(2)解读仪器准确度等级

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）2015-09,学习目的,正确认识测量（试验）与计量之间的对应关系，加深对计量标准作用的认识，掌握计算仪器示值误差和校准结果的可靠性。正确认识计量器具（仪器、仪表、实物量具、标准物质）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奠定基础知识；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；掌握仪器设备的管理要点。,计量与测量的基本概念,计量学metrology测量及其应用的科学。注：计量学包括测量的理论和实践的所有方面，不论测量不确定度大小和应用领域。人们通常将保证单位统一，量值准确可靠的活动称为计量。JJF1001测量measurement通过实验获得可合理赋予某量的一个或多个量值的过程。注1：测量不适用于标称特性。注2：测量意味着量的比较或实体的计数。注3：测量的先决条件是对测量结果的预期用途相适应的量的描述，测量程序以及根据规定测量程序（包括测量条件）进行操作的经校准的测量系统。,桔槔与秤-出自墨经,等臂,等臂,古代皇帝御制现代依据定义制作的SI单位标准砝码,未知测量对象为“重”,当天平处于平衡状态时，“重”即等于“权”，未知成为已知。计量的作用-给测量对象赋值通过称量“lang”得知重量“lang”,测量比较器,已知测量标准为“权”,木衡与铜环权,桔槔,测量原理,测量输入量：长度量电压量时间量能量力值量图形图像量生物、化学量等等条件量：频率气压等等,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：数据，曲线数组，图表图形，图像等等记录仪、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。,被测量的数学模型Y=f（x1,x2,x3,xn）完整的测量量值的表示yU95,（权）,（重）,正确认识测量输入量和条件量（工程测量虚拟说明）,纵坐标为测量输入量，即要测量得到的量。,横坐标为条件量，即测量时的条件温度量。,测量输入量风速(y),条件量:温度T,大气条件量P1,P2,P3,Pn,特定目的的试验曲线（举例说明）,估计值完整的表示yU95,建立试验数学模型，分析试验的有效性,Y=f（X1，X2，X3，Xn）试验输出量和分散性的完整表述：yU95,Y,一维振动试验台,三维振动试验台,标准砝码是各种衡器和天平称量的计量（测量）标准,经过上一级校准的标准砝码,标准量器是加油容量的计量标准,标准量器,用压力计量标准对各式各样的压力表进行统一的校准保证压力测量值的准确一致，实现安全测量。,标准活塞压力计,被校表,标准表,量具（卡尺）的计量标准是长度不一的标准量块组,量具是工业生产中最常用的测量工具，国内外工厂都有生产，这些量具必须使用长度实物标准（标准量块）校准，保证每把量具都有相同的SI的长度单位，实现加工工件的准确性、一致性，保证相关工件的互换性和配合性。,标准量块组,物质成分分析和含量检测所用的计量标准是各种有证标准物质（CRM）,有机、无机和生物标准物质（标）,标准气体（标）,检测汽车尾气（本）,分析化学物质含量（本）,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,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,正确鉴别以下活动的本质区别,1、测量（Measurement）2、校准（Calibration）3、检定/验证（Verification）4、试验（Test）5、检验（Inspection）6、比对（Comparison）,写出对应“输入或输出量”的模型和绘制坐标，拟定溯源方案，制定溯源计划,名词术语及定义-关于（测量）仪器的特性计量学词汇基础和通用概念及相关术语VocabularyofMetrologyBasicandgeneralconceptsandassociatedterms（ISO/IECGuide99:2007，InternationalvocabularyofmetrologyBasicandgeneralconceptsandassociatedterms，IDT）通用计量术语及定义JJF1001-2011,测量仪器measuringinstrument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measuringsystem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。,指示式测量仪器indicatingmeasuringinstrument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displayingmeasuringinstrument输出信号以可视形式表示的指示式测量仪器。,测量传感器measuringtransducer【VIM3.7】用于测量的，提供与输入量有确定关系的输出量的器件或器具。例：热电偶，电流互感器，应变片，pH电极，波登管，双金属片。（传感器灵敏度=输出量/输入量）,敏感器sensor【VIM3.8】测量系统中直接受带有被测量的现象、物体或物质作用的测量系统的元件。例：铂电阻温度计的敏感线圈；涡轮流量计的转子；压力表的波登管；液面测量仪的浮子；光谱光度计的光电池；随温度而改变颜色的热致液晶。注：在某些领域，此概念用术语“检测器”表示。,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。