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測量儀器的標(biāo)尺、范圍和工作條件

發(fā)布時間:2007-05-17 作者:金華彰 來源:www.jlbjb.com 瀏覽:13742

計量培訓(xùn):通用計量術(shù)語知識講座

  測量儀器為了顯示(指示)、記錄被測量值,通常均帶有顯示裝置,帶有標(biāo)尺,并具有不同的示值范圍、標(biāo)稱范圍和測量范圍,及其規(guī)定的工作條件。    

  一、示值、標(biāo)稱值、顯示(指示)裝置

  測量儀器的示值就是指“測量儀器所給出量的值”(見JJF1001-1998《通用計量術(shù)語及定義》規(guī)范5.2條,以下簡稱條款),即測量儀器所顯示(或指示)的量值。這個量值可以是被測量值,也可以是為了用于計算被測量之值的其它量值。如顯示(指示)裝置上所標(biāo)注的單位是被測量單位,則示值可直接從顯示(指示)裝置上讀得,這稱為直接示值;有的要乘以儀器常數(shù)后才能得到測量儀器的示值(如萬用表、多量程電壓表),儀器常數(shù)是指“為給出被測量的指示值或用于計算被測量量的指示值,必須與測量儀器直接示值相乘的系數(shù)”(7.8條);有的其示值將通過換算才能得到被測量值,所顯示(指示)的量值并不直接顯示被測量值的大小。可見測量儀器所給出的量的值,這個“量”是指顯示(指示)的量值,并不都是指被測量值。對于模擬式測量儀器而言,示值的概念也適用于相鄰標(biāo)尺標(biāo)記間的內(nèi)插估計值,作為記錄式測量儀器,則記錄裝置的記錄主體(如筆頭)的位置所對應(yīng)的量值就是示值。
  標(biāo)稱值是指“測量儀器上表明其特性或指導(dǎo)其使用的量值,該值為圓整值或近似值”(7.3條)。通常這是對實(shí)物量具而言,以固定形態(tài)復(fù)現(xiàn)或提供給定量的那個值。這個值經(jīng)修約取整,往往是通過標(biāo)準(zhǔn)器對比所確定的量值的近似值。它可以表明實(shí)物量具的特性或指導(dǎo)其使用。例如標(biāo)在標(biāo)準(zhǔn)電阻上的量值100Ω,標(biāo)在砝碼上的量值10g,標(biāo)在單刻度量杯上的量值1L,標(biāo)在量塊上的量值100mm,該標(biāo)稱值就是實(shí)物量具本身所復(fù)現(xiàn)的量值。示值的概念是廣義的,對于實(shí)物量具而言,示值就是它所標(biāo)出的值,即標(biāo)稱值。但這二者仍是有區(qū)別的,示值是指測量儀器所顯示(或指示)的量值,標(biāo)稱值是指測量儀器上表明其特性或指導(dǎo)其使用的量值,示值的概念如應(yīng)用于量具,則量具的標(biāo)稱值就是示值。在標(biāo)稱值定義上指出在“測量儀器上……”,而沒有單指實(shí)物量具,這說明標(biāo)稱值的概念也具有廣義性,測量儀器上所標(biāo)記的量值也就是標(biāo)稱值。
  顯示(指示)裝置是指“測量儀器顯示示值的部件”(6.13條)。上面所說的示值就是通過測量儀器的顯示(指示)裝置來提供的。顯示(指示)裝置是測量儀器的重要組成部份,它通常位于測量儀器的輸出端。顯示裝置和指示裝置是同義詞,但嚴(yán)格講,這二者是有差異的,指示裝置是顯示的一種方式,指示裝置通常具有指示器,可以用指針刻度等進(jìn)行顯示,也可以用數(shù)字進(jìn)行顯示,而某些復(fù)雜的信號則要靠文字、圖形和圖象來顯示,甚至應(yīng)用計算機(jī)可以借助屏幕直接進(jìn)行顯示,以供人觀察分析,因此顯示裝置具有廣義性。測量儀器上應(yīng)用的多數(shù)仍是指示裝置。
  指示裝置提供示值的方式通常有三種:可以分為模擬式、數(shù)字式、半數(shù)字式。模擬式指示裝置提供模擬示值,即通常帶有標(biāo)尺和指示器,將被測量變換為長度或角度量值進(jìn)行顯示。數(shù)字式指示裝置提供數(shù)字示值,即它把模擬量轉(zhuǎn)換為以脈沖信號的頻率或時間間隔形式出現(xiàn)的數(shù)字量,然后用電子計數(shù)器計數(shù)并進(jìn)行顯示。半數(shù)字式指示裝置是以上兩種的綜合,即除末位數(shù)為模擬示值外,其它均為數(shù)字化示值,它通過由末位有效數(shù)字的連續(xù)移動進(jìn)行內(nèi)插的數(shù)字式指示,或通過由標(biāo)尺和指示器輔助讀數(shù)的數(shù)字或指示提供半數(shù)字示值。
  顯示(指示)裝置這個術(shù)語也包括實(shí)物量具的指示器或定位裝置(如可變的電阻箱轉(zhuǎn)盤)。但應(yīng)注意,并不是所有的測量儀器都帶有顯示裝置,例如有時實(shí)物量具用其標(biāo)稱值作為其示值,如量塊、標(biāo)準(zhǔn)電阻、砝碼等,這種不能作為是顯示裝置,因?yàn)樗淮嬖陲@示示值的部件。
  “提供示值記錄的測量儀器部件”(6.14條)稱為記錄裝置。記錄裝置是測量儀器輸出部分中提供示值記錄的一套部件。通常記錄式測量儀器帶有這一功能,它可以通過記錄裝置把量值記錄下來。例如廣泛應(yīng)用于溫度測量的配熱電偶的自動電子電位差計,或配熱電阻的自動電子平衡電橋,具有圓圖或長圖形的記錄紙、記錄筆和傳動機(jī)構(gòu)組成的記錄裝置,具有單點(diǎn)或多點(diǎn)記錄,也具有連續(xù)的離散記錄。在工業(yè)生產(chǎn)中工藝參數(shù)的自動控制調(diào)節(jié)、進(jìn)行連續(xù)動態(tài)測量、或隨著不同時間工序參數(shù)進(jìn)行動態(tài)變化等測量活動中,應(yīng)用記錄裝置則更為必要。    

