解读仪器准确度等级.ppt
实验室认可基础知识讲座实验室认可基础知识讲座-解读计量器具准确度的解读计量器具准确度的“等和级等和级”（2）2013-111学习目的学习目的 正确认识计量器具（仪器、仪表、实物量具的技术指标，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；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；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；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。指导正确购买仪器设备、仪表和实物量具。2名词术语及定义名词术语及定义-关于（测量）仪器的特性关于（测量）仪器的特性3 测量仪器测量仪器 measuring instrument又称计量器具计量器具 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 标称量值标称量值 nominal quantity value简称标称值（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-20C 注：“标称量值”和“标称值”不要与“标称特性值”相混淆。8 测量仪器的稳定性测量仪器的稳定性 stability of a measurement instrument简称稳定性（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仪器的测量不确定度 instrumental measurement uncertainty 简称仪器不确定度简称仪器不确定度 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。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。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 最大允许测量误差最大允许测量误差 maximum permissible measurement errors 简称简称 最大允许误差最大允许误差 maximum permissible errors（MPE）又称又称 误差限误差限 limit of error 对给定的测量、测量仪器或测量系统，由对给定的测量、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。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固有误差固有误差 intrinsic error 又称 基本误差基本误差 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仪器示值的相对误差=修正值修正值=与示值误差大小相等，方向相反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、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。失真度等等，均反映的是测量仪器的性能。15“级级”是最大允许（示值）误差（是最大允许（示值）误差（MPE）的概）的概念念Maximum Permissible Error(of a Measuring Instrument)对给定的测量仪器，规范、规程等对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。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。注：有时也称测量仪器的允许误差限。左图显示左图显示:在在300V时的时的MPE:10V；（该表每个分度值为（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测量仪器的示值误差表示的三种主要形式1.绝对误差绝对误差 示值误差可用绝对误差表示为：示值误差可用绝对误差表示为：式中式中:用绝对误差表示的测量仪器示值误差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。测量标准复现的量值，即约定真值。例例:某被评定电阻的标称值为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，用标准电阻电桥来校准该被评定电阻，所得的测量结果为电阻，所得的测量结果为1.001 9 ，则该被评定电阻的，则该被评定电阻的(绝对绝对)误差为误差为: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，也可以给出该被评定电阻的修正值为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测量仪器的示值误差表示的三种主要形式2.相对误差相对误差 示值误差可用相对误差表示为示值误差可用相对误差表示为:式中式中:用相对误差表示的测量仪器示值误差。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：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：例例:用标准测力仪检定材料试验机，若材料试验机的示值为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，标准测力仪输出力值为测力仪输出力值为4.980 MN，则材料试验机在，则材料试验机在5.000 MN检定点的示值误差为：检定点的示值误差为：5.000MN-4.980MN=+0.020MN，示值的相对误差为：，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测量仪器的示值误差表示的三种主要形式3.