測量儀表的質(zhì)量通常用一個簡單的問題進行評估:測量精度如何?盡管這個問題看上去很簡單,但答案往往未必如此。選擇最適用的測量儀表就需要認識一下影響測量不確定性的一些因素。這樣反過來還可更深入了解該類儀表的技術(shù)指標(biāo)所列出的信息以及未列出的信息。
儀表測量的性能根據(jù)動態(tài)性(量程、響應(yīng)時間)、準(zhǔn)確度(重復(fù)性、精密度和靈敏度)以及穩(wěn)定性(對老化及惡劣環(huán)境的容差)來進行評估的。其中,準(zhǔn)確度(應(yīng)該是最大允許誤差,經(jīng)常被叫做精度)通常被視為最重要的質(zhì)量因素,也是最難以確定的因素。
靈敏度與準(zhǔn)確度
測量輸出變化與標(biāo)準(zhǔn)值變化之間的關(guān)系稱為靈敏度。理想情況下這種關(guān)系呈現(xiàn)為完美線性,但在實際操作中所有測量均會存在某些瑕疵或不確定性。
被測值與與標(biāo)準(zhǔn)值的一致性通常簡單地稱為“準(zhǔn)確度”,但這是一個略微模糊的術(shù)語。嚴格定義的準(zhǔn)確度通常包括重復(fù)性。重復(fù)性指在測量條件不變的情況下,儀器在重復(fù)測量時能夠達到相似測量結(jié)果的能力(見圖1)。但是其可能包含也可能不包含濕滯、溫度依賴性、非線性和長期穩(wěn)定性。重復(fù)性本身通常是測量不確定性的次要來源,如果精度規(guī)范不包含其它不確定性,則其可能會造成對實際測量性能的錯誤印象。
測量值與已知標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系往往被稱為傳遞函數(shù)。 請見圖2,當(dāng)測量值調(diào)整時,這種關(guān)系也將根據(jù)已知校準(zhǔn)基準(zhǔn)進行微調(diào)。理想情況下,傳遞函數(shù)呈現(xiàn)為跨整個量程的完美線性,但在實際操作中大多數(shù)測量均會因被測量的大小不同而在靈敏度上發(fā)生一些變化。
這種類型的瑕疵被稱之為非線性(見圖3)。這種現(xiàn)象通常在量程的極限處比較突出。因此,核實精度規(guī)范是否包含非線性以及精度是否適用于全量程范圍非常必要。若非如此,那么就有理由對接近極限值的測量精度表示懷疑。
濕滯是指與被測變量變化方向有關(guān)的測量靈敏度變化(見圖4)。這可能是導(dǎo)致某些濕度傳感器測量不確定的重要原因,而這些傳感器采用極易附著水分子的材料制造而成。如果規(guī)定的精度未標(biāo)明是否包含濕滯,那么造成這一測量不確定性的原因就會變得不明確。此外,如果校準(zhǔn)順序僅按一個方向進行,濕滯的作用在校準(zhǔn)過程中將不會顯示出來,而如果技術(shù)規(guī)范中忽略了濕滯,那么也將無法掌握測量中的濕滯水平。維薩拉薄膜聚合物傳感器的濕滯幾乎可以忽略不計,并且始終在規(guī)定精度之內(nèi)。
溫度和壓力等環(huán)境條件也會對測量精度產(chǎn)生影響。如果溫度依賴性未確定而工作溫度變化劇烈,那么可重復(fù)性可能就會受到影響。規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)規(guī)范既可能適用于全量程工作溫度,也可能適用于特定、有限或“常規(guī)”的工作溫度范圍。如果沒有明確的說明以這種方式表示的技術(shù)規(guī)范將在一定的溫度范圍處于無法確定的狀態(tài)。
穩(wěn)定性和選擇性