  二、測量儀器的標(biāo)尺

  標(biāo)尺是測量儀器顯示裝置的重要組成部分,測量儀器的示值將從標(biāo)尺上得到,標(biāo)尺的特性及其讀取示值的能力將直接影響到測量儀器的準(zhǔn)確度和可靠性。

  1.標(biāo)尺
  測量儀器的標(biāo)尺是指“測量儀器顯示裝置的部件,由一組有序的帶有數(shù)碼的標(biāo)記構(gòu)成”(6.18條)。標(biāo)尺是測量儀器顯示裝置中的一個部件,它由一組有序的帶有數(shù)碼的標(biāo)尺標(biāo)記所構(gòu)成。通常標(biāo)尺標(biāo)記在不同的相應(yīng)間隔標(biāo)有數(shù)字,標(biāo)注的數(shù)字可以是用被測量單位的,也可以是用其他單位或按比例的純數(shù)字,標(biāo)尺通常固定或標(biāo)注在度盤上,一個度盤可以有一個或多個標(biāo)尺(如萬用表),度盤可以是固定的也可以是活動的,所以標(biāo)尺也是可以固定的或活動的。例如各種指示式電表、壓力表、溫度計、直尺、刻度量器等。標(biāo)尺是確定測量儀器示值大小的重要部件,因?yàn)闇y量儀器的準(zhǔn)確度主要由其示值的最大允許誤差來決定,因此標(biāo)尺的準(zhǔn)確性直接影響著測量儀器的準(zhǔn)確度。是否所有測量儀器都具有標(biāo)尺,那不一定,關(guān)鍵決定于該測量儀器是否有顯示(指示)裝置,是否有顯示示值的部件。通常只要帶有指示器的顯示(指示)裝置均帶有標(biāo)尺。
  指示器是指“顯示裝置的固定的或可動的部件,根據(jù)它相對于標(biāo)尺標(biāo)記的位置即可確定示值”(6.17條)。指示器是指示裝置中用以確定示值的部件,這一部件可以是固定的也可以是可動的,如何去確定示值呢?是由指示器相對于標(biāo)尺標(biāo)記的位置來確定的。通常指示裝置具有測量儀器的標(biāo)尺,標(biāo)尺上帶有一組或多組有序的帶有數(shù)碼的標(biāo)記,指示器正是在上述標(biāo)記上的以確定其被測量值示值的固定或不動的部件。例如指示式電流表、電壓表、動圈式溫度測量儀、百分表、千分表,其指示器就是可動的指針;如玻璃溫度計、體溫計、玻璃量器、U型管壓力計,其指示器就是可上下升降的液面;如光點(diǎn)式檢流計其指示器就是可動的光點(diǎn);對于記錄式測量儀器,其指示器就是可移動的記錄筆。也有固定的指示器,如人體秤、分度盤,其指示器是固定的,而其標(biāo)尺或度盤在轉(zhuǎn)動,又如常用的千分尺,微分筒是可轉(zhuǎn)動的,而在固定套筒上相對微分筒棱邊的垂直線即作為指示器是固定的。如家用電能表、煤氣表其讀數(shù)窗口具有指示標(biāo)線,這就是固定的指示器。指示器和標(biāo)尺是緊密相聯(lián)的,示值通過指示器在標(biāo)尺上讀取或記錄。有時測量儀器沒有標(biāo)尺,如量塊、標(biāo)準(zhǔn)電阻、砝碼就只有標(biāo)稱值,并無顯示示值的部件。

