基于重復性與線性度的儀器性能指標檢驗

徐錦丹，吳曉龍

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京市，100190；2.北京京橋熱電有限責任公司，北京市，100067）

基于重復性與線性度的儀器性能指標檢驗

徐錦丹1，吳曉龍2

（1.國家知識產權局專利局專利審查協作北京中心，北京市，100190；2.北京京橋熱電有限責任公司，北京市，100067）

對儀器的性能指標進行了一個全面的分類介紹，以分析儀器行業通用的性能指標為例，對重復性和線性度進行了重點詳細介紹，以液體自動加樣裝置為例，對其重復性和線性度進行了一個定量的檢驗分析。通過檢驗數據的計算和對比，結果顯示相對標準偏差和相關系數能很好地反映儀器的性能指標，能為相關儀器的設計開發和檢驗提供一定的參考依據。

重復性；線性；儀器

0 引言

精密儀器的技術指標通常比較復雜，理解也比較困難，不論研發設計人員還是購買使用者，都應當全面而細致地考查各項指標，便于儀器達到實用的目的。通常比較直觀的是儀器說明書中的技術指標，它以定量的條目解釋儀器性能，而且是大批量的同種儀器統計的結果，并非指某一臺具體儀器而言，因此，專業技術人員在儀器的設計和檢驗過程中，需要兼顧其基本性能特性和主要技術指標，使儀器充分滿足使用者的需求。

儀器的指標應當具有以下特色：完全符合預期的應用要求，容易理解和使用。為此，本文對儀器的性能指標進行了一個全面的分類介紹和分析，將常用的性能指標分為基本性能特性和主要性能指標兩大類。本文以分析儀器行業通用的技術指標為例，對重復性和線性度進行了重點介紹，文中以液體自動加樣裝置為例，針對其進樣量的相對標準偏差和相關系數進行了一個定量的檢驗分析。

1 儀器主要性能指標

通常儀器性能是指儀器達到預定功能的能力，性能指標是對儀器性能規定的某些參數的定量描述。由于儀器種類不同、應用范圍不同，其性能指標的表述和概念也不同，大體上可以分成兩類。

1.1 技術參數

技術參數主要是針對儀器分析測量的適用性、可靠性等功能特性，它與儀器的工作范圍和工作條件有關。工作范圍主要是指測量對象、測量范圍等；工作條件包括環境條件、供電供氣要求、儀器的防爆性能和防護等級等。針對不同應用領域的儀器，其技術參數的含義也比較廣泛。

1.2 性能特性

性能特性是對儀器本身的性能技術指標的定量要求。儀器種類不同，其性能特性的數值、量綱可能不同，但基本定義相同，是評價儀器基本性能的重要參數。它與儀器的測量分析信號，即儀器的響應值有關，這類指標主要有靈敏度、重復性、準確度、分辨率、穩定性、線性范圍、響應時間等。

分析儀器從個世紀七十年代開始興起，廣泛應用于科研生產、百姓生活等眾多領域，使用自動加樣裝置替代傳統的手工加樣，定量地將分析試樣送入分析儀器，能免去繁雜的人工操作，提高工作效率，且比手工加樣方式精確、樣品量少、重復性好。自動加樣裝置的性能特性通常參照分析儀器的性能特性進行設計和檢驗，其關鍵的兩個性能特性就是重復性和線性度。為了保證生產過程安全、可靠地運行，要隨時對生產過程中使用的儀表進行試驗和檢定。本文就以液體自動加樣裝置為例，對其重復性和線性度進行研究和檢驗。

2 重復性

重復性是指在相同測量條件下，對同一被測量進行連續多次測量所得結果之間的一致性。在中國儀器超市中，當測量條件是在以下四個狀況下實驗時，相同的待測量的測量結果有一致性的稱為重復性：a.相同的測量環境；b.相同的測量儀器及在相同的條件下使用；c.相同的位置；d.短時間內的重復。

檢驗依據參考《GB/T 12519-2010 分析儀器通用技術條件》和《YY/T 0654-2008 全自動生化分析儀》，使用稱量法對自動加樣裝置加樣量重復性進行測定，要求每組實驗數據的相對標準偏差RSD值不超過2%，RSD計算公式如下：

檢測儀器是分析用電子天平，分度值為0.01mg，對其至少提前4個小時開機預熱，對1μL、5μL、9μL三個加樣量分別進行20次重復加樣，用該電子天平對每次實際加樣量進行稱量，得到實際加樣重量，實驗結果如下：

表1 標準值1mg實驗結果

表2 標準值5mg實驗結果

表3 標準值9mg實驗結果

由加樣數據可看出，儀器實際加樣值與標準值存在偏差，但數值都在一定的小范圍內波動，整體數據比較一致，計算得出在這三個加樣量下儀器的RSD值分別為1.67%、0.987%、0.53%，均小于2%，儀器的重復性符合要求。

3 線性度

線性度是指儀表的輸出曲線與理想直線之間的相關一致程度，通過對儀器進行滿量程內往復循環測試，得出實際輸出曲線，通常，希望這個特性曲線為線性，這對標定和數據處理帶來方便，但實際的輸出曲線只能接近線性，對比理論直線有偏差，因此需要對儀器的線性度進行檢驗。儀器的線性度用相關系數來表示，在這里要求最小相關系數大于95%為合格，相關系數的計算公式為：

按照重復性的測試方法，對儀器滿量程的10%，20%，...，90%的9個樣本量全部測量完成，數據如下：

表4 相關系數實驗結果

實驗結果相關系數大于要求的95%，說明儀器實際輸出曲線與理想直線相關一致度好，儀器的線性度滿足設計要求。

4 結束語

經過對液體自動加樣裝置加樣量的相對標準偏差和相關系數的檢驗分析，結果顯示相對標準偏差和相關系數能很好地反映儀器的性能指標，對儀器性能指標的優化具有一定的實際意義。在相關儀器的設計開發和檢驗中，可以選取這兩個性能指標作為參考依據，同時，技術人員可以針對實際應用需求，設定合理的標準偏差和相關系數標準值。

[1] GB/T 12519-2010，分析儀器通用技術條件，[S].

[2] YY/T 0654-2008，全自動生化分析儀，[S].

徐錦丹，女，1984年11月，江西樂平人，專利審查研究實習員，研究生（碩士），研究領域：力的測量與稱重；

吳曉龍，男，1985年3月，北京密云人，助理工程師，本科（學士），研究領域：測控技術與儀器。

Testing of Instruments’ Performance Index Based on Repeatability and Linearity

XU Jin-dan, WU Xiao-long
(1.Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office,SIPO, Beijing 100190,China; 2. Beijing Jingqiao Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100067,China)

Overall classification introduction is made about instruments’ performance index, repeatability and linearity are introduced in detail as the general performance index of analytical instruments, quantitative tests on repeatability and linearity is made about liquid automatic sampler. Testing results show that Relative Standard Deviation and Correlation Coefficient can reflect instruments’ performance index properly, and can be referenced in instruments’ design and testing.

repeatability; linearity; instrument