04++计量器具及其特性(1)

输入：正弦信号，一系列，频率不同，幅值相等 输出：正弦信号，观察：幅值、相位、频率
频率响应特性
x = X sin ωt
y = Y sin(ωt + ϕ)
Y ( jω ) bm ( jω ) m + bm −1 ( jω ) m −1 + L + b1 ( jω ) + b0 = A(ω )e j(φω ) H ( jω ) = = X ( jω ) a n ( jω ) n + a n −1 ( jω ) n −1 + L + a1 ( jω ) + a 0
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4.2 计量器具的特性 （2）有关响应方面的特性
灵敏度 ：测量仪器响应的变化除以对应的激励变
化。
Biblioteka Baidu注：灵敏度可能与激励值有关。 线性计量仪器
ϕ
Δy S = lim =k Δx →0 Δx
非线性计量仪器
dy = f ′(x ) = tan ϕ S= dx
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4.2 计量器具的特性
■
准确度：指计量器具给出接近于真值的响应的能
力。在实际应用中，常以测量不确定度、准确度等级 或最大允许误差来定量表示。 注：准确度是定性的概念。
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。
注意区别灵敏度和鉴别力！
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4.2 计量器具的特性
检流计 A 输入1mA 人眼分辨率0.1格 灵敏度 鉴别力
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检流计 B 指针移动10格 输入0.005mA 20格/mA 0.005mA
第四章
计量器具及其特性
Measuring Instrument and its Characteristics
第四章 计量器具及其特性
4.1 计量器具的分类 4.2 计量器具的特性 4.3 计量器具的选用
计量器具是单独地或连同辅助设备一起用以进 行测量的器具。在JJF 1001-1998《通用计量名词 及定义》中定义计量器具与测量仪器为同义语，在 GJB 2715-1996《国防计量通用术语》中定义计量 器具与测量器具为同义语，在我国有关计量法律、 法规中，称之为计量器具。
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4.3 计量器具的选择
计量器具的选用应从其计量特性、使用条件 以及经济性三方面全面衡量。
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4.3 计量器具的选择 1．计量特性的选择 计量器具的误差，通常应为被测对象所要求误差的 1/2～1/5。 在选择计量器具的测量范围时，应使其上限与被测的量 值相差不大而又能覆盖全部量值。 在选择鉴别力时，过低会影响测量准确度，过高又难于 平衡。 计量器具的稳定性、标准化、系列化、通用化。
4.1 计量器具的分类 量具的主要特点 1）本身直接复现或提供了单位量值。
如量块、线纹尺本身就复现了长度单位量值；
2）在结构上一般没有测量机构。
如砝码、标准电阻它只是复现单位量值的一个实物；
3）由于没有测量机构，在一般情况下，如不依赖其它配用 的测量仪器，就不能直接测量出被测量值。
如砝码要用天平，如量块要配用干涉仪、光学计。
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4.2 计量器具的特性
■漂移
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4.2 计量器具的特性
■
超然性（transparency）
测量仪器不改变被测量的能力。
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4.1 计量器具的分类
1、量具 量具是实物量具的简称，是使用时以固定形态复现或 提供给定量的一个或多个已知量值的器具。
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4.1 计量器具的分类
2、仪器仪表 计量仪器仪表是将被测的量转换成可直接观测的指示 值或等效信息的计量器具。 计量仪器的主要特性是将被测量值或经变换的等效信息 与已知量值进行比较，并将比较的结果转换成示值或等效 信息输出。
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。
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4.2 计量器具的特性
■ [测量仪器的]重复性
repeatability [of a measuring instrument]
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4.2 计量器具的特性
计量特性
metrological characteristic
能影响测量结果的并可测量的测量设备特性。 —— 测量设备通常有若干个计量特性。 ——计量特性可作为校准的对象。
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4.2 计量器具的特性
■
鉴别力[阈] discrimination [threshold]
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。
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4.2 计量器具的特性
2、动态特性
稳态响应特性：稳态过程（输出量达到稳定的状态） 瞬态响应特性：暂态过程（输出量由一个稳态到另一个
稳态的过渡过程）
激励：
正弦信号、阶跃信号、线性信号、脉冲信号
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4.2 计量器具的特性 （1）频率响应特性