  2.標(biāo)尺數(shù)碼
  在指示裝置的標(biāo)尺上,由一組有序的帶有數(shù)碼構(gòu)成的標(biāo)記稱為標(biāo)尺標(biāo)記,通常標(biāo)尺標(biāo)記具有與量值對應(yīng)關(guān)系的刻線、點(diǎn)及數(shù)字等記號,以及相應(yīng)的標(biāo)尺數(shù)碼構(gòu)成。標(biāo)尺數(shù)碼是指“與標(biāo)尺標(biāo)記關(guān)聯(lián)的一組有序數(shù)字”(6.29條)。標(biāo)尺數(shù)碼是指標(biāo)在標(biāo)尺標(biāo)記上的整組數(shù)字,這些數(shù)字通常對應(yīng)于標(biāo)尺標(biāo)記所確定的被測量值,或是表示標(biāo)尺標(biāo)記的數(shù)字順序,這些數(shù)字是有序的。例如玻璃溫度計在標(biāo)尺上標(biāo)注的數(shù)字,彈簧壓力表在標(biāo)尺上標(biāo)注的數(shù)字,該標(biāo)尺數(shù)碼就是以溫度單位和壓力單位表示的被測量值。有時一些多量程的標(biāo)尺,其標(biāo)尺數(shù)碼往往是一組順序的數(shù)字,如萬用表,使用時其數(shù)碼要乘以一個常數(shù)才是被測量值。對于數(shù)字式測量儀器,其顯示的數(shù)字就是標(biāo)尺數(shù)碼。定義中所指“有序數(shù)字”,是說明標(biāo)尺數(shù)碼所標(biāo)記的數(shù)字是有規(guī)律的,如用0,1,2,3……順序數(shù)字,或用0,2,4,6……等間隔數(shù)字等形式。帶有指示裝置的量具,自然也有標(biāo)尺和標(biāo)尺標(biāo)記,如可變電阻箱。

  3.標(biāo)尺長度
  標(biāo)尺長度是指“在給定標(biāo)尺上,始末兩條標(biāo)尺標(biāo)記之間且通過全部最短標(biāo)尺標(biāo)記各個中點(diǎn)的光滑連線的長度”(6.19條)。標(biāo)尺長度就是沿指示的軌跡通過,最短標(biāo)尺中點(diǎn)的第一個標(biāo)記(始端)與最末一個標(biāo)記(末端)之間連線的長度,此連線應(yīng)通過全部最短標(biāo)記的中點(diǎn),這根連線也可稱為標(biāo)尺基線,它可能是實(shí)線(對直線標(biāo)尺而言),如直尺、卡尺,也可能是虛線(對圓弧曲線、圓等標(biāo)尺而言),如指示式電壓表、電流表、百分表。也可以是一條標(biāo)尺基線,對多量程的標(biāo)尺也可能有多條標(biāo)尺基線,如萬用表。標(biāo)尺長度以長度單位表示,它與被測量單位或標(biāo)在標(biāo)尺上的單位無關(guān)。標(biāo)尺長度對測量儀器的計量特性十分重要,因?yàn)樗绊懼鴾y量儀器讀數(shù)誤差的大小。

  4.標(biāo)尺間距
  標(biāo)尺間距是指“沿著標(biāo)尺長度的同一條線測得的兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記之間的距離”(6.22條)。標(biāo)尺間距是沿標(biāo)尺長度的線段(即標(biāo)尺基線)所測量得到的任何兩個相鄰標(biāo)尺標(biāo)記之間的距離。它以長度單位表示,而與被測量的單位和標(biāo)在標(biāo)尺上的單位無關(guān)。標(biāo)尺間隔大,當(dāng)然可以提高讀數(shù)的分辨力和準(zhǔn)確可靠性,所以標(biāo)尺間距決定著讀數(shù)誤差和有無必要進(jìn)行內(nèi)插讀數(shù)。

