计量器具的基本特性有哪些

1.计量器具的测量范围和量程
计量器具的测量范围，即计量器具的误差处在规定极限内的一组被测量的值，标称范围两极限之差的模就是量程，即测量范围的最高值与最低值之差。
2.计量器具的灵敏度
是指计量器具响应的变化除以对应的激励变化，可以理解为计量器具对被测量变化的反应能力。
3.计量器具的准确度、示值误差
计量器具的准确度是计量器具给出接近真值的响应的能力。
计量器具的示值误差是指计量器具示值与对应输入量的真值之差。
4.计量器具的重复性
是指在相同的测量条件下，重复测量同一个被测量，测量仪器提供相近示值的能力。

       测量与计量两个术语，测量的含义更广泛些。计量则是有关量值准确的活动，也是测量，是特殊的测量。谈论仪器，该称测量仪器，而谈论标准，该称计量标准。
       测量仪器性能指标，核心是量程、分辨力、准确度。这里重点谈谈这三项。
       1 量程
       仪器能测量的范围。在量程的低端，性能通常较差。使用者要注意。
       2 分辨力
       数字式仪器，例如数字式电表、数字式频率计，都是一个脉冲代表一个最小数量单元（例如电压1微伏或频率1赫兹），仪器不能区分比最小数量单元更小的量，计数时不进行四舍五入处理。因此，分辨力是1，分辨力误差范围（分辨力误差的最大可能值）就是1。人们熟知的数字式频率计的误差有“±1”误差项。请注意，当今的不确定度理论，各种规范、规程、书籍、文件，除马凤鸣的书外，都说“分辨力是1则分辨力误差是0.5”，这是错误的。起源是GUM.
      一个特殊情况是电子秤。电子秤是通用商业量具，要求数据稳定，而分度数不高（几千到几万），电子数/模转换器件有充足余量，因此在电子秤显示位的下一位进行了四舍五入处理。这样，电子秤的分辨力是1，则分辨力误差范围是0.5。这是特殊情况。不能把“分辨力是1误差是0.5”当成是一般规律。
       3 准确度
       准确度是误差范围。又称最大允许误差、准确度等级等。
       准确度是定量的。不确定度理论说：“准确度是定性的”，这是指鹿为马，这是对误差理论的诬陷，也是对几百年来测量计量工作的否定。
       美国建国二百四十多年了。美国人向世界出售的测量仪器，无计其数，数以万亿计。那些仪器都标有“准确度”指标。如果说准确度是定性的，而不是定量的，那就等于说美国人历来都是骗人的。几个炮制不确定度论的美国人，有意无意地骂了他们的八辈祖宗（三十年一代，恰为八代）。
       当然，几个不确定度论炮制者代表不了美国的学术水平。美国的大型仪器公司安捷伦公司与福禄克公司，至今一直称仪器指标为准确度。而推出不确定度论的美国NIST（相当国家计量院）如今则称它的有世界最高水平的铯原子频率标准的性能指标是“不准确度”，而不是“不确定度”。这些都是对不确定度论之“准确度定性说”的公开否定。
      中国计量科学研究院最近公布测量能力，共一千零八十一项，指标都是准确度（或其等级）。
      “准确度”这个术语的生命力真强啊！
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　　也谈计量器具的基本特性
　　1.测量范围与量程
　　楼主谈到的计量器具测量范围和量程的定义是正确的。测量范围和量程不是一回事，测量范围有上下两个极限，上下极限内的一组被测量的值共同组成了计量器具的测量范围，是一群可测的值。量程则是测量范围两个极限的差，是上下限之差的“模”，只有一个非负的值。例如测量范围25mm～50mm的千分尺，25mm～50mm之间所有的量值都属于该千分尺的测量范围，但量程却只是25mm。
　　2.分辨力与分度值
　　分辨力是所有测量仪器的一个计量特性。数字式测量仪器的分辨力有两个定义，一个是显示装置的分辨力，另一个是仪器的分辨力。模拟式仪器也有两个与之有关的术语，一个是分辨力，另一个是分度值。模拟式仪器的分度值与数字式仪器的仪器分辨力本意相同，理论上不是计量器具的特性而应该是计量器具的“零部件”，一旦仪器完成制造也就终生不再改变。模拟式仪器的分辨力和数字式仪器的显示装置分辨力本意相同，是仪器分辨最小被测量值的能力。模拟式仪器的分辨力往往是分度值的若干分之一，最佳测量者使用此种仪器的分辨力是分度值的1/10。数字式仪器显示装置的分辨力则是仪器分辨力的1/2。
　　3.准确度与示值误差
　　准确度和示值误差都是计量器具的特性。准确度是个定性排列高低的参数，排序时用符号“准确度等级”排列前后顺序。定量的准确性参数则使用术语“示值误差”。限制示值误差范围的最大最小极限值称为示值误差允许值，简称示值允差，也有的人称示值允差限定的区间为“误差范围”。但也有将定性参数准确度与定量参数示值误差或示值允差相混淆的，这种概念混淆造成了概念混乱，使测量设备的准确性高低没有合适的术语加以定性表述。
　　4.不确定度
　　不确定度不是测量设备（包含计量器具）的计量特性，而是测量结果或产生测量结果的测量方案的特性。但测量设备的计量特性，特别是示值误差、示值允差等一定会给测量结果或测量方案引入不确定度分量。“测量设备的计量特性给测量结果引入的不确定度分量”说起来太费劲，于是有的标准就干脆简称为“测量设备的不确定度”，并由此派生出“计量标准的不确定度”等等。在使用术语“测量设备的不确定度”和“计量标准的不确定度”时，我们必须保持清醒的头脑，不要被表面文字所迷惑，一定要知道这是测量结果的不确定度分量之一，而不是测量设备的特性。
　　5.其它计量特性
　　楼主所说的灵敏度、重复性等也是计量器具的计量特性，计量器具的计量特性还有一些，因为这些特性大多数被包容在示值误差之中因而往往使用的不多，这里也就省略不谈了。

