请问数值跳变如何处理？

solarup

给位老师，大家好。
我在工作过程中经常碰到这样一个问题：所使用的计量器具无论是被检设备还是标准器，测量需要等待示值稳定后读取读数。但是因为各种原因，示值往往是在一个范围内相对稳定，但并没有固定为一个数值，请问这个时候，我应该在范围区间内取哪个值作为测得值呢？

根据所学的计量知识，经常是可以选用平均值作为测得值。但是这只是原则，实际工作过程中有以下不明白的地方：
1：根据检定规程校准规范或者其他文字形式的文件所规定的方法，上述问题一般不在考虑范围内。所以我这么做，实际是否（在法制规定中）允许？而且这个跳变范围往往是一个直观观察，很难准确界定，比如我做电磁测量过程中有些是设备本身造成的，但是同时温度和湿度也在变化，当多个影响量的时候，范围也不能明确。
2：因为检定或者校准往往牵扯至少两个计量器具，其间存在激励响应关系，但是在示值变化上，两者往往是不同步的，如果按照平均值原则，标准和被测设备引入的测量不确定度是否存在？是否应该计算？如何计算？
3：还有一个减少这种问题的方法是减少灵敏度，但是灵敏度减少会带来多大不确定度是否需要考虑？是否需要计算？如何计算？
4：是否有其他方法减少这种问题？所带来的影响是否需要计算？
5：老一辈的师傅告诉我，交流跳变是由于电压源不稳造成的。但是同样的电压，直流就稳定的多。我觉得这是交流本身造成的，所以我想请问，有使用稳压源的同行，你们交流测量的时候是否存在此问题？

谢谢各位的指教。

solarup

吴下阿蒙 发表于 2016-9-7 11:48
比如老式指针电压表都是由表头（高精度电流表）配合电阻组合出来的。表头面板不变，但更换不同阻值的电阻 ...

大善，我在这种没有意义的问题上绕来绕去，你见笑了。
不过，我还想绕一下，但是那就是另外的问题了，想好了我再开贴。谢谢你和我讨论这么久。

吴下阿蒙

首先，我不是前辈哈，也只是个计量新人，不过我也遇到了和您相同的问题。所使用的计量器具无论是被检设备还是标准器，都在跳动时，要如何取值？

以我遇到的一个测量分流器阻值的模型为例，主要设备包括电源，标准电阻R，被测电阻R1，及2个电压表分别接与电阻两端。在测试中，由于电源输出的波动，电压表V1和V2的显示值都会非常快的抖动。这应该和您遇到的问题相同。
我们的处理思路如下：
1.确认波动原因，将电源更换为标准源，确认电压表市值波动显著降低，确认波动源是电源输出造成的。
2.您提到因为检定或者校准往往牵扯至少两个计量器具，其间存在激励响应关系，我认为这必然是要考虑的，而且不仅仅如此，应该保证你得测试量在时间上是对应的，比如例子中，你记录下了电压表V1的电压值U1,5秒后记录下电压表V2的电压U2，哪肯定是有问题的。而我们是使用电脑同时抓取电压表内的值的。（即设置同一时间点，同时抓起两电压表5~10次的测试值，并分别取均值做为U1和U2。而这个均值只是一个值，即算做一次测量，如要评定不确定度，则需进行多次这个操作），如果您认为您的各仪器显示值的响应时间不同步，或许设置抓取时间上做些修改。
3.还有一个减少这种问题的方法是减少灵敏度，但是灵敏度减少会带来多大不确定度是否需要考虑？是否需要计算？如何计算？在人工读取时，我们是降低仪器的测试速度，如将电压表快速调至慢速，降速后，电压表波动将变得缓慢，其实就是，虽然电源在T1~T2时间一直在上下多次波动，但电压表测试速度被限制，其将T1时间测得的值保持到T2后才会变化，这时只要用手机拍下2电压表的值，个人认为也算是同步的。减少灵敏度？降低灵敏度难道不同时降低了标准器的MPE和分辨力？

5.其实你看下电源直流档和交流档的MPE就清楚了，正常的源和万用表，如FLUKE5522A其直流档比交流档MPE好的多，当然稳定的多。。

solarup

吴下阿蒙 发表于 2016-9-5 10:44
首先，我不是前辈哈，也只是个计量新人，不过我也遇到了和您相同的问题。所使用的计量器具无论是被检设备还 ...