  5.標(biāo)尺分度
  標(biāo)尺分度是指“標(biāo)尺上任何兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記之間的部分”(6.21條)。標(biāo)尺分度主要說明標(biāo)尺分成了多少個可以分辨的區(qū)間,決定標(biāo)尺分度得粗一點(diǎn),還是分得細(xì)一點(diǎn),標(biāo)尺分度與量值無關(guān)。如某測量儀器其兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記為1格,如果在這一相鄰標(biāo)尺標(biāo)記中間再加上一條短刻線,則其標(biāo)尺分度為1/2格,如果在這一格上加上9條短刻線,則標(biāo)尺分度為1/10格,分度得更細(xì)了。影響標(biāo)尺分度的一個十分重要的因素是刻線寬度,當(dāng)然刻線寬度與標(biāo)尺間距也有關(guān)。有的測量儀器如精密壓力表,則規(guī)定分度線寬度<0.2mm,對外殼直徑150mm壓力表其分度標(biāo)尺外向弧全長不少于300mm(即標(biāo)尺長度),其標(biāo)尺間距要按300分格進(jìn)行分度。可見標(biāo)尺分度等性能要求,將直接影響測量儀器準(zhǔn)確度,在我國計量檢定規(guī)程中需要充實(shí)這些內(nèi)容。

  6.標(biāo)尺間隔(分度值)
  標(biāo)尺間隔(即分度值)是測量儀器的一個十分重要的參數(shù)。在我國習(xí)慣上稱為“分度值”。它是指“對應(yīng)兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記的兩個值之差”(6.23條)。即兩個相鄰分度間的量值,標(biāo)尺間隔(分度值)用標(biāo)在標(biāo)尺上的單位來表示,而與被測量的單位無關(guān)。但實(shí)際上大部分測量儀器的分度值是以被測量單位表述,例如:長度指示式量具百分表其分度值為0.01mm;千分表的分度值為0.001mm;體溫計的分度值為0.1℃。有的測量儀器有幾個標(biāo)尺,且其標(biāo)尺間隔各不相同,則此時標(biāo)尺分度值往往是指最小的標(biāo)尺間隔。數(shù)字式測量儀器的分度值,一般按最后一位數(shù)字的1/2表示。分度值影響著測量儀器的示值誤差,它和標(biāo)尺分度數(shù)目一起,是有的測量儀器劃分準(zhǔn)確度等級的主要依據(jù)。
  要注意標(biāo)尺分度和標(biāo)尺間隔(分度值)的區(qū)別,標(biāo)尺分度是說明如何確定標(biāo)尺的數(shù)目和區(qū)間,而標(biāo)尺間隔(分度值)是指兩相鄰標(biāo)尺標(biāo)記的兩個值之差,從上述可見,這二者有一定關(guān)系,分度數(shù)目多了,其分度值就小了,它將會影響測量儀器的準(zhǔn)確度。

  7.標(biāo)尺的分類
  標(biāo)尺按其特點(diǎn)和形式可分類如下:

  (1)線性標(biāo)尺
  即是指“在整個標(biāo)尺中每個標(biāo)尺間距與其對應(yīng)的標(biāo)尺間隔呈恒定比例關(guān)系的標(biāo)尺”(6.24條)。線性標(biāo)尺適用于在輸入、輸出關(guān)系呈線性的測量儀器的指示裝置上,在整個標(biāo)尺中其標(biāo)尺間距與對應(yīng)的分度值之比是相等的。當(dāng)然這不等于要求標(biāo)尺上的標(biāo)尺間距和分度值處處相等。通常大多數(shù)標(biāo)尺其間距和分度值是恒定的,這種線性標(biāo)尺稱之為規(guī)則標(biāo)尺,是最常用的一種線性標(biāo)尺,例如線紋尺、百分表等。

  (2)非線性標(biāo)尺
  是指“在整個標(biāo)尺中每個標(biāo)尺間距與其對應(yīng)的標(biāo)尺間隔呈非恒定比例關(guān)系的標(biāo)尺”(6.25條)。非線性標(biāo)尺是一種各標(biāo)尺間距與對應(yīng)標(biāo)尺間隔呈非常數(shù)比例關(guān)系的標(biāo)尺,它相對于線性標(biāo)尺而言。非線性標(biāo)尺要求,測量儀器指示裝置上的標(biāo)尺,其標(biāo)尺間距與分度值(標(biāo)尺間隔)的比例關(guān)系,應(yīng)與測量儀器輸出與輸入的比例關(guān)系相適應(yīng)。某些非線性標(biāo)尺有專門的名稱,如對數(shù)標(biāo)尺、平方律標(biāo)尺,電動系電流表和電壓表采用的就是平方律標(biāo)尺,而聲級計采用的則是對數(shù)標(biāo)尺。

