计量器具及其分类

1、知识点2 计量器具其及分类一、计量器具相关定义量具：以固定形式复现量值的计量器具称为量具，一般没有指示器和在测量过程中没有可以运动的测量元件。在分析计量中属于量具的有标准电池、标准电位差计等。计量装置：计量器具及其为进行测量所需的辅助设备的总体，称为计量装置。计量器具：指单独或与一个或多个辅助设备组合用于进行测量的装置。这个定义可以看出计量器具具有的特征，(1)用于测量；(2)能确定被测对象的量值；(3)本身是一种计量技术装置。过去对计量器具的定义是“凡是表示计量单位和数值的量具和仪量仪表”。这种概念不够明确。因为任何事物和现象都可以表示量位，但不一定就是计量器具。如恒温槽或烘箱，它可以反映温

2、度的量值，但却不是计量器具，因为它不用于测量，也不能确定被测对象量值，它只是一个恒温容器。而控制恒温槽或烘箱用的温度计就是计量器具。有些计量器具备单独地用来完成某项测量，如直尺、温度计、电流表等，另一些计量器具需要与其他计量器具和(或)辅助设备一起使用才能完成测量，如砝码、热电偶、电流互感器等。计量器具也称为测量仪器。计量器具在计量工作中占有相当重要的地位。全国量值的统一首先反映在计量器具的准确可靠和一致上，所以计量器具是确保全国量值统一的具体对象和手段，是计量部门需要更加强监督管理的主要对象，是为计量部门提供计量技术保证的技术基础，对提高产品质量有重要的意义。计量仪器：能把被测量值转换成为可

3、直接观测的指示值或等效信息的计量器具称为计量仪器(仪表)。它包括指示式仪表、记录式仪表和比较式仪表等，由独立完备组件构成的传感器以及能产生附加或附属功能的部件也属于计量仪器。由于分析计量中主要使用的计量器具是计量仪器(仪表)，因此习惯上常把计量器具称之为测量仪表。二、计量器具分类按结构特点分类，计量器具可以分为以下三类：(1)量具 即用固定形式复现量值的计量器具，如量块、砝码、标准电池、标准电阻、竹木直尺、线纹米尺等；(2)计量仪器仪表 即将被测量的量转换成可直接观测的指标值等效信息的计量器具，如压力表、流量计、温度计、电流表、电压表、心脑电图仪等；(3)计量装置 即为了确定被测量值所必须的计

4、量器具和辅助设备的总体组合，如里程计价表检定装置、高频微波功率计校准装置等。按用途分类，计量器具也可以分为以下三类：计量基准器具、计量标准器具、工作计量器具。计量器具是计量学研究的一个基本内容，是测量的物质基础。在国际上，计量器具与测量仪器是同义术语，它被定义为“单独或与一个或多个辅助设备组合用于进行测量的装置”，在我国计量器具是计量仪器，也称主动式；计量器具和量具也称被动式。计量器具，按技术性能及用途计量器具可分为基准计量器具、计量标准器具和普通计量器具。(1)基准计量器具计量基准就是在特定领域内，具有当代最高计量特性其值不必参考相同量的其他标准，而被指定的或普通承认的测量标准。经国际协议公

5、认，在国际上作为给定量的其它所有标准定值依据的标准称为国际基准，经国家正式确认，在国内作为给定量的其它所有标准定值依据的标准称为国家基准。计量基准按量值传递体系通常分为主基准、作证基准、副基准、参考基准和工作基准。基准计量器具的主要特征：1)符合或接近计量单位定义所依据的基本原理。2)具有良好的复现性并且所定义实现保持或复现的计量单位或其倍数或分数具有当代或本国的最高精度。3)性能稳定计量特性长期不变。4)能将所定义实现保持或复现的计量单位或其倍数或分数通过一定的方法或手段传递下去。(2)计量标准器具计量标准器具是指为了定义实现保存或复现量的单位或一个或多个量值用作参考的实物量具。测量仪器标准