电子秤把被测量的重量数字显示时使用的是  模/数转换器，即ADC，电子秤也同一般此类数显仪器一样，ADC的位数或者分辨力决定了仪器的分辨力，ADC的积分非线性误差、微分非线性误差决定了仪器的分辨力误差，ADC的这种非线性误差典型值一般为±1/2 LSB，因此分辨力误差是分辨力一半，但这不是普遍规律

　　不同的数字式仪器有不同的工作原理，但在使用基本计量名词术语方面，大家都是一样的。JJF1001的7.14是“分辨力”定义，7.15是“显示装置的分辨力”定义。7.14定义的“分辨力”前面没有任何定语，泛指数字式仪器和模拟式仪器都具有的分辨力，7.15冠以“显示装置的”定语，单指数字式仪器才有。
　　那么对于数字式仪器而言，分辨力和显示装置的分辨力之间区别是什么呢？显示装置的分辨力类同于模拟式仪器的“分度值”，这个分辨力相当于仪器的零部件之一，是在仪器设计制造中就固化或“安装在”仪器上了。使用中人们可以在仪器读得的，或可以分辨的最小量值的能力才是在不确定度评定中需要考虑的“分辨力”因素。对模拟式仪器而言，一般就按分度值的1/10，对数字式仪器而言就是显示装置的分辨力的1/2，其它复杂的工作原理可以不必考虑。

规矩湾锦苑 发表于 2015-7-18 17:51
　　不同的数字式仪器有不同的工作原理，但在使用基本计量名词术语方面，大家都是一样的。JJF1001的7.14是 ...