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4.2 计量器具的特性
■
准确度：指计量器具给出接近于真值的响应的能
力。在实际应用中，常以测量不确定度、准确度等级 或最大允许误差来定量表示。 注：准确度是定性的概念。
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。
Stability
Repeatability
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4.2 计量器具的特性 （1）有关准确度方面的特性
示值（indication）
由测量仪器或测量系统提供的量值。
测量仪器的示值有以下几种情况 由显示器（或刻度尺、指示仪表）读出的值称为直接示值。 有时测量仪器的示值是直接示值乘以仪器常数得到。 对实物量具，如砝码、标准电阻器等，示值就是其标称值。
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4.2 计量器具的特性
■
准确度：指计量器具给出接近于真值的响应的能
力。在实际应用中，常以测量不确定度、准确度等级 或最大允许误差来定量表示。 注：准确度是定性的概念。
对给定的测量仪器，规范、规程等所允 许的误差极限值。 最大允许误差有上限和下限，一般为对 称限，表示时要加±号。
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指针移动10格 输入0.01mA l0格/mA 0.0lmA
4.2 计量器具的特性
[显示装置的]分辨力 resolution [of a displaying device]
■
显示装置能有效辨别的最小的示值差。
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。
注意区别分辨力和鉴别力！
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4.2 计量器具的特性 （3）有关性能方面的特性
■
稳定性 stability
测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。
注： 1.若稳定性不是对时间而是对其他量而言，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过的时间； 用计量特性经规定的时间所发生的变化。
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4.2 计量器具的特性
示值误差 对象 相对于测量仪器
最大允许误差
测量不确定度
相对于测量仪器 相对于测量结果
技术规范（如标 通过检定、校 通过检定、校准获 准、检定规程） 准计算获得； 获得 得； 所规定，厂家； 是一个区间范 是一个值 是一个值 围 评价是否满足最大允 许误差的要求或提供 判定测量仪器是 判定测量结果的 目的 修正值，提高测量结 否合格 可靠性 果的准确度
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4.2 计量器具的特性
■
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。
示值误差是对真值而言的，由于真值是不能确定的，实际 上使用的是约定真值或实际值。 指示式测量仪器的示值误差＝示值－实际值。 示值误差是有符号的量值，可能是正值，也可能是负值。 示值误差是被检仪器的系统误差的估计值。
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4.1 计量器具的分类
4、标准物质 标准物质是指具有一种或多种足够均匀和很好地确定 了的特性，用以校准测量装置，评价测量方法或给材料赋 值的一种材料或物质。 附有经批准的鉴定机构发给证书的标准物质称为有证标准 物质，通常是作为实物量具形式的计量标准，在化学等测 量领域用得很广泛。
系统频率特性：稳态输出与输入幅值之比和两者相位差是
输入频率的函数：幅--频、相—频
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4.2 计量器具的特性 （2）阶跃响应特性
输入：阶跃信号
⎧0 t < 0 u (t ) = ⎨ ⎩1 t ≥ 0 输出：阶跃响应
例如：计量仪器天平是将被测质量与由砝码 提供的已知质量，相对于天平摆动轴形成的两个 力矩（等效信息）进行比较。
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4.1 计量器具的分类
3、计量装置 计量装置是确定测量值所必须的计量器具和辅助设备 的总称。
为了进行特定的或多种的测量任务，常需要一台或若干台计量器具， 人们往往把这些计量器具连同有关的辅助设备所构成的整体或系统， 称为计量装置或测量系统。 计量装置的误差主要取决于计量器具，原则上它们不应再受辅助设备 的影响。为此，辅助设备的准确度一般应比计量器具高一个数量级。
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4.1 计量器具的分类
“计量器具是指能用以直接或间接测出被测对 象量值的装置、仪器仪表、量具和用于统一量值的 标准物质，包括计量基准、计量标准、工作计量器 具”
－－《中华人民共和国计量法实施细则》 第61条的第（一）部分
在相同测量条件下，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。
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4.2 计量器具的特性 1、静态特性：测试系统在被测量处于稳定状态时的输入输出关系 Accuracy Error
Sensitivity
Transparency
Static characteristics
Discrimination Resolution
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