淺談計量器具及其誤差

陳娟

長治市綜合檢驗檢測中心 山西長治 046000

計量器具又稱測量儀器，是能用以直接或者間接地測出被測對象量值的裝置、儀器儀表、量具和用于統一量值的標準物質，包括計量基準、計量標準和工作計量器具。計量器具廣泛應用于生產、科研、商貿領域和人民生活的各個方面，有極其廣闊的社會性，在整個計量立法中處于相當重要的地位。所謂全國量值的統一，首先表現在計量器具的準確一致上。

測量誤差是由于在進行測量時，常借助各式各樣的儀器設備，按一定方法比如檢定規程或者規范中的方法，在一定的工作環境條件下通過檢測人員的操作，得出或讀出測量的數值。由于在操作過程中不可避免地存在對測量結果有影響的因素，例如，計量器具本身的準確度，測量對象不穩定，測量方法的不完善，測量環境不理想，測量人員本身素質和經驗等，也就是我們平常所說的“人、機、料、法、環”等因素的影響，使得在對各類量值進行測量時，所得結果與被測對象的真實量值即真值不一致，存在一定的差值，這個差值就是我們所講的測量誤差[1]。

科學研究的實踐表明，測量誤差是客觀存在，但又是可以控制的，導致它的來源及影響因素有很多方面，在此我們著重談一下計量器具的誤差，又稱器具誤差。器具誤差是計量器具本身所具有的誤差。器具誤差主要是由于計量器具本身的結構、工藝水平、調整以及磨損、老化或故障等原因所引起。

1 計量器具允許誤差的表達形式

一般用于表達計量器具最大允許誤差的方式有：絕對誤差、相對誤差和引用誤差。

1.1 用絕對誤差表示允許誤差

如果計量器具的允許誤差不隨示值大小變化，其允許誤差以絕對誤差的形式表達為： a±△＝ 。

如果計量器具的允許誤差與示值大小成線性關系，其允許誤差以絕對誤差的形式表達為：

式中：Δ——用絕對誤差表示的允許誤差；a——以被測量的單位表示的一個正值，有時也等于零；x——被測量的值（含單位）；b——正的比例系數（無量綱）。

1.2 用相對誤差表示允許誤差

（1）如果計量器具相對誤差不隨被測量大小改變，采用相對誤差來表達其允許誤差時，其形式如下：

式中：rΔ——相對允許誤差；x——被測量的值；Δ——允許誤差用絕對誤差給出的值；%c ——無量綱的一個數。

如果允許誤差以接近線性關系隨被測量的大小改變，用相對誤差的形式給出允許誤差的形式如下：

式中：x——被測量；mx——測量范圍的上限或測量傳感器輸入值變化的范圍；dc,——無量綱的正數。

1.3 用引用誤差表示的允許誤差

采用引用誤差的形式如下：

式中：Δ——用絕對誤差表示的允許誤差；Nx ——引用值；p——純數（無量綱）。

2 計量器具準確度等級

2.1 計量器具準確度等級

準確度等級是指符合一定的計量要求，使誤差保持在規定極限以內的計量器具的等別或級別。

“等”與“級”是計量器具的主要特性指標之一。“級”根據示值誤差大小確定，表明示值的檔次，按計量器具的標稱值使用；“等”根據擴展不確定度大小確定，表明測量結果擴展不確定度的檔次，按該計量器具檢定證書上的實際值使用。

2.2 計量器具等級符號

（1）用絕對誤差的形式給出計量器具允許誤差的情況下，級別的表示有：拉丁文大寫字母：如A，B，C，M，F。羅馬數字：如Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。阿拉伯數字：如0，1，2，3。以上這些表示方法中，某級別的允許誤差在有關檢定規程或其它技術文件中規定，只從這些符號是得不出的。

（2）在用引用誤差和相對誤差的形式給出計量器具允許誤差的情況下，其級別的符號即其數值，按有關技術規范的規定，往往用其百分數，而略去其百分號%。因此，通過級別的數值可以直接了解其允許誤差的引用誤差或相對誤差。

（3）對兩個或兩個以上的測量范圍的計量儀器，可以分別規定兩個或兩個以上的相應的準確度級別。對于萬能式或組合式的計量儀器，測量兩個或兩個以上的物理量時，考慮到被測量的差別，可以規定各自不同的準確度級別[2]。

3 測量結果的重復性與復現性

3.1 測量結果的重復性

測量結果的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。相同測量條件稱重復性條件，重復性條件包括：相同的測量程序；相同的觀測者；在相同的條件下使用相同的測量儀器；相同地點；在短時期內重復測量。重復性可以用測量結果分散性（測量不確定或實驗標準偏差來表示）rs定量表示。

3.2 測量結果的復現性

測量結果的復現性是指在測量條件變化下，同一被測量的測量結果之間的一致性。變化條件包括：測量原理、測量方法、觀測者、測量儀器、參考計量標準、地點、使用條件、時間等。主要用于評定兩不同實驗室所給出的測量結果之差。復現性可用測量結果（已修正結果）的分散性（用實驗標準偏差表示）sR定量地表示。

測量是為了獲得被測量值的大小，而得到被測量值的大小是通過計量器具來實現的，所以計量器具是人們從事測量獲得測量結果的重要手段和工具，它是測量的基礎，是從事測量的重要條件。計量器具又是復現單位、實現量值傳遞和量值溯源的重要手段，也是實施計量法制管理的重要工具和手段，使廣大人民群眾免受不準確、不誠實測量帶來的危害。同時，計量器具又是開展科學研究、從事生產活動不可缺少的重要工具和手段。可見，哪里需要統一準確的測量，哪里就需要統一準確的計量器具。