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       先生说：“可以分辨的最小量值的能力才是在不确定度评定中需要考虑的“分辨力”因素。对模拟式仪器而言，一般就按分度值的1/10，对数字式仪器而言就是显示装置的分辨力的1/2，其它复杂的工作原理可以不必考虑”。
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       人云亦云，是学术探讨的大忌。
       因为GUM说过"分辨力是1,分辨力误差是1/2"，于是众人就跟着这样说。多数人不明真相，不懂道理，可以谅解。学术讨论却不能这样。分辨力误差，虽然小，但毕竟是仪器误差的一部分。况且，在某些特定条件下，仪器误差就近似等于分辨力误差。因此，弄明白“数字仪器分辨力是1，分辨力误差到底是1/2，还是1”，乃是测量计量学中必须弄明白的问题之一。
       数字式频率计，是脉冲电路，一个脉冲代表一个数量单元，脉冲的单元是“1”，不可能有1/2个脉冲，因此也就识别不出1/2个数量单元。因此，数字式频率计的分辨力是1，分辨力误差的范围（分辨力误差绝对值的最大可能值）就是1。
       在众多文件皆说“分辨力是1,分辨力误差是1/2”的大背景下，马凤鸣的《时间频率计量》（计量检测人员培训教材 第11分册）一书，多次讲解数字式仪器的±1误差。涉及多种测频、测时、比对器等仪器。多次说：分辨力是1，分辨力误差的最大值就是1！马先生在同GUM唱反调！不管国际权威怎么说，马氏说真话，讲真理。好，赞一个！
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      除时间频率以外的其他场合，如数字式电表，数字秤，数显长度量具，要弄明白分辨力误差的大小，必须明白具体仪器原理中的模/数转换的具体过程。像数字频率计那样，先把周期性的正弦波转换为极窄的脉冲，就必有“分辨力是1，误差是1”。我在以前的讨论中，有把数字频率计的情况一般化的言论，是不妥的。去年已有网友说明，电子秤的分辨力误差是1/2个字。我声明过自己对电子秤的说法错了。我承认电子秤分辨力误差是1/2，但却想象是最低位的下一位进行了（或等效进行了）四舍五入处理。看到csln先生的帖子，得知有数模转化的规律在里边。但我确实弄不懂，如果是非线性的原因，误差的最大值，为什么是0.5？没有出现0.6或0.7的可能吗？ 希望熟悉电子秤、数字电表、数显长度量具的学者，详细讲一讲分辨力为1，分辨力误差绝对值的最大值是1/2或者是1的道理。我很想弄明白，苦于找不到相关的资料。
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       规矩湾先生公然说“工作原理可以不必考虑”。这是不当讲法。连工作原理都不考虑，还讨论什么学术！请问这算什么道理？什么逻辑？科学不是宗教，不能盲从！不该迷信！
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　　我觉得讨论“分辨力”是多大的时候，还是要分清楚什么是JJF1001的7.14定义的仪器“分辨力”，什么是7.15定义的“显示装置的分辨力”。什么是数字式仪器的分辨力和什么是数字式仪器的显示装置的分辨力。
　　马凤鸣老先生讲数字式仪器的±1误差，多次说：分辨力是1，这个“分辨力”正是7.15定义的“显示装置的分辨力”。这个“分辨力”类似于模拟式仪器的分度值，相当于仪器的“零部件”之一，这个“分辨力”仅适用于数字式仪器使用，模拟式仪器没有这个“分辨力”而只有“分度值”。众多文件皆说或大家公认的“分辨力”是显示装置的分辨力的1/2是指JJF1001的7.14定义的仪器的“分辨力”。模拟式仪器的分度值可以产生误差±1个分度值，但人们读数时的最小分辨能力却可达1/10个分度值，同样的数字式仪器的分度值（即显示装置的分辨力）是1，仪器自身代替人眼读数时能够分辨的能力最小可达其1/2。对于数字式仪器而言，我们一定要正确识别使用的“分辨力”到底是JJF1001的7.15定义还是7.14定义，使用的术语定义必须先搞清楚，此时还没有到涉及仪器工作原理的步骤。

规矩湾锦苑 发表于 2015-7-19 11:28
　　我觉得讨论“分辨力”是多大的时候，还是要分清楚什么是JJF1001的7.14定义的仪器“分辨力”，什么是7.1 ...

