儀器的計(jì)量特性:分辨力、穩(wěn)定性、靈敏度、鑒別力、漂移、響應(yīng)的判定特征(1)分辨力
對(duì)測(cè)量儀器分辨力的評(píng)定,可以通過測(cè)量儀器的顯示裝置或讀數(shù)裝置能有效辨別的最小示值來評(píng)定。
(1)帶數(shù)字顯示裝置的測(cè)量儀器的分辨力為:最低位數(shù)字顯示變化一個(gè)步進(jìn)量時(shí)的示值
差。例如:數(shù)字電壓表最低位數(shù)字顯示變化一個(gè)字的示值差為1 ,則分辨力為l 。
(2)用標(biāo)尺讀數(shù)裝置(包括帶有光學(xué)機(jī)構(gòu)的讀數(shù)裝置)的測(cè)量儀器的分辨力為:標(biāo)尺上任意
兩個(gè)相鄰標(biāo)記之間最小分度值的一半。例如:線紋尺的最小分度為1mm,則分辨力為0.5mm。
又如:衰減常數(shù)為0.1dB/cm的截止式衰減器,其刻度的最小分度為10mm,則該衰減器的分辨力為0.05dB。
(2)靈敏度
對(duì)被評(píng)定的測(cè)量儀器,在規(guī)定的某激勵(lì)值上通過一個(gè)小的激勵(lì)變化 ,得到相應(yīng)的響應(yīng)變化 ,則比值 即為該激勵(lì)值時(shí)的靈敏度。對(duì)線性測(cè)量儀器來說,靈敏度是一個(gè)常數(shù)。
例如:將熱電偶插入20℃的控溫箱,當(dāng)溫度 改變時(shí),記下數(shù)字電壓表上讀得的輸出電壓的變化量 ,則熱電偶的在20C時(shí)的靈敏度為 。
又如:若 記錄儀的輸入電壓改變l ,走紙0.2cm,則其靈敏度為0.2cm/ 。
(3)鑒別力(閾)
對(duì)被評(píng)定的測(cè)量儀器,在一定的激勵(lì)和輸出響應(yīng)下,通過緩慢單方向地逐步改變激勵(lì)輸入,觀察其輸出響應(yīng)。使測(cè)量儀器產(chǎn)生恰能察覺有響應(yīng)變化時(shí)的激勵(lì)變化,就是該測(cè)量儀器的鑒別力,又稱閾值。
例如:檢定活塞壓力真空計(jì)時(shí),當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)壓力計(jì)和被檢活塞壓力真空計(jì)在上限壓力下平衡后,在被檢活塞壓力真空計(jì)上加放的剛能破壞活塞平衡的最小砝碼的質(zhì)量值即為該被檢活塞壓力真空計(jì)的鑒別力。
(4)穩(wěn)定性
這是對(duì)測(cè)量儀器保持其計(jì)量特性恒定能力的評(píng)定。通常可用以下幾種方法來評(píng)定:
(1)方法一:通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)被評(píng)定測(cè)量儀器計(jì)量特性的變化,當(dāng)變化達(dá)到某規(guī)定值時(shí),其變化量與所經(jīng)過的時(shí)間間隔之比即為被評(píng)定測(cè)量儀器的穩(wěn)定性。
例如:用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)某標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值,當(dāng)其變化達(dá)到規(guī)定的±10%時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間間隔為3個(gè)月,則該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)質(zhì)量值的穩(wěn)定性為±1.0%/3個(gè)月。
(2)方法二:通過測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)定期觀測(cè)被評(píng)定測(cè)量儀器計(jì)量特性隨時(shí)間的變化,用所記錄的被評(píng)定測(cè)量儀器計(jì)量特性在觀測(cè)期間的變化幅度除以其變化所經(jīng)過的時(shí)間間隔,即為被評(píng)定測(cè)量儀器的穩(wěn)定性。