  (3)抑零標(biāo)尺
  是指“標(biāo)尺范圍內(nèi)不含零值的標(biāo)尺”(6.26條)。有的測量儀器被測量值遠(yuǎn)離被測的零值,在使用中沒有必要包含零值的標(biāo)尺值,這種無零值的標(biāo)尺稱為抑零標(biāo)尺。例如體溫計其示值范圍為35℃~42℃,為無零值的抑零標(biāo)尺;如測量范圍為25mm~50mm的千分尺,其標(biāo)尺也可算為抑零標(biāo)尺。但有的測量儀器,如光學(xué)高溫計測量范圍為700℃~1500℃、1200℃~3000℃,但它具有零值,以便于日常調(diào)整機(jī)械零位;又如一等標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計,測量范圍為-30℃~+300℃,共由九支組成,每支測量范圍為25℃,但每支均有0℃輔助標(biāo)尺,主要用以確定對示值的零位修正值,則這些標(biāo)尺雖然零值標(biāo)尺不用于日常測量,但也不應(yīng)算抑零標(biāo)尺。

  (4)擴(kuò)展式標(biāo)尺
  是指“標(biāo)尺范圍的一部分所占的標(biāo)尺長度,不成比例地大于其他部分的標(biāo)尺”(6.27條)。有的測量儀器為了提高測量的準(zhǔn)確度,往往把某一部分標(biāo)尺加以擴(kuò)大,加大其標(biāo)尺間距,當(dāng)然同時要壓縮一部分其他標(biāo)尺間距,這種擴(kuò)展后的標(biāo)尺稱為擴(kuò)展式標(biāo)尺。例如在高溫鹽浴爐測溫中,通常輻射高溫計配帶有自動指示調(diào)節(jié)控制的電子電位差計進(jìn)行測量,為了提高其控溫準(zhǔn)確度,則把儀表的測量范圍改為1100℃~1300℃,仍具有零位,擴(kuò)大了標(biāo)尺間距,從而提高了控溫的靈敏度。

  (5)度盤
  度盤是指“載有一個或幾個標(biāo)尺的固定的或可動的顯示裝置部體”(6.28條)。度盤是顯示裝置中顯示示值的部件,通常度盤上帶有一個標(biāo)尺,但多量程或多參數(shù)測量儀器的度盤上則帶有多個標(biāo)尺。有的測量儀器的度盤是固定的,可以讓指示器沿著度盤的標(biāo)尺移動,如常用的電流表、電壓表、壓力表、百分表、天平等;有的度盤是可動的,則將指示器固定,而讓度盤上帶的標(biāo)尺相對于指示器運(yùn)動,如人體秤就屬于此類情況。度盤形狀其形式也很多,有直線的,有平面的,圓柱形的,圓錐形的,在某些光學(xué)儀器上,平面圓形的度盤往往叫做分度盤,而對于圓柱或圓錐形狀的度盤稱為分度筒。在數(shù)字指示裝置中,帶有數(shù)碼的鼓輪即相當(dāng)于度盤,它可以相對于固定的指示器窗口進(jìn)行轉(zhuǎn)動。
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  三、示值范圍、標(biāo)稱范圍、測量范圍和量程

  范圍的概念在測量儀器中十分重要,如測量范圍就是測量儀器的主要特性之一,它確定了測量儀器被使用的范圍,直接關(guān)系到測量儀器的準(zhǔn)確度,而其它如示值范圍、標(biāo)稱范圍、量程也將會對確定或計算測量儀器的準(zhǔn)確度或其最大允許誤差等參數(shù)直接相關(guān)。

  1.示值范圍
  示值范圍是指“極限示值界限內(nèi)的一組值”(6.20條)。即指測量儀器在顯示裝置上其最大與最小示值的范圍。對于模擬式測量儀器而言,示值范圍也就是其標(biāo)尺范圍,即由顯示裝置標(biāo)尺上始末兩端標(biāo)記之間所指示的標(biāo)尺值的范圍。示值范圍可以用標(biāo)在顯示器標(biāo)尺上的單位來表示,而與被測量的單位無關(guān),通常用其上下限范圍來表述。例如:用熱電偶測溫,其指示儀表示值范圍為溫度單位,而其被測量是熱電動勢毫伏值,如上限為1000℃,下限為0℃,則示值范圍為0℃~1000℃;如日常使用的度盤秤示值范圍為0~4kg;如一支下限為-20℃,上限為+50℃的玻璃溫度計,則其示值范圍為-20℃~+50℃;有的測量儀器有幾個示值范圍,如100kN萬能材料試驗(yàn)機(jī)中就有0~20kN、0~50kN、0~100kN三個示值范圍;對于數(shù)字式顯示的測量儀器,則其示值范圍按顯示器上的單位由數(shù)字位數(shù)來決定。