显示器displayer测量仪器显示示值的部件。记录器recorder提供示值记录的测量仪器部件。,实物量具materialmeasure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（CRM）。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。,有证标准物质certifiedreferencematerial，CRM【VIM5.14】附有由权威机构发布的文件，提供使用有效程序获得的具有不确定度和溯源性的一个或多个特性量值的标准物质。例：在所附证书中，给出胆固醇浓度赋值及其测量不确定度的人体血清，用作校准器或测量正确度控制的物质。注：1、“文件”是以“证书”的形式给出（见ISOGuide31:2000）.2、有证标准物质制备和颁发证书的程序是有规定的（例如见ISOGuide34和ISOGuide35）3、在定义中，“不确定度”包含了“测量不确定度”和标称特性值的“不确定度”两个含义，这样做是为了一致和连贯。“溯源性”既包含量值的“计量溯源性”，也包含“标称特性值的追溯性”。4、“有证标准物质”的特定量值要求附有测量不确定度的计量溯源性。,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。固有误差intrinsicerror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。,标称量值nominalquantityvalue简称标称值（nominalvalue）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-20C注：“标称量值”和“标称值”不要与“标称特性值”相混淆。,测量仪器的稳定性stabilityofameasurementinstrument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。,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。校准结果要由使用人根据可靠性原则进行确认。,测量仪器的检定verificationofameasuringinstrument,又称计量器具的检定，简称计量检定（metrologicalverification）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）。检定结果合格与否由承担检定的机构给出结论，符合或降级使用。,测量准确度measurementaccuracy,accuracyofmeasurement【VIM2.13】简称准确度(accuracy)被测量的测得值与其真值间的一致程度。注：1.概念“测量准确度”不是一个量，不给出有数字的量值。当测量提供较小的测量误差时就说该测量是较准确的。2.术语“测量准确度”不应与“测量正确度”、“测量精密度”相混淆，尽管它与这两个概念有关。3.测量准确度有时被理解为赋予被测量的测得值之间的一致程度。国外仪器说明书中常用“Accuracy”表示测量仪器的准确度。,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,1.示值误差errorofindication测量仪器示值与对应输入量的参考量值之差。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;xs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1.0019，则该被评定电阻的(绝对)误差为:1.00001.0019=-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,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,2.相对误差relativeerror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5.000MN，标准测力仪输出力值为4.980MN，则材料试验机在5.000MN检定点的示值误差为：5.000MN-4.980MN=+0.020MN，示值的相对误差为：,测量仪器的示值误差表示的三种主要形式,3.引用误差fiduciallyerror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。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2.0000V标准电压，加到标称范围上限为3.0000V的被校电压表上，被校电压表的示值为2.0009V，则该电压表在2.0000V校准点上的引用误差为：,(F.S),修正值=与示值误差大小相等，方向相反其他计量性能指标如：线性、频率响应、灵敏度、稳定性、分辨力、检出限、失真度等等，均反映的是测量仪器的性能。,认可申请书-仪器设备技术指标的填写,认可申请书（仪器设备）指标的填写,使用仪器设备/标准物质配置表,来自计量仪器校准证书；有证标准物质（CRM）证书来自计量仪器说明书“等”来自计量仪器校准证书或检定证书，“级”来自计量仪器说明书或检定证书,测量区间measuringinterval【VIM4.7】又称工作区间（workinginterval）在规定条件下，由具有一定的仪器不确定度的测量仪器或测量系统能够测量出的一组同类量的量值。注：1.在某些领域，此术语也称“测量范围measuringrange或工作范围workingrange”。2.测量区间的下限不应与检测限相混淆。