6、物质或测量系统。我国习惯性为基准高于标准，这是从计量特性来考虑的各级计量标准器具必须直接或间接地接受国家基准的量值传递而不能自行定度。(3)普通计量器具普通计量器具是指一般日常工作中所用的计量器具它可获得某个定量的计量结果。按等级分类，计量器具可以分为以下三类(1)A类计量器具的范围：1.单位最高计量标准和计量标准器具；2.用于贸易结算、安全防护、医疗卫生和环境监测方面，并列入强制检定工作计量器具范围的计量器具；3.生产工艺过程中和质量检测中关键参数用的计量器具；4.进出厂物料核算用计量器具；5.精密测试中准确度高或使用频繁而量值可靠性差的计量器具。A类计量器具包括：一级平晶、零级刀口尺、水平

7、仪检具、直角尺检具、百分尺检具、百分表检具、千分表检具、自准直仪、立式光学计等。(2)B类计量器具的范围：1.安全防护、医疗卫生和环境监测方面，但未列入强制检定工作计量器具范围的计量器具；2.生产工艺过程中非关键参数用的计量器具；3.产品质量的一般参数检测用计量器具；4.二、三级能源计量用计量器具；5.企业内部物料管理用计量器具。B类计量器具包括：卡尺、千分尺、百分尺、千分表、水平仪、直角尺、塞尺、水准仪、经纬仪、焊接检验尺、超声波测厚仪、5m以上的卷尺、温度计、压力表、测力表、转速表、衡器、硬度计、天平、电压表、电流表、兆欧表、电功率表、电桥、电阻箱、检流计、万用表、标准电阻箱、校验信号发生

8、器、超声波探伤仪、分光光度计等。(3)C类计量器具的范围：1.低值易耗的、非强制检定的计量器具；2.单位生活区内部能源分配用计量器具，辅助生产用计量器具；3.在使用过程中对计量数据无精确要求的计量器具；4.国家计量行政部门明令允许一次性检定的计量器具。C类包括钢直尺、弯尺、5m以下的钢卷尺等。三、计量器具特征计量器具特性有静态特性和动态特性，这里我们只介绍静态待征。当输入信号不变时，计量装置或者计量装量的元件输出信号的特性称为静态特性。它包括：范围、准确度、稳定度、分度值、分辨力、灵敏度、线性度和鉴别阈等。1.范围我们这里所说的范围包括：分度值、示值范围、标称范围、测量范围(或工作范围)、量程

9、。所谓示值是指由计量器具提供的被计量的量值，包括记录器的记录值、计量装置中的计量信号或响应、实物量具的示值。分度值是指对应相邻标记的两个值之差，例如米尺的分度值为1mm。示值范围是指极限示值界限内的一组值。对模拟显示而言，它可以称为标尺范围。示值范围可以用标在显示器上的单位表示，而不论被测量的单位如何；通常用其上下限说明。标称范围是指计量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。标称范围通常用它的上限和下限表明，例如50V300V。若下限为零，标称范围一般只用其上限表明，例如0V100V的标称范围可表示为100V。测量范围是指测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。这里的“误差”是指

10、按约定真值确定。量程是指标称范围两极限之差。例如对从0V20V的标称范围，其量程为20V。2.准确度计量器具的准确度是指计量器具给出接近真值的响应能力。准确度等级是指符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的计量仪器的等别、级别。准确度等级通常按约定注以数字或符号，并称为等级指标。计量器具的示值误差等于计量器具示值与对应输入量的真值之差。由于真值一般不能确定，实际用的是约定真值；就实物量具而言，示值就是赋予它的值。计量器具示值的系统误差称为计量器具的偏移，计量器具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。计量器具示值的随机误差是用计量器具的重复性表示，而计量器具的重复性的定义为“

11、在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，计量器具提供相近示值的能力。”这里“相同测量条件”是指：相同的测量程序、相同的观测者、在相同测量条件下使用相同的计量器具、在相同的地点、在短时间内重复。重复性可用示值的分散性定量表示。计量器具的引用误差是指计量器具的误差除以仪器的特定值。通常把此特定值叫做引用值，例如它可以是计量器具的量程或标称范围的上限。对给定的计量器具，规范、规程等所允许的误差极限值称为计量器具的最大允许误差。有时也称为计量器具的允许误差限。3.输入输出特性1)线性度在规定条件下计量器具的输入(或激励)与对应的输出(或响应)的关系称为响应特性。响应关系可建立在理论和实验的基础上，它可

