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在仪器计量中如何确定分辨力误差?

编辑:金沙官网        发布日期:2018-03-05        点击量:941
  测量仪器的性能指标中,分辨力是重要的一项。
  
  分辨力误差是测量仪器随机误差的最小单元,也是系统误差的最小单元。
  
  (一)不能一概“忽略”
  
  测量仪器的分辨力误差范围R(分辨),通常在仪器的误差范围R(仪)(系统误差范围与随机误差范围的合成结果)中,占较小的比例,因而通常被忽略。但忽略是有条件的。要求:
  
  R(分辨)≤R(仪)/10(1)
  
  公式(1)的要求,对数字式频率计、数字电压表的通常应用,是合适的。对其他仪器可适当放宽。有时分辨力误差所占比重较大,可能达到:
  
  R(分辨)≥R(仪)/3(2)
  
  这时,必须认真考察分辨力误差。
  
  数字式频率计量程的低频段、数字电压表量程的低电压段,都存在这种问题,都应认真对待。
  
  (二)分辨力误差测量法
  
  计量(包括检定与校准)建标,在“计量能力”项中,应包括分辨力项。要求计量装置(标准器与标准的附属仪器)的分辨力,要比被检测量仪器的分辨力高出5到10倍。
  
  例1力学计量
  
  计量中要有比被检仪器分辨力指标高10倍的小砝码。增减标准的质量数,就可以准确地测知被检秤的分辨力误差;从而使示值误差达到要寻找的“示值误差绝对值的最大值”。
  
  例如,电子秤的误差范围指标是1g,则应备0.1g及其倍数的小砝码一套(可组成0.1g到0.9g的任何值)。
  
  力学检定规程中,注意到了分辨力测量的问题。各类计量情况各不相同,但解决分辨力的测量问题,是各类计量的共同课题。
  
  例2时频计量
  
  通常的频标比对器,在主机后接通用频率计。通用频率计的分辨力误差是±1个字,秒采样是±1Hz。设比对器的输入频率是1MHz,倍增10^5,则1个字相当于频率秒采样±1×10^-11.
  
  检定比对器的标准装置,除应有稳定度够格的频率标准外,还应该备有计算计数器。计算计数器的分辨力比通用频率计高约100倍,则可较好地测量比对器的指标。包括分辨力的影响。
  
  数字式频率计是最通用的测量仪器,是时频计量的主要对象。在量程的低频段,频率计的误差范围近似等于分辨力的误差范围。检定装置应配备输出频率间隔分辨力高于被检频率计分辨力10倍以上的频率合成器。
  
  例如,通用计数式频率计的分辨力是秒采样1Hz;频率合成器8662A的输出分辨力是0.1Hz。测量频率计的20kHz频率点的分辨力误差范围,就要按步进0.1Hz,改变频率合成器的输出频率。当被检频率计的示值改变“1”时,频率合成器的输出总改变量就是被检频率计的分辨力。
  
  例3电学计量
  
  数字电压表的计量,用准确度高、输出分辨力高的计量标准,或用可调稳压电源加高档数字电压表。电学计量易于实现高准确又高分辨的标准装置。
  
  (三)合格性判别
  
  在计量中,判别测量仪器的合格性,要找示值误差绝对值的最大值,即找到|Δ|max.
  
  在计量中,仪器的分辨力的作用,可能已经体现在示值误差中,但也可能没有体现或没有完全体现。这时,要改变标准值的步进量,使示值误差的绝对值达到最大值。
  
  被检测量仪器的系统误差、随机误差范围(3σ)、分辨力误差,共同构成被检仪器示值误差的绝对值的最大值,即|Δ|max;按下式判别被检仪器的合格性:
  
  |Δ|max≤R(仪/指标)-R(标)(3)
  
  R(仪/指标)是被检仪器的误差范围指标值,又记为MPEV。R(标)是标准装置的误差范围,包括主标准的误差范围与附属设备的分辨力误差。
  
  不合格的判别标准是
  
  |Δ|max≥R(仪/指标)+R(标)(4)
  
  (四)不确定度论的误区
  
  笔者认定的合格性判别的待定区的半宽是R(标),而按不确定度论的分析,待定区的半宽是U95。U95中包含了被检仪器的随机误差项、分辨力误差项。这是错误的。
  
  第一,在确定示值误差|Δ|时,已经包含或部分包含了随机误差、分辨力误差的影响,这里重计了。
  
  第二,被检仪器的性能是对象,而标准的误差是手段。待定区是手段的问题,不能混进对象的性能。
  
  第三,不确定度论的办法,形成一个奇怪的现象:能计量高档次测量仪器的标准装置,却不能计量低档次的测量仪器。这是荒唐的逻辑。这是混淆对象与手段的恶果。这可称为:“计量悖论”。
  
  原来,为确定被检仪器的稳定性,标准装置的稳定性应高出3倍以上;而为确定被检仪器分辨力的影响,检定装置该备有高于被检分辨力10倍以上的分辨力。
  
  这两条是必须的,由此可以确定:计量中的随机变化及分辨力误差,都归属于示值误差|Δ|。
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