本帖最后由 史锦顺 于 2014-3-21 08:38 编辑
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再谈分辨力 - 史锦顺 - 检定员要按国家检定规程办事。电子秤的检定规程是《JJG539-97》,照此规程处理就是了,评什么不确定度?时间已过17年,国家计量主管部门都拿不出个含有“如何评定电子秤的不确定度”内容的检定规程来,你去评什么不确定度?谁让你评,向他要检定规程。 - 我认为,对于测量仪器,根本就没必要评不确定度。评了也没用。我认为:衡器行业的能够左右局势的专家们,有见识,不随波逐流。他们不搞包含有“如何评定电子秤的不确定度”内容的检定规程,是他们在抵制不确定度论。好!有胆、有识! - 尾数为1g的电子秤,分辨力是1g,分辨力的误差就是±1g;尾数为10g的电子秤,分辨力是10g分辨力误差就是±10g;大台秤的数显尾数如果是1kg,则分辨力为1kg,分辨力误差就是±1kg。在不确定度理论问世前,任何书籍或数显仪器说明书都这样讲,都是正确的。因为数显仪器的基础是脉冲技术,一个脉冲代表尾数的一个字,脉冲不能分。数显仪器的A/D转换器没有四舍五入的功能,因此没有半个数的说法。也就是说,尾数是1,则误差(测得值减砝码值)有可能是-0.1,-0.2、……、-0.8、-0.9;也可能是+0.1、+0.2、……、+0.8、+0.9;也可能误差为0。总之误差区间是[-1,+1]。可以表示为±1,而不是±0.5. - GUM 于1993年问世,那里边有个例子,说分辨力为1,误差为±0.5,于是几乎全世界的学者们都跟着这样说,其实都说错了。 判断理论正误的基本方法是实验。你有大砝码、小砝码,做这个实验是很方便的。选不同的测量点,例如选20kg、50kg、100kg,以后每加50kg是一个测量点,共取20个测量点。在其上加小砝码共1kg,每次减0.1kg,记下秤的示值m和砝码的质量数M;0.1kg小砝码去完后,加一个1kg的砝码(代替原来的全部小砝码),再往上加0.1kg小砝码,一个一个往上加,每次都记下秤的示值m和对应的砝码总质量M。20个实验点上,每点20次测量,这样共有400组数据,列成表,砝码质量M、秤示值m,对应的误差值是Δm =m-M. 因为有系统误差(每个测量点不同)混在里面,要去掉系统误差,才是分辨力误差。观察每个测量点上的Δm的变化。一个测量点上,系统误差是不变的,Δm的变化是由分辨力引起的。这样观察各测量点的Δm,如果是-0.5kg到+0.5kg,则说明GUM的说法正确。如果Δm的绝对值大于0.5kg,则说明GUM的说法不正确。实验做得充分,Δm的绝对值的最大值是0.9kg,就是得出0.8kg或0.7kg,也可以推翻GUM的说法。 - 请注意,国家质检总局已两次通知,简化不确定度评定。有网友问:简化了,可以不评吗?质检总局网上答复:可以。第一次的简化项目就包括衡器检定装置。请注意:衡器检定装置,原来是要求评定的,现在可以不评了;而衡器本身,本来检定规程就没要求不确定度评定,现在更不必去找那个麻烦了。 附录一是质检总局的简化项目的“衡器”项目。附录二是我的一篇老文章,供参考。 - 附录一 质检总局的简化项目之有关内容 衡器检定装置 被检仪器:杆秤 模拟指示秤 自行指示秤 数字指示秤 非自动秤 ;量程:(0~1)t;所据检定规程:杆秤检定规程JJG 17、 模拟指示秤检定规程JJG 13 、非自行指示秤检定规程JJG 14、数字指示秤检定规程JJG 539 、非自动秤通用检定规程JJG 555。 - 附录二 夸张分辨力 - 评UA评定(9) (原载《驳不确定度论一百六十篇集》) - 不确定度评定中有一项,就是关于分辨力的评定。几乎每个评定都有此项。对分辨力的计算,GUM错算(《测量不确定度》p80),他人便跟着抄,于是千篇一律,全都错了,把分辨能力夸大到2倍,即把分辨力的数值错误地除以2。 (一)分辨力的意义 分辨力是测量仪器的性能要素之一。现有的测量学理论,对分辨力关注甚少,以致在应用中常被误解。值得引起重视。 分辨力是测量能力的阈值。阈值就是门限、门槛,是测量仪器几项性能的限度。 1 量程最小值的限度。 2 分散性的最小限度。随机误差、复现性的最小限度。 3 不准确性的最小限度。误差元与误差范围的最小限度。 (二)误差理论对分辨力的处理 误差理论讲到分辨力时,通常认为:若分辨力是D, 则分辨力产生的误差元的绝对值的最大值是D,也可表示为误差区间为[-D,+D]。也就是说是误差区间的半宽是D。 计数式频率计,分辨力为尾数的一个字,引进误差为加减一个字,并且有专有名称,叫“正负1误差”。例如0.1秒采样(闸门时间0.1秒),计数器尾数一个字代表10赫,因而分辨力引入的测量误差范围是±10赫。 以上误差理论对分辨力的认识,载于各种书籍,特别是载于各种计数式频率计的说明书。 (三)不确定度论对分辨力的处理 不确定度论对分辨力处理的规范作法是:设分辨力是D,其半宽为D/2,均匀分布,除以根号3,得标准不确定度为0.29D。反过来,计算扩展不确定度,乘以2得0.58D,以此为包含区间半宽。这种计算的结果,比本来值小42%. 不确定度论的这个对分辨力认识,载于GUM等众多文献,是错误的。 (四)分辨力计算详解 设分辨力是D,误差论认为此项误差区间是[-D,D] ,误差区间的宽度是2D,半宽度是D。 不确定度论认为:分辨力是D,不确定度区间半宽度是D/2。两种理论对分辨力的处理,差别甚大,是两倍关系。本文论证:不确定度论对分辨力的认识是错误的。 例1 电子案秤的分辨力 实验 取一台电子案秤。最低位为1克,即分辨力是1克。 我们来做分辨力实验。 用案秤测量一个10克的砝码,显示为10克。加标称值为100毫克的小砝码(以下加减小砝码,都指100毫克砝码),加一个到3个小砝码,显示都是10克;加4个小砝码,显示为11克,加5个到13个小砝码显示都是11克;加14个小砝码时显示为12克,加15个到23个小砝码,显示都是为13克。可见电子案秤的分辨力是10个100毫克的小砝码,即1克。 我们看,在10克砝码的基础上加4个小砝码(物重10.4克)时,显示为11克。再加9个砝码,显示仍为11克,就是说,在测量10.4克时,加9个小砝码,仍分辨不出。 我们从另一个观察起点看,在10克砝码的基础上加13个小砝码时(物重11.3克)时,显示为11克,减去9个砝码,显示仍为11克,减去9个小砝码仍分辨不出。 分辨不出的情况,小砝码增减的最大可能是加减9个小砝码,因此其范围是加减0.9克。下表单位是1克。 重物 显示 重物可能值 砝码重量变化范围(偏差可能范围) 10.4 11 10.4——11.3 0——0.9
10.5 11 10.4——11.3 -0.1——0.8
10.6 11 10.4——11.3 -0.2——0.7
10.7 11 10.4——11.3 -0.3 ——0.6
10.8 11 10.4——11.3 -0.4——0.5 10.9 11 10.4——11.3 -0.5——0.4 11.0 11 10.4——11.3 -0.6——0.3 11.1 11 10.4——11.3 -0.7——0.2 11.2 11 10.4——11.3 -0.8——0.1 11.3 11 10.4——11.3 -0.9——0 11.4 12 11.4——12.3 0——0.9 此实验可以更细,增减的砝码小到10毫克或1毫克,于是相应的范围成为加减0.99克或加减0.999克。 因此,变化范围应为[-1克,+1克]。 由上,分辨力是1克的电子秤,分辨范围是加减1克。 结论:分辨力是1,则按范围写出是正负1。因此除以2是不对的。 我们再从示值误差的角度来讨论。 示值是以克为单位的整数。而被测物的重量是有各种可能的数。整数的转换点不同,则示值误差不同。 - 转换点内区间 被测物重 示值 示值最大误差元 10.01 10.99 10.01 11 0.99 10.1 11.0 10.1 11 0.9 10.2 11.1 10.2 11 0.8 10.3 11.2 10.3 11 0.7 10.4 11.3 10.4 11 0.6 10.5 11.4 10.5 11 0.5
10.6 11.5 11.5 11 -0.5 10.7 11.6 11.6 11 -0.6 10.8 11.7 11.7 11 -0.7 10.9 11.8 11.8 11 -0.8 10.91 11.9 11.9 11 -0.9 10.99 11.98 11.98 11 -0.98 10.999 11.998 11.998 11 -0.998 - 由上,知电子案秤的分辨力形成误差区间是[-1g,+1g],即±1g,区间半宽是1克。 - 例2 计数式频率计的分辨力 取一台数字式频率计。其原理是在标准的闸门时间内数被测频率的脉冲数。 被测频率1.1赫,即周期0.9秒,在1秒的闸门时间中,可能出现两个脉冲,测得值2赫,误差为0.9赫。若被测频率是0.9赫,即周期为1.1秒,一个采样时段中,可能一个脉冲都不出现,测得值0赫,误差为负0.9赫。 若被测频率是1.01赫,测得值可能为2赫,误差最大可能是0.99赫;被测频率是0.99赫,测得值可能为0赫,误差的极端值是负0.99赫。因而,当采样时间为1秒时,计数器一个字的分辨力的区间是[-1Hz;+1Hz],区间的半宽是1赫。 样板评定实例(《测量不确定度评定与表示指南》P92):频率计 0.1秒采样。即闸门时间为0.1秒。计数器每记得一个数,代表10赫。由此,区间半宽是10 赫。样板评定以10赫除以2,得5赫做为区间半宽,这是不对的。 结论 测量仪器的分辨力是D,误差区间是[-D,+D],包含区间的宽度2D,区间半宽度是D。数字式仪表的分辨力D是最低位的一个字,误差区间是[-1,+1],区间的半宽是一个字所代表的量。 对分辨力的认识,误差理论是正确的;不确定度论是错误的。 - |