  2.標(biāo)稱范圍
  標(biāo)稱范圍是指“測量儀器的操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍”(7.1條)。定義中特別強(qiáng)調(diào)標(biāo)稱范圍是操縱器件調(diào)到特定位置時可得到的示值范圍,這說明此時的示值范圍是與測量儀器的整體所聯(lián)系的,由于和操縱器體調(diào)到特定位置有關(guān),所以該范圍和標(biāo)注的量值有關(guān),實(shí)際上是指測量儀器在被指示的量值可得到的標(biāo)稱值范圍,通常標(biāo)稱范圍以被測量的單位表示,當(dāng)然也可以是用于計算被測量的其它量表示。例如一臺萬用表,把操縱器件調(diào)到×10V一檔,其標(biāo)尺上下限數(shù)碼為0~10,則其標(biāo)稱范圍為0V~100V。一支玻璃溫度計,其標(biāo)尺下限示值為-30℃,其上限值為+80℃,則此溫度計的標(biāo)稱范圍為-30℃~+80℃。標(biāo)稱范圍通常用它的下限和上限表明。把標(biāo)稱范圍的下限稱為最小值,把標(biāo)稱范圍的上限稱為最大值,當(dāng)下限為零時,標(biāo)稱范圍一般用其最高值來表示,如0V~100V的電壓表,則其標(biāo)稱范圍為100V。

  3.測量范圍
  測量范圍是測量儀器重要特性之一。它是指“測量儀器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測量的值”(7.4條)。測量范圍也可稱為工作范圍,它是指測量儀器的誤差處于規(guī)定的極限范圍內(nèi)的這一被測量值的范圍。即這一被測量值的最大值和最小值之差稱為測量范圍,在這一規(guī)定的測量范圍內(nèi)使用,其示值誤差就應(yīng)處在允許誤差限內(nèi),如超出測量范圍使用,則示值誤差將超出允許誤差限。有些測量儀器的測量范圍與其示值范圍、標(biāo)稱范圍相同,如體溫計、電壓表、壓力表、密度計等;而有的測量儀器在下限,其相對誤差會急劇增大,如地秤,則它確定了一個能確保其示值誤差在規(guī)定極限內(nèi)的示值范圍作為測量范圍;有時測量儀器由于原理結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如光學(xué)高溫計以燈絲亮度比對進(jìn)行測溫,它能滿足允許示值誤差的標(biāo)稱范圍為700℃~3000℃,則700℃~3000℃為其測量范圍。測量范圍就是在正常工作條件下,能確保測量儀器規(guī)定準(zhǔn)確度的被測量值的范圍。
  4.量程
  量程是指“標(biāo)稱范圍兩極限之差的模”(7.2條)。量程是指標(biāo)稱范圍的上限即最大值減去其下限即最小值之差的模,這里所說的模是指其絕對值。例如:溫度計下限為-30℃,其上限為+80℃,則其量程為|80-(-30)|即為110℃;某電壓表其標(biāo)稱范圍為100V,則其量程為|100-0|,即為100V,如標(biāo)稱范圍為-10V~+10V,其量程為20V。引入量程的概念,一個主要用途可以方便地來確定測量儀器的引用誤差。引用誤差中需要確定一個儀器的特定值,該特定值一般稱為引用值,通常量程就是這一引用值,例如有三塊準(zhǔn)確度為1級的電壓表,其標(biāo)稱范圍分別為-10V~+10V、0V~20V、+10V~+30V,這時如按標(biāo)稱范圍去比較,會感到不得要領(lǐng),而用量程再去計算其引用誤差,則其引用誤差均為20V×1%=±0.20V,可見雖然標(biāo)稱范圍不同但其準(zhǔn)確度是相同的。
  這里必須正確區(qū)別示值范圍、標(biāo)稱范圍、測量范圍和量程的概念。示值范圍是指測量儀器顯示(指示)裝置所顯示或指示最低值(即下限)到最高值(即上限)的范圍,對模擬式儀器而言,它可以稱為標(biāo)尺范圍,即對標(biāo)尺所標(biāo)注的示值而言,示值范圍用標(biāo)在指示器上的單位表示,而不論被測量的單位如何。標(biāo)稱范圍是對包括標(biāo)尺在內(nèi)的整個測量儀器而言,是指測量儀器被指示的表明其特性或指導(dǎo)其使用量值的范圍,測量儀器本身可得到的示值范圍。測量范圍是指能保證測量儀器規(guī)定準(zhǔn)確度滿足誤差在規(guī)定極限內(nèi)的被測量值最小值(即下限)和最大值(即上限)間的范圍,即在允許誤差限內(nèi)測量儀器被測量值的范圍。量程是指標(biāo)稱范圍上限值和下限值之差的模。上述名詞嚴(yán)格講概念是不同的,但有時其量值是相同的,有時則不同。如一支-30℃~+80℃的玻璃溫度計,則其示值范圍、標(biāo)稱范圍、測量范圍均為-30℃~+80℃是相同的。如一臺隱絲式光學(xué)高溫計其示值范圍為0~3200℃,而其測量范圍為800℃~3200℃,在不同的量程其標(biāo)稱范圍為800℃~1400℃、1200℃~2000℃、1800℃~3200℃,三者完全不同。有的測量儀器示值范圍、測量范圍隨儀器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而不同,如千分尺其示值范圍為0~25mm,但千分尺的測量范圍可有0~25mm、25mm~50mm、50mm~75mm等;又如立式光學(xué)計的示值范圍為±0.1mm,但由于懸臂可沿立柱升降,故測量范圍可達(dá)180mm。    