谢谢，下面分别探讨一下
1：我觉得是我没说好，其实我们有标准源，这个问题还是存在的，但是标准源也要市电供电，我想知道是否用稳压源再给标准源供电会好些。
2：我们不用同时或者差时这种方法，因为不同步，而且中间差时需要多少很难知道。所以一般用趋稳方法，把标准和被检稳定时的示值作为结果。但是同样面临这个相对的稳定中变化如何处理的问题。
3：降低灵敏度一定是降低了MPE和分辨力么？我觉得待思考。多本教材中，分辨力相关的影响中有标尺间距、读数装置等，而灵敏度相关的有鉴别域，两者没有书指出有直接相关的关系（虽然直观上我和你有同感）。我觉得这个问题还需要思考一下，而且我觉得思考会有一些意想不到的收获。
至于直流和交流的观点，我觉得可以从数字电磁计量器具的构成上来讲：直流电压测量是数字计量器具的基础（冯占玲），其他的都是在此基础上的再变换。但是再变换就是一定会更差一些么？

吴下阿蒙

solarup 发表于 2016-9-5 13:06
谢谢，下面分别探讨一下
1：我觉得是我没说好，其实我们有标准源，这个问题还是存在的，但是标准源也要市 ...

1.我想知道是否用稳压源再给标准源供电会好些。,这是标准源电源调整率问题，个人认为影响不大，当让您可以用AC源为标准源提供交流电试一下。
2.中间差时需要多少很难知道，这就很只能在仪器上做处理吧。但就个人感觉，源的稳定性很难跟上表。
3.灵敏度定义为测量系统的示值变化除以被测量值变换所得的商。其中被测量值我们肯定是不能改变的，那么只能从测量系统的示值变化。比如用表头电流表测测电压，虽然你可以改变配套的电阻值达到改变灵敏度的效果，但把表头+电阻看成电压表整体，它的MPE和分辨力没有降嘛？虽然分辨力看上还是1mA/格（举例），但实际或许已经从10V/格变成100V/格了。。。又比如，测温热电偶改变型号，灵敏度变了，但不同的热电偶在不同温段的MPE应该是明显不同的吧。。。当然，这两个只是我想到的例子，别的到底关系如何，可以请前辈们想想，是否有改变灵敏度，MPE和分辨力不变的情况。。

至于直流和交流的观点，我觉得可以从数字电磁计量器具的构成上来讲：直流电压测量是数字计量器具的基础（冯占玲），其他的都是在此基础上的再变换。但是再变换就是一定会更差一些么？这我只是以一般多功能源举例的，基本确实如此。我在询问购买交流功率标准源时，询问过一些厂家，交流的精度想要提高真的比直流难很多，而且这从价格上就可以明显的看出来。。。

solarup

吴下阿蒙 发表于 2016-9-5 15:07
1.我想知道是否用稳压源再给标准源供电会好些。,这是标准源电源调整率问题，个人认为影响不 ...

现在我主要觉得第三条值得讨论。
测量系统，如果辅助设备有可变比的情况下，比如加了一个互感器，会不会灵敏度一定降低或者增高。还有，我们的MPE是分段的，如果经过变比，仍旧在同一误差段，会不会对MPE没影响

吴下阿蒙

solarup 发表于 2016-9-6 17:16
现在我主要觉得第三条值得讨论。
测量系统，如果辅助设备有可变比的情况下，比如加了一个互感器，会不会 ...

测试分流器时也需要用到电流互感器。其实就是将电流缩小放大倍数。如我使用3458A测电流，但只能测1A，我想测100A的电流，使用一个1:100的互感器，虽然表面上3458A的MPEV和分辨力不变。但实际已经变了，假设原来的分辨力为1nA，虽然现在还是能显示出1nA，但实际上为100nA，即整个测试系统的分辨力实际上是100nA，假设被检电流有了10nA的波动，此时3458A是无法显示出来的，MPEV同理。

solarup

嗯，数字的仪表没有反映我想法，我用模拟的先说一下。
我说这样一个例子，如果我一个标准源，一个电压表。我输入1 V，走1格，那么我灵敏度S=1。此时我分辨率为最小分度值一半，0.5格
如果经过一个1:2的变压器，我输入1V，走2格，灵敏度S=2。此时我分辨率是最小分度值一半，还是0.5格。如果我输入0.5 V，1格还是能看到的，输入0.25 V，半格还是能读到。
用你的数字的再说一下。
原先我标准输入1nA，电流表显示1nA（理想状态），这次我输入0.01nA，电流表显示1nA，灵敏度=100，但是分辨率还是1nA
前面两个是理想状态，不存在误差，也不存在死区讨论。
这里灵敏度更像是一个放大镜作用，放大镜只是改变光学现象，不能改变原有事物特性。
如果说MPE的话，我觉得确实变了，中间加东西，肯定要增加不确定度，但是合理选择辅助设备，其误差是否变化不显著以致可以忽略？或者，能够减少误差？
之所以这么想是因为在计量注册师一书上有一句重要说明，鉴别域和分辨力不能混淆，至于是不是这样我还要好好想想，我已经有些糊涂了。

solarup

吴下阿蒙 发表于 2016-9-6 17:34
测试分流器时也需要用到电流互感器。其实就是将电流缩小放大倍数。如我使用3458A测电流，但只能测1A，我 ...