       把分辨力划分为“仪器的分辨力”和“仪器的显示装置的分辨力”，本来就是个似是而非的说法！JJF1001按VIM的说法，照搬照抄，怎么理解？别人有什么高见，我不知道；反正我认为：对数显仪器来说，仪器的显示装置的分辨力，就是仪器的分辨力。二者是不能分的。没有数显装置，哪还有数显仪器的分辨力？数显仪器的分辨力必定体现在仪器的数显装置上。人的视力，必定表现在眼睛的视力上。人的视力和人眼的视力，有区别吗？
       尽管JJF1001抄VIM，讲两个分辨力；但JJF1094《测量仪器特性评定》就只讲一个分辨力！
       我在帖中只讲数显仪器，第一，数显是发展方向；第二，数显分辨力与分辨力误差概念明确，结果肯定，可以有明确结论。模拟仪器，有人视力好，有人视力差。有人凭眼力，有人用放大镜。因此1格到底能区分到多少，难说。通常书上都说可区分到一小格的二分之一，规矩湾几次说可以区分到十分之一，够神的。反正我只争论数显的，而不提模拟的。
       数字式频率计，必定是分辨力是1，则分辨力误差也是1。频率定义为一秒钟的振荡次数。频率计利用窄脉冲。一个脉冲是一次振荡。脉冲数记为N，采样时间记为τ，则频率的测得值等于N/τ。数字N的分辨力是1，代表一个脉冲。如果采样时间是0.1秒，则这个“1”就代表是10赫兹。也就是说，当采样时间是0.1秒时，分辨力误差的绝对值的最大值就是10赫兹。
       例如被测频率为11赫兹，脉冲间隔时间约为0.09秒。各次测量，采样时间是0.1秒，多数计值是N=1，即测得值是10赫兹，测量误差是-1赫兹；也有可能计到N=2，即测得值是20赫兹，测量误差+9赫兹。若被测频率是8赫兹，脉冲间隔时间是0.125秒。各次测量，采样时间是0.1秒，多数计值是N=1，即测得值是10赫兹，测量误差是+2赫兹；也有可能计到N=0，即测得值是0赫兹，测量误差为-8赫兹。由是，测量误差绝对值的最大可能值是10赫兹。
       这就是对数字频率计来说，分辨力是“1”，分辨力误差范围是“1”的道理。不懂具体仪器工作原理，怎能搞清楚？     
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      从GUM开始，许多国际规范与我国的规范，都说：“数字仪器分辨力是1，分辨力误差是1/2”，都把这个说法当作普遍规律。计数式频率计的例子，否定了这种说法的普适性。这种说法，不是普遍规律，不能通用！

不同生产厂、不同结构的ADC量化误差不同，一般在0.3LSB至1LSB间，0.5LSB只是典型值

史锦顺 发表于 2015-7-20 07:46
把分辨力划分为“仪器的分辨力”和“仪器的显示装置的分辨力”，本来就是个似是而非的说法！JJF1 ...

　　把与数字式仪器有关的的“分辨力”分为“仪器的分辨力”和“仪器的显示装置的分辨力”，并非似是而非，JJF1001的分别给出了7.14仪器“分辨力”和7.15“显示装置的分辨力”，两个“分辨力”术语是有道理的。7.14仪器“分辨力”并不是单指数字式仪器，而是包括数字式仪器和模拟式仪器等所有仪器均存在的“分辨力”，“显示装置的分辨力”只有数字式仪器才有，模拟式仪器有个“分度值”，显示装置的分辨力就相当于模拟式仪器的分度值。如果认为“仪器的显示装置的分辨力，就是仪器的分辨力”，就如认为模拟式仪器的分度值就是其分辨力一样是错误的。
　　史老师所说JJF1094讲的分辨力是其3.7条，条文清清楚楚地用方括号写明是[显示装置的]分辨力。数字式仪器的分辨力是显示装置的分辨力的一半。显示装置的分辨力是±1个字，“仪器的分辨力可以通过仪器显示装置的分辨力”来评定，是“最低数字显示变化一个步进量时的示值差”，因此是显示装置分辨力的一半，如果都用半宽表示，则显示装置的分辨力是末位数的1个字，仪器的分辨力是末位数的半个字。