引用误差引用误差 示值误差可用引用误差表示为：示值误差可用引用误差表示为：式中式中:用引用误差表示的测量仪器示值误差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。引用值，一般为被评定测量仪器标称范围的上限或量程。例例:将标准电压源输出的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标准电压，加到标称范围上限为 3.0000 V的的被校电压表上，被校电压表的示值为被校电压表上，被校电压表的示值为2.000 9 V，则该电压表在，则该电压表在2.0000V校准点上校准点上的引用误差为：的引用误差为：19什么是什么是“级级”“级级”是在是在MPE基础上使用引用误差的表基础上使用引用误差的表述，即：述，即：各测量点的引用误差均不得超过各测量点的引用误差均不得超过1%。如左。如左图：按照图：按照1.0级各点的引用误差不得超过级各点的引用误差不得超过1%的规定，在的规定，在60MPa满量程点的引用误差应满量程点的引用误差应为为0.6MPa20什么是最大允许示值误差（什么是最大允许示值误差（MPE）电压表的准确度级别有电压表的准确度级别有:0.1，0.2，0.5,1，1.5，2.5，5，共，共7个级别。个级别。0.1级最高，级最高，5级最低。级最低。左图显示左图显示:按照按照2.5级表的要求，在满量程级表的要求，在满量程300V这一点的这一点的MPE应当是应当是7.5V。例如：例如：5级的表，就是在满量程时具级的表，就是在满量程时具有有 5%相对误差的表。相对误差的表。21什么是什么是“等等”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：99.98mmUU:（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。2223有证标准物质（有证标准物质（CRM）的作用）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（有证标准物质（CRM）的作用）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提供提供测量参考测量参考25仪器设备的技术指标仪器设备的技术指标准确度准确度“等等”和和“级级”的概念：的概念：1、准确度中的、准确度中的“级级”是制造商根据技术规范规定而设定的生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，用念，用“MPE”表征（过去的技术规范中用表征（过去的技术规范中用表示表示）。在书）。在书写时用写时用MPE:如如0.5mm，0.5%，A级，级，B级或级或1级，级，2级表级表示。示。“级级”不能传递测量不确定度。不能传递测量不确定度。2、准确度中的、准确度中的“等等”指的是测量赋值结果，指的是测量赋值结果，“等等”多用于计多用于计量标准。如：规定的量标准。如：规定的1等，等，2等或用等或用U:0.5%（k=2）表示。）表示。“等等”可以传递测量不确定度。可以传递测量不确定度。3、标准物质（、标准物质（CRM）中纯度）中纯度99.99%的不确定度的不确定度U:0.1%（k=2）。）。26 测量仪器的检定测量仪器的检定 verification of a measuring instrument 又称计量器具的检定，简称计量检定（又称计量器具的检定，简称计量检定（metrological verification）或检定（）或检定（verification）。查明和确认查明和确认测量仪器符合法定要求的活动，它包括检查、加标测量仪器符合法定要求的活动，它包括检查、加标记和记和/或出具检定证书。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 校准校准 calibration 在规定条件下的一组操作，其第一步是确定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，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。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与校准的区别检定检定-追求计量器具的合法性和有效性；追求计量器具的合法性和有效性；校准校准-追求计量器具和测量仪器的有效性；追求计量器具和测量仪器的有效性；验证验证-追求满足预期要求。追求满足预期要求。29测量仪器示值误差的符合性评定测量仪器示值误差的符合性评定仪器示值误差仪器示值误差 =X-X=X-Xs s当U951/3（MPEV）时，）时，|MPEV 判为合格判为合格30仪器示值误差仪器示值误差=(DUT-REF)校准结果实例校准结果实例量程量程标称值标称值 DUT REF 示值误差示值误差修正值修正值+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 0.300.60 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 0.600.60 0.60 0.20 50 50.00 50.40-0.40 0.400.60 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满足以下条件时可以忽略测量标准的不 确定度影响：确定度影响：U95 1/3MPEV U95-由测量标准给出的约定真值的测量由测量标准给出的约定真值的测量 不确定度（即校不确定度（即校准时测量结果的不确定度，准时测量结果的不确定度，包括各种影响因素引入分量的包括各种影响因素引入分量的综合）。