雅安地区仪器检测机构，三坐标类量具量仪计量校准

使用微信扫描二维码分享朋友圈，成交更快更简单！

雅安地区仪器检测机构，三坐标类量具量仪计量校准

仪器技术指标对测量不确定度评定的影响

测量不确定度是定量说明测量结果质量的重要参数，不确定度来源的分析取决于对测量方法、测量仪器及被测件等方面的认识程度，其中测量仪器引入的不确定度是不确定度评定的重要分量。当我们使用仪器或进行测量时，通常是从仪器书面技术指标出发的，技术指标为确定该仪器对于某一特定应用场合的适用性或测量过程的可靠性提供了一种依据。本文针对仪器技术指标对测量不确定度评定的影响及计算问题进行说明。
1、技术指标的构成
仪器计量引入的不确定度作为B类不确定度分量，应借助于一切可利用的有关信息进行判断，获取标准偏差来评定，仪器技术指标就是直接的信息来源。因为无任何惯例限制，制造厂家给出的指标形式不尽相同，良好的技术指标应该提供足够的信息，使用户能够确定仪器所有预期的输出量输入量的性能范围，并能够确定仪器在规定范围内所有可能环境条件下的性能范围及在所有允许负载条件下的性能范围。
要确定一台仪器的性能，须将仪器所有重要指标组合在一起。仪器技术指标主要分为三种:基本技术指标(baseline)、调节技术指标(modifier)和限制技术指标( qualifier)。
1. 1基本技术指标
基本技术指标说明仪器的基本性能，通常包括三部分:输出(output)，刻度(scale)和本底(floor)。一般表示形式为:±(输出+刻度+本底)。但并非所有的技术指标都包含全部这些项，而可能只是包含其中的一项或几项。
(1)输出项:输出值或设置值的百分数，对于仪器所有的设置值来说，它都是一个恒定的百分数。
(2)刻度项:仪器所使用量程的量程值或满度值的百分数，有时也以带单位的固定值或数字来给出。无论用何种形式表示，刻度项对于同一量程的所有输出值都是相同的，这就意味着刻度项对量程的低端影响要比量程大。
(3)本底项:除了输出项与刻度项外，还可能有一个固定幅度的影响量，通常用带单位的固定值表示，它对于给定量程来说是常数，也可能对于所有量程均为常数。本底项类似于刻度不确定度，对于量程的低端影响要比量程大，在仪器技术说明书中本底项经常与刻度项不确定度表示为一项。
1. 2调节技术指标
调节技术指标是对基本技术指标的改变，大多数仪器厂家在仪器说明书中己把调节技术指标作为基本技术指标的一部分，所以不需要再单进行计算。
重要的调节技术指标通常有仪器随时间间隔、温度变化、负载变化及电源电压变化等引起的技术指标的变化。
仪器调节技术指标很重要，因为在使用中可能需要详细的了解仪器其特定方面的性能。常用调节技术指标如下:
(1)时间项。技术指标通常都有一个特定的时间期间，在这个期间内，仪器的性能能够达到规定的技术指标，这个时间期间就是校准间隔( calibration interval)，由于仪器内模拟电路中存在固有的漂移速率，所以限定校准间隔是必要的，它是对仪器在一定的时间之内保持其给定技术指标的能力的一种度量，常见时间间隔有30，90，180，360天等。如果仪器的性能指标中没有说明指标的有效时间间隔，就加上其随时间变化的稳定性技术指标。
(2)温度项。由于仪器的模拟电路具有温度系数，因此指标中的温度范围也是非常重要的，常用的温度范围是23℃、15℃度，这个范围反映了大部分实际的使用情况。温度范围在整个校准间隔之内是有效的。
若在仪器规定的温度范围外使用仪器，就要用温度系数来对不确定度指标的下降程度进行描述，并且需要把温度系数这项不确定度加在总的不确定度上。
(3)电源和输出负载项。仪器技术说明书中，通常还会列出电源电压变化或仪器施加负载后的调节技术指标;仪器使用中，若存在电源电压或负载影响，则这项技术指标也需要加在仪器的总不确定度指标中来评估仪器的性能。
1. 3限制技术指标
限制技术指标是指仪器性能的极限或工作特性，通常不影响仪器的一般技术指标，例如:标准限制，辐射、屏蔽限制及各种安全标准要求等，这些附加项目在特殊使用条件下或进行比较时是考虑的重要因素。
2、评价技术指标
