表述传感器 随着时代的进步及规范的修改 这些概念也在变化 像精度 综合误差这些 概念已被废除 就不应再用 从前面的定义中可看出误差是一个值 可以通过修正将其消 除 但测量不确定度却是不可以消除的 因此在评价传感器时应该使用测量仪器不确定度 传感器重复性是传感器随机误差分量的表现 用实验标准偏差来定量的表示 新的规 范中取消了将实验标准差称为重复性误差 因为实验标准差实质上是不确定度 因此不能 再用重复性误差的概念 在评定重复性时 必须遵守重复性条件 测量的次数越多 实验 标准差就越可靠 重复性测量中的变动 是由于多次测量时的条件不可能完全一致 影响 测量的各种因素的变化导致传感器的输出以不可预测的方式变化 随机误差的统计规律主 要为三点 具有对称性 有界性及单峰性 在现行差阻式仪器的国标中评定重复性时采用 最大残差法 但残差系数取 1 不是很合理 应该采用统计方法更为合理 灵敏度的评定应按照其定义 在规定的某输入值上通过改变一个小的输入变化 x 得到相应的输出变化 y 则比值 S y x 即为传感器在该输入值时的灵敏度 对于线 性仪器来说 灵敏度是一个常数 鉴别力 域 或称灵敏限的评定同样应按照其定义 通过缓慢单方向地逐步改变输入量 观察传感器的输出 使