综合）。MPEV-被评定测量仪器的最大允许误差的被评定测量仪器的最大允许误差的 绝对值。绝对值。32考虑测量不确定度时的合格判据考虑测量不确定度时的合格判据|MPEV-U95 为合格为合格|MPEV+U95 为不合格为不合格MPEV-U95|MPEV+U95 为待定为待定合格区合格区待定区待定区待定区待定区不合格区不合格区不合格区不合格区33测量仪器示值误差的符合性评定测量仪器示值误差的符合性评定为什么当为什么当 U951/3 MPEV时，可忽略待定区？时，可忽略待定区？仪器示值误差仪器示值误差 =X-Xs，则示值误差的不确定度为：，则示值误差的不确定度为：U=（MPEV 2+U 2）1/2当当U95=0.3MPEV，又设，又设 MPEV=1，则，则，U95=0.3U=（12+0.32）1/2=1.04若取两位有效数字若取两位有效数字 U=1.0,即实际上即实际上U95可忽略。可忽略。当当MPEV=6，U95=2；则则U=6.3，取两位有效数字仍有取两位有效数字仍有一定影响，但影响仅一定影响，但影响仅5%左右，一般认为可忽略。左右，一般认为可忽略。34测量仪器示值误差的符合性评定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、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。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、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。可以采用上述方法。35测量仪器示值误差的符合性评定测量仪器示值误差的符合性评定例例1：用高频电压标准装置检定一台高频电压表。用高频电压标准装置检定一台高频电压表。1V 时的示值时的示值误差为误差为-0.008V 已知标准装置已知标准装置U95=1%即即0.01V，被检电，被检电压表压表 MPEV=2%，即，即0.02V。解：由于不满足解：由于不满足U95 1/3 MPEV的要求；符的要求；符 合性评定时需考合性评定时需考 虑测量不确定度。虑测量不确定度。|=0.008V MPEV-U95=0.01V|MPEV-U95 所以该高频电压表合格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测量仪器示值误差的符合性评定例例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，在10V点上检定，多功能源输出直流点上检定，多功能源输出直流10V电压，数字电压表指示为电压，数字电压表指示为10.00007V。已知多功能源在已知多功能源在10V值的扩展不确定度（值的扩展不确定度（k=2）为）为0.025mV,数字电压表的数字电压表的 最最大允许误差大允许误差:(3.510-6读数读数+510-6测量范围）。测量范围）。解：解：|=0.00007V=0.07mV MPEV=3.510-610V+510-620V=0.1mV U95=0.025mV U95：MPEV=1：4，所以不确定度可以忽略不计。，所以不确定度可以忽略不计。注意注意|=0.07mV 而而 MPEV=0.1V 该数字电压表合格。该数字电压表合格。37测量仪器示值误差的符合性评定测量仪器示值误差的符合性评定校准结果的可靠性评价：校准结果的可靠性评价：U95=1/4 MPEV（误判率（误判率5%）U95=1/3 MPEV（误判率（误判率6.7%）38倡导系统校准倡导系统校准 实现有效测量实现有效测量物理量：物理量：温度温度长度长度力值力值电压电压声压声压振动振动工程量工程量化学量化学量生物量生物量图形图像图形图像等等等等又又 称：称：换能器换能器探探 头头传感器传感器敏感器敏感器感知器感知器其作用是其作用是拾取信号拾取信号放大器也称：放大器也称：测量仪器测量仪器作用是放大信作用是放大信号，有的还有号，有的还有滤波和选择的滤波和选择的作用。作用。作用：记录所需作用：记录所需要的信号：要的信号：曲曲 线线数数 组组图图 表表等等等等记录仪、绘图仪、记录仪、绘图仪、打印机、计算机、打印机、计算机、显示仪表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。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。显示器显示器 displayer 测量仪器显示示值的部件。40 记录器记录器 recorder 提供示值记录的测量仪器部件。指示器指示器 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正确认识测量量和条件量（工程量（工程量 举例说明）举例说明）纵坐标为输出量，即要测量得到的量。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。横坐标为条件量，即测量输出量时的条件量。输出量输出量风速风速 C条件量条件量:温度温度 T大气压力大气压力P1P2P3Pn42德国德国R&S公司公司CMU200手机综合测试仪手机综合测试仪校准实例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。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小小 结结1、将复杂的仪器分解成、将复杂的仪器分解成“参数参数”和和“功能功能”，使其简单化；，使其简单化；2、参数通过计量标准实施校准、赋值，实现、参数通过计量标准实施校准、赋值，实现测量的溯源；测量的溯源；3、倡导系统校准和有效测量。、倡导系统校准和有效测量。44谢谢！谢谢！45