  四、測量儀器的工作條件

  測量儀器的性能與其使用的工作條件有關(guān),通常對以下三類情況做了規(guī)定。

  1.額定操作條件
  額定操作條件是指“測量儀器的規(guī)定計量特性處于給定極限內(nèi)的使用條件”(7.5條)。額定操作條件就是指測量儀器的正常工作條件。額定操作條件一般要規(guī)定被測量和影響量的范圍或額定值,只有在規(guī)定的范圍和額定值下使用,測量儀器才能滿足規(guī)定的計量特性或規(guī)定的示值允許誤差值,滿足規(guī)定的正常使用要求。如工作壓力表測量范圍上限為10MPa,則其上限只能用于10MPa,如額定電流為10A的電能表,則其輸入電流不得超過10A。有的測量儀器其影響量的變化對計量特性具有較大的影響,而隨著影響量的變化會增大測量儀器的附加誤差,則還需要規(guī)定影響量如溫度、濕度、振動及其環(huán)境的范圍和額定值的要求。通常在儀器使用說明書中應(yīng)做出規(guī)定。在使用測量儀器時搞清額定操作條件十分重要,只有滿足這些條件時,才能保證測量儀器其測量結(jié)果的準(zhǔn)確可靠性。當(dāng)然在額定的操作條件下,測量儀器的計量特性仍會隨著測量或影響量的變化而變化,但此時變化量的影響,仍能保證測量儀器在規(guī)定的允許誤差極限內(nèi)。

  2.極限條件
  極限條件是指“測量儀器的規(guī)定計量特性不受損也不降低,其后仍可在額定條件下運(yùn)行而能承受的極端條件”(7.6條)。這是指測量儀器能承受的極端工作條件。經(jīng)這種極限條件后,測量儀器其規(guī)定的計量特性不會受到損壞或降低,仍可在額定操作條件下進(jìn)行運(yùn)行。極限條件應(yīng)規(guī)定被測量和影響量的極限值。例如有些測量儀器可以進(jìn)行測量上限10%的超載試驗(yàn),有的允許在包裝條件下進(jìn)行振動的試驗(yàn),有的考慮到運(yùn)輸、貯存和運(yùn)行的條件,進(jìn)行-40℃~+50℃的溫度試驗(yàn)或95%以上的濕度試驗(yàn),這些都屬于測量儀器的極限條件,在經(jīng)受極限條件后,到規(guī)定的正常工作條件使用儀器仍能保持其規(guī)定的計量特性而不受影響和損壞。通常測量儀器所進(jìn)行的型式試驗(yàn),其中有的項(xiàng)目就屬于是一種極端條件下對測量儀器的考核。