我又总结了一下，我们两个的例子差别明显了，假定测量大于被测的通用条件下
1：你的例子是激励不变，我的例子是激励可变。你的例子是激励的分辨力发生了变化，我的例子是响应的分辨力没有改变，其实是一回事。其实我仔细想想，增加互感器后我的激励等于不是原先的那个测量系统了，新的测量系统的分辨力发生了改变，原先我能最小有效输出值1的现在变成了2。
2：分辨力的改变，关键是谁测量谁，肯定有一个是不变的，一个是改变的。两个例子共同点是测量设备的分辨力发生了变化，被测设备的没有改变。
3：以前的书之所以没有提，是因为首先，其关系不是根据定义推导的，而是静态和动态差别推导的。灵敏度/鉴别域的是实验中获取的，而分辨力/标尺间距/读数误差是静态可观测的。但是从定义上的“有效”来推导的话，静态可观测的最小值并非“有效”的。但是此时应该和“死区”的定义相关，具体怎么分辨，明天再想

吴下阿蒙

solarup 发表于 2016-9-6 18:02
嗯，数字的仪表没有反映我想法，我用模拟的先说一下。
我说这样一个例子，如果我一个标准源，一个电压表。 ...

此时我分辨率是最小分度值一半，还是0.5格。虽然同时0.5格，但含义不同啊，你总不能把分辨力=0.5格吧，得化为电压值啊。

我输入1 V，走1格，那么我灵敏度S=1。此时，0.5格为0.5V，即分辨力为0.5V.
我输入1V，走2格，灵敏度S=2。此时我分辨率是最小分度值一半，还是0.5格，但此时得0.5格为0.25V，即分辨力为0.25V.
很明显变了啊。MPEV同理。

solarup

吴下阿蒙 发表于 2016-9-7 09:30
此时我分辨率是最小分度值一半，还是0.5格。虽然同时0.5格，但含义不同啊，你总不能把分辨力=0.5格吧，得 ...

No，0.25 V是你的输入，但是对于测量系统来说，已经改变了，你整个测量系统（包括了互感器）的输出来说，也就是对于电压表的输入来说，0.5格是0.5V，1格就是1 V，这个在测量系统变化前后没有改变
另外，灵敏度不强求输入输出是同一个量，不转化也行。
我觉得您对我的启发很大，主要是在分辨力的两个定义的等价性上。分辨力一方面是有效的最小值，如何确定有效是需要经过测量的。但是另外一个定义说不通过测量，只要观察就能确定。这两个定义从我们两个探讨的例子上，感觉到不等价。

吴下阿蒙

solarup 发表于 2016-9-7 10:58
No，0.25 V是你的输入，但是对于测量系统来说，已经改变了，你整个测量系统（包括了互感器）的输出来说， ...

比如老式指针电压表都是由表头（高精度电流表）配合电阻组合出来的。表头面板不变，但更换不同阻值的电阻可切换为不同量程的指针电压表，这时灵敏度，分辨力和MPEV都是同比变化的。
比如表头10格，起初调节电阻使量程为10V，此时灵敏度为1V/格，分辨力为半格为0.5V。
现在我再调节电阻，将量程调至100V, 此时灵敏度变为10V/格，同分辨力为半格为5V.   MPEV同理。

而做为现在很多的智能数显仪表，讨论它的灵敏度个人感觉没什么意义。
比如：输出10V,表显10V。输入10A，表显10A。输入100摄氏度，现在的智能仪表也会直接显示100摄氏度，这些表按灵敏度定义计算灵敏度都为1。而如果你再从外部加电阻或互感器使用，如果你不讨论整个系统的灵敏度，根本是没有意义的。比如你例子中用变压器变为1:2,仪表本身灵敏度变了嘛？在仪表的输入端口的电压值依然是等于其显示值的。即灵敏度依然是1.你在算灵敏度的时候把它们看成整体，在分辨力中又只看仪表本身，自然有问题。

而将显示仪表和外部电阻或互感器看作整体的话，其模型和指针电压表模型是一样的。