例如:觀測(cè)動(dòng)態(tài)力傳感器電荷靈敏度的年變化情況,按以下公式計(jì)算其靜態(tài)年穩(wěn)定性
×100%
式中:
——傳感器電荷靈敏度年穩(wěn)定性;
——上年檢定得到的傳感器電荷靈敏度;
——本年檢定得到的傳感器電荷靈敏度。
例如:信號(hào)發(fā)生器按規(guī)定時(shí)間預(yù)熱后,在10min內(nèi)連續(xù)觀測(cè)輸出幅度的變化。n個(gè)觀測(cè)
值中最大值與最小值之差除以輸出幅度的平均值得到幅度的相對(duì)變化量,再除以時(shí)間間隔
10min即得到該信號(hào)發(fā)生器的幅度穩(wěn)定性。如某信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度穩(wěn)定性為l×10-4/min。
(3)方法三:頻率源的頻率穩(wěn)定性用阿倫方差的正平方根值評(píng)定,稱頻率穩(wěn)定度。頻率定度按下式計(jì)算
式中: ——用阿倫方差的正平方根值表示的頻率穩(wěn)定度;
——取樣時(shí)間;
——取樣個(gè)數(shù)減1;
——第 次取樣時(shí),在取樣時(shí)間 內(nèi)頻率相對(duì)偏差的平均值。
例如:某銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度為
=1s, =1×10-11
=10s, =3×10-12
=100s, =1×10-12
(4)當(dāng)穩(wěn)定性不是對(duì)時(shí)間而言時(shí),應(yīng)根據(jù)檢定規(guī)程、技術(shù)規(guī)范或儀器說明書等有關(guān)技術(shù)文件規(guī)定的方法進(jìn)行評(píng)定。
(5)漂 移
根據(jù)技術(shù)規(guī)范要求,用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)在一定時(shí)間內(nèi)觀測(cè)被評(píng)定測(cè)量儀器計(jì)量特性隨時(shí)間的慢變化,記錄前后的變化值或畫出觀測(cè)值隨時(shí)間變化的漂移曲線。
例如:熱導(dǎo)式氫分析儀,規(guī)定分別用標(biāo)準(zhǔn)氣體將示值調(diào)到量程的5%和85%,經(jīng)24h后,記下前后讀數(shù),5%點(diǎn)的示值變化稱為零點(diǎn)漂移,85%點(diǎn)的示值變化減去5%點(diǎn)的示值變化,稱為量程漂移。
當(dāng)測(cè)量儀器計(jì)量特性隨時(shí)間呈線性變化時(shí),漂移曲線為直線,該直線的斜率即漂移率。在測(cè)得隨時(shí)間變化的一系列觀測(cè)值后,可以用最小二乘法擬合得到最佳直線,并根據(jù)直線的斜率計(jì)算出漂移率。
(6)響應(yīng)特性
在確定條件下,激勵(lì)與對(duì)應(yīng)響應(yīng)之間的關(guān)系稱為測(cè)量儀器的響應(yīng)特性。評(píng)定方法是:在
確定條件下,對(duì)被評(píng)定測(cè)量儀器的測(cè)量范圍內(nèi)不同測(cè)量點(diǎn)輸入信號(hào),并測(cè)量輸出信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)不隨時(shí)間變化時(shí),記下被評(píng)定測(cè)量儀器的不同激勵(lì)輸入時(shí)的輸出值,列成
表格、畫出曲線或得出輸入輸出量的函數(shù)關(guān)系式,即為測(cè)量儀器靜態(tài)測(cè)量情況下的響應(yīng)特性。
例如:將熱電偶的測(cè)溫端插人可控溫度的溫箱中,并將熱電偶的輸出端接到數(shù)字電壓表上,改變溫箱的溫度,觀測(cè)不同溫度時(shí)熱電偶輸出電壓的變化,輸出電壓隨溫度變化的曲線即為該熱電偶的溫度響應(yīng)特性。