一台仪器的测量区间（测量范围）应根据不同的测量范围来分段划分，不可用仪器不确定度范围来表征对应的仪器测量范围。如：仪器测量区间：50015000，仪器不确定度：（0.30.5）。,仪器的测量不确定度instrumentalmeasurementuncertainty简称仪器不确定度instrumentaluncertainty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。,最大允许测量误差maximumpermissiblemeasurementerrors简称最大允许误差maximumpermissibleerrors（MPE）又称误差限limitoferror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”。常常见到有两种表示：0.5或+/-0.5国外仪器说明书中有用“Accuracy+/0.5”表示测量仪器的MPE。英文说明书有时用“Error+/0.5”或0.5或0.01%表示。除非说明书中用U（不确定度）表示。,准确度等级accuracyclass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。,什么是“最大允（许示值误）差”（MPE）MaximumPermissibleError(ofaMeasuringInstrument),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20V时的MPE:1.0V,或+/1.0V(该表每个分度值为1.0V)。,最大允（许示值误）差是对测量仪器/仪表制造误差的极限要求,“级”是“最大（允许）示值误差”的概念MaximumPermissibleError(ofaMeasuringInstrument),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。上图显示:按照CLASS2.5级表的要求，在满量程20V这一点的MPE应当是0.5V或+/0.5V。再例如：5级的表在满量程时最大允差（MPE）应在5%或+/5%之内。,什么是“级”-最大允差概念,“级”是在MPE基础上使用引用误差的表述，即：各满量程点的引用误差不得超过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,压力表的精度等级有5.0级，3.0级，1.5级，1.0级，0.5级，0.1级等等。最大误差是5%到0.1%。如10Mpa的1.5级表误差是0.15Mpa。,什么是“等”-测量不确定度概念,准确度等级中的“等”指的是校准赋值的结果，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：99.98mmUU:（0.02+0.1L）m(一等)U:（0.05+0.5L）m(二等)U:（0.10+1L）m(三等)U:（0.20+2L）m(四等)U:（0.5+5L）m(五等)U:（2+12L）m(六等)L:量块的长度单位m。,国际法制计量组织(OIML)规定砝码最大允许误差表,国际法制计量组织,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(MPE是一个范围值)，1级、2级（MPE满量程的引用误差）。“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）或U95:0.5%表示。“等”可以传递测量不确定度。3、有证标准物质（CRM）中纯度99.99%的不确定度U:0.1%（k=2）。,测量仪器示值误差的符合性评定（JJF1094）,掌握：计算仪器示值误差；计算校准结果的可靠性,仪器示值误差=(DUT-REF),校准结果实例,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：U951/3MPEVU95-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。,考虑测量不确定度时的合格判据,|MPEV-U95为合格|MPEV+U95为不合格MPEV-U95|MPEV+U95为待定,合格区,待定区,待定区,不合格区,不合格区,测量仪器示值误差的符合性评定,为什么当U951/3MPEV时，可忽略待定区？仪器示值误差=X-Xs，则示值误差的不确定度为：U=（MPEV2+U952）1/2当U95=0.3MPEV，又设MPEV=1，则，U95=0.3U=（12+0.32）1/2=1.04若取两位有效数字U=1.0,即实际上U95可忽略。当MPEV=6，U95=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。,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。,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U95=1%即0.01V，被检电压表MPEV=2%，即0.02V。解：由于不满足U951/3MPEV的要求；符合性评定时需考虑测量不确定度。|=0.008VMPEV-U95=0.01V|MPEV-U95所以该高频电压表合格。,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=0.07mVMPEV=3.510-610V+510-620V=0.1mVU95=0.025mVU95：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。,测量仪器示值误差的符合性评定,校准结果的可靠性评价：U95=1/4MP