  3.參考條件
  參考條件是指“為測量儀器的性能試驗(yàn)或?yàn)闇y量結(jié)果的相互比較而規(guī)定的使用條件”(7.7條)。這是指測量儀器在性能試驗(yàn)或進(jìn)行檢定、校準(zhǔn)、比對時的工作條件,參考條件就是標(biāo)準(zhǔn)工作條件或稱為標(biāo)準(zhǔn)條件。測量儀器具有其本身的基本計量特性,如準(zhǔn)確度、測量儀器的最大允許誤差,以及其它特性,而這種特性是在有影響量的影響下考核其本身的性能,所以其工作條件應(yīng)規(guī)定得更為嚴(yán)格,應(yīng)對包括作用于測量儀器的影響量的參考值或參考范圍做出明確規(guī)定。只有這樣,才能真正反映測量儀器的計量性能和保證測量結(jié)果可比性。
  開展檢定、校準(zhǔn)、試驗(yàn)工作,通常參考條件就是計量檢定規(guī)程上規(guī)定的工作條件,當(dāng)然不同的測量儀器具有不同的要求,如紫外、可見、近紅外分光光度計,其檢定規(guī)程就規(guī)定:要求電源電壓變化不大于220V±22V,頻率變化不超過50±1Hz,室溫15℃~30℃,相對濕度小于85%,儀器不受陽光直射,室內(nèi)無強(qiáng)氣流及腐蝕性氣體,不應(yīng)有影響檢定的強(qiáng)烈振動和強(qiáng)電場、強(qiáng)磁場的干擾等要求。測量儀器的基本計量性能就是這種標(biāo)準(zhǔn)條件下所確定的。
  必須正確區(qū)別額定操作條件、極限條件和參考條件的概念。前者是測量儀器正常工作使用的條件,后者是確定測量儀器本身計量性能所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)工作條件,中者則是測量儀器不受損失、不降低準(zhǔn)確度所允許的極端條件,這三者是處于不同的要求所規(guī)定的不同的條件,當(dāng)然參考條件要求最嚴(yán),額定操作條件比較寬,而極端條件的范圍和額定值為最大。    

  五、測量儀器的調(diào)整

  調(diào)整是測量儀器確保其具有正常性能、消除可能產(chǎn)生的偏差、適用于使用狀態(tài)必須要做的一種操作,在《通用計量術(shù)語及定義》中列入了兩個術(shù)語,應(yīng)正確理解并區(qū)分其概念。

  1.測量儀器的調(diào)整
  它是指“使測量儀器性能進(jìn)入適于使用狀態(tài)的操作”(6.3條)。調(diào)整是為了確保測量儀器的準(zhǔn)確度,使適于使用狀態(tài)必須要做的一種操作。測量儀器由于示值的失準(zhǔn)或長期存放,長途運(yùn)輸,或者搬運(yùn)、沖擊以及由于儀器本身的不穩(wěn)定,將失去其原有的正常性能,或者由于新的測量儀器使用前的安裝,使用中要開展周期性校準(zhǔn)或檢定或要進(jìn)行修理等,均要求其性能能恢復(fù)和達(dá)到適于正常使用狀態(tài)要求,這種操作稱為調(diào)整。例如在測量儀器的檢定或修理過程中的調(diào)整,如示值誤差超過了最大示值允許誤差,則可以通過標(biāo)尺的移動或調(diào)整傳動機(jī)構(gòu)來進(jìn)行調(diào)整,或?qū)κ褂弥械膬x表進(jìn)行放大比及靈敏度調(diào)整,或儀器安裝過程中的水平調(diào)整等。調(diào)整的方式可以是自動的、半自動的或手動的,有的測量儀器為了加強(qiáng)法制管理,調(diào)整后要進(jìn)行封印,“測量儀器的調(diào)整”這一術(shù)語在日常使用時又簡稱調(diào)整。

  2.測量儀器的使用者調(diào)整
  它是指“可由使用者做的調(diào)整”(6.31條)。測量儀器的使用者調(diào)整是指可由使用者進(jìn)行的調(diào)整操作,可簡稱使用者調(diào)整。其目的是為了確保測量儀器使用中的準(zhǔn)確度。有的是屬于儀器本身的不穩(wěn)定性,產(chǎn)生慢變化,有的是經(jīng)過運(yùn)輸振動產(chǎn)生的偏差,有的是屬于需要正常安裝,有的是儀器說明書中已做了規(guī)定在使用前需進(jìn)行調(diào)整的內(nèi)容,它強(qiáng)調(diào)了“使用者”,故凡允許使用者進(jìn)行調(diào)整的均屬于這一范疇,最常用的是零位調(diào)整,其操作應(yīng)嚴(yán)格按儀器說明書規(guī)定進(jìn)行。以上二者的區(qū)別為前者是廣義的,后者是狹義的。

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