12、用代数方程、数表或图的形式表示。当激励按时间的函数改变时，传递函数是响应特性的一种形式。但在实验基础上的响应特性就是计量的校准曲线。在理想情况下，线性计量仪器的响应特性应当是斜率为A的直线，实际上，却叠加了非线性的高次分量，因此通过线性化加以修正为直线。计量仪器的线性度L是校准曲线与参考直线一致性的定量表示。 LB/A×100 (3-1)式中：B校准曲线与参考直线的最大偏差； A计量仪器的量程。2)灵敏度、鉴别阈、死区、分辨力灵敏度是计量仪器响应变化除以对应的激励变化。用式(3-2表示为：S=y/x (3-2)其中：y响应变化； x激励变化； S灵敏度。对应于线性计量仪器，其灵敏度(

13、S)为S=y/x=k=常数 (3-3)这个k就是传递系数。对非线性计量仪器，灵敏度(S )为： (3-4)此时灵敏度是个变量，它与激励值有关。鉴别阈是指使计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。它可理解为产生可感知的变化ymin的最小激励变化，习惯上称xmin为灵敏阈或灵敏限。例如使天平指针产生可感知的位移的最小负荷变化xmin为90mg，此值即为天平的鉴别阈。响应可感知的变化是一个因人而异的概念，在数值上具有不确定性。鉴别阈可能与诸如内部或外部的噪声、摩擦、阻尼、惯性、量化值等有关。不致引起计量仪器响应变化的激励双向变动的最大区间称为死区或不灵敏区。死区可

14、能与变化的速率有关；为了减少激励微小变化而引起不需要的响应变化.有时故意增大固有的死区。例如在有些计量仪器上设置的阻尼环节，就是为此目的。显示装置的的分辨力是指显示装置能有效辨别的最小的示值差。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；模拟式显示装置的分辨力为标尺间隔的一半。4.稳定性稳定性是指计量器具保持其计量特性随时间恒定的能力。当稳定性不是对时间，而是对其他量而言，则应该明确说明。稳定性可以用几种方式定量表示，例如：用计量天王星变化某个规定的量所经过的时间，用计量特性经规定的时间所发生的变化。由于测量仪器计量特性的变化引起的示值在一段时间内的连续或增量变化称为(仪器

15、)漂移。例如线性计量仪器静态响应特性(ykx)的漂移，表现为零点和斜率随时间的慢变化，前者称为仪器的零漂，后者称为仪器的灵敏度漂移。计量器具不影响被计量值的能力称为超然性。如果被计量对象是有源的，计量仪器要由计量对象取一些能量，从而或多或少会影响到被计量的量值。例如天平不会改变被测的质量，因此是超然的；电阻温度计使欲测其温度的介质被加热，因此不是超然的。为了提高计量仪器的超然性，应当使计量仪器对计量对象的负载效应减到最小：为此，电学计量仪器常用输入阻抗，机械计量仪器常用刚度来表征负载效应。为了减少计量仪器的消耗功率，应当适当增大其输入阻抗(或刚度)。同时又不致过多地影响到灵敏度，为此可采用具有

16、辅助能源的放大器，以使仪器从对象只摄取微小的功率而达到所需要的输出功率；或者采用零位计量方法，在平额时使其阻抗(或刚度)达到最大。四、计量器具要求1.根据需要对计量器具进行调整调整是指使计量器具的准确度和其他性能达到规定要求的作业。调整时应遵守计量器具操作规程，防止调整不当而失准。如万用表、游标卡尺等在使用前要进行归零调整。2.标示计量器具的校准状态一般在计量器具上贴校准状态标签，让使用者了解计量器具的状态(合格、限制使用、停用等)和有效期限。因体积小或影响操作等原因而不宜贴标签的计量器具，其校准状态标签可贴在包装盒上或由其使用者妥善保管，但器具上要刻上编号，便于追溯。3.防止调整时校准失效采取措施，防止调整时校准失效。比如，对作业人员进行资格认证，须有资格证方可上岗，同时编制调整作业指导书及对校准点进行铅封等。4.加强搬运、维护、贮存的防护在计量器具使用过程中，一定要采取措施，防止计量器具在搬运、维护和贮存时