仪器技术指标以量化的形式描述仪器能力，技术指标是在对大量仪器的统计基础上得出的，它不是描述某一台特定的仪器，而是概括了这一类仪器的共同特性，所以任何一台仪器都应该符合所有的指标并且一般地都应明显超出大部分指标的细节。客观评价仪器技术指标的对于测量使用是很重要的。
2. 1技术指标的置信水平
技术指标是仪器性能的书面说明书，通常会给出其准确度或大允许误差范围，对于使用者来说不应只关注仪器的实际值与标称值的偏差，因为技术指标不等于性能，技术指标是性能的参数，使用者更应关注的是这个偏差的可信度，就是置信度或置信水平。仪器业界还没有统一认可的置信度标准要求，不同的厂家所做出的选择是不同的，有的可能是95 %，低可到64 %，而高可达99%或更高(保守的原则)。保守原则的好处是单台仪器在具体指标中的典型性能只是公布指标的三分之一，所以有不同置信度的原则，它将导致一些潜在的影响，不同厂家的不同置信度原则将导致对指标的误解。因此，比较技术指标应尽量去查明厂家对指标所使用的置信度，从而在同等条件下进行比较。
2. 2技术指标的溯源性
无论仪器校准，还是性能测试，所用的检测仪器具有更高的精度才能用来比较被测仪器的误差。测试不确定度比(Test Uncertainty Ratio - TUR)是被仪器的误差与的仪器比。为了排除因仪器校准误差所造成的不希望的结果，理想情况是仪器校准的性能比被较准确无误仪器高十倍以上。然而通常这是无法做到的。
所以1:4作为足够的TUR被广泛接受。如果溯源不确定度比不满足1 :4要求，应将上级参考标准的不确定度或校准不确定度合成在仪器总指标中指标中。
因此，仪器技术指标的给出通常会有相对指标与总指标之分。相对指标不包括用来仪器校准的参考标准及相关的附加不确定度因素，这个指标是对仪器总的技术J险能的不完全说明;总技术指标应包括溯源性链中所有因素来源的影响说明，至少包括仪器本身误差引入的不确定度因素和用来校准该仪器的参考标准引入的不确定度因素，这是仪器可利用的性能的真实技术指标。标准实验室通常会给出其校准标准的不确定度，为了确定仪器实际能达到的性能，把该校准标准的不确定度和相对于校准标准的不确定度结合起来。例如:Fluke的仪器校准会分别给出相对不确定度和不确定度两项技术指标。
因此，为了获得仪器校准的真实技术指标，仪器使用者应该了解技术指标的所有项目，并懂得如何从说明书的各种脚注、小字说明及技术指标本身当中把这些项目抽取出来，进行分析、解释，并计算出真实技术指标。
3、技术指标比较实例
表1列出了两台校准器的主要技术指标，我们对两台校准器的19. 99999V输出不确定度进行比较:
两台校准器的主要技术指标
技术指标比较主要步骤:
(1)识别需要变换的技术指标;
(2)统一技术指标的单位，然后在进行计算;
(3)按给出的置信区间调整不确定度。
对于校准器A，只有基本技术指标(输出和本底)需要进行变换计算，其它调节技术指标都包含在基本技术指标内。校准器B除基本技术指标(输出和刻度)外，调节技术指标(校准间隔，电源调整率，负载调整率和稳定性)和对标准的不确定度都单列出，进行变换和计算。
此外，虽然两台校准器都有温度调节注释说明，但校准器A给出温度范围己超出校准温度范围，无须计算温度调节，而校准器B增加温度调节不确定度。
指标变换计算如下:
指标变换计算
两台校准器总不确定度己变换计算得出，但两台仪器的置信区间并不相同，为了能进一步说明问题，我们希望在同一置信水平比较两仪器。根据置信水平的定义:
99%的置信水平=2. 58置信区间
95%的置信水平=1. 96置信区间
利用希望置信区间与给出置信区间之比作为比例乘数，去乘校准总的不确定度，就可以得到具有相同置信水平的技术指标。
对于校准器A，比例系数为:
2. 58 /2. 58=1
对于校准器B，比例系数为:
2. 58/1.96=1 .32
则两台校准器比较结果如下:
两台校准器比较结果
在基本技术指标中，校准器B的指标要比校准器A的指标高4倍，但在相同条件下进行修正后，校准器B的指标要比校准器A下降72%。
4、结束语
通过上面的分析我们看到，仪器校准的技术指标是比较复杂的，不同的仪器制造商通常会给出不同条件下不同项目的不确定度。为了恰当的购置仪器，或者是正确的使用仪器，比较仪器，我们应当仔细研究仪器技术指标中容易被忽略的细节。