JJF-测量仪器特性评定_.pdf

1、中华人民共和国国家计量技术规范工1 F 1 0 9 4-2 0 0 2测量仪器特性评定E v a l u a t i o n o f t h e C h a r a c t e r i s t i c s o f Me a s u r i n g I n s t r u m e n t s2 0 0 2 一1 1 一 0 4发布2 0 0 3一0 2一0 4实 施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布J J F 1 0 9 4-2 0 0 2产0.O.O.0.钾 补 钾 一 0.0.0.0.飞尺心测量仪器特性评定 J J F 1 0 9 4-2 0 0 2代替 J J F 1 0

2、2 7-1 9 9 1 测量误差及数据处理，?，心-沪Ev a l u a t i o n o f t h e Ch a r a c t e r i s t i c s o f Me a s u r i n g I n s t r u me n t s 中的计量器具准确度评定部分飞.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，.，本规范经国家质量监督检验检疫总局于 2 0 0 2 年 1 1 月0 4日 批准，并自2 0 0 3 年0 2 月0 4日 起施行。归 口 单 位:全国法制计量技术委员会起 草 单 位:中国计量科学研究院 中国 航天机电集团二院2 0 3 所 广东省计量科学研究

3、所 广州市计量测试研究所本规范由归 口单位负责解释J J F 1 0 9 4-2 0 0 2本规范起草人:施昌彦(中国计量科学研究院)叶德培(中国 航天机电集团二院2 0 3 所)陈明华(广东省计量科学研究所)周伦彬(广州市计量测试研究所)工I F 1 0 9 4-2 0 0 2目录 范围 (1)引用文献 (1)基本术语 (1)测量仪器特性评定的基本原则 (3)1 测量仪器特性评定的依据 (3)2 测量仪器特性评定的形式 (3)测量仪器特性评定的通用方法 (4)1【示值误差.(4)2 重复性 (6)3 准确度等级 (7)4 响应特性 .(1 1)5 灵敏度 (1 2)6 鉴别力 阑 (1 2)

4、7 分辨力 (1 2)8 稳定性 (1 3)9 漂移 (1 4)1 0 响应时间 。(1 4)2内、44411气-、J J F 1 0 9 4-2 0 0 2测量仪器特性评定范 围 本规范规定了测量仪器特性评定的基本原则和通用方法，适用于计量仪器、实物量具、标准物质、测量系统等各类测量仪器计量特性的评定，同时适用于计量标准考核中计量标准特性 的评定。2 引用文献 1 1 J J F 1 0 0 1-1 9 9 8 通用计量术语及定义 2 1 J J F 1 0 5 9-1 9 9 9 测量不确定度的 评定与表示 3 O I M L/D 1 5 测量仪器检查用特性的 选择原则 4 O I M L

5、/R 3 4 测量仪器的准确度等级 使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3基本 术语 表述测量仪器的计量特性时，应采用国家计量技术规范J J F 1 0 0 1-1 9 9 8 通用计量术语及定义规定的术语。本规范所使用的术语及定义与J J F 1 0 0 1-1 9 9 8 通用计量术语及定义一致。3.1 测量仪器m e a s u r i n g i n s tr u m e n t 计 量器具 单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。3.2 实物量具 m a t e r i a l m e a s u r e 使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具。

6、例:a)祛码;b)(单值或多值、带或不带标尺的)量器;c)标准电阻;d)量块;e)标准信号发生器;f)参考物质。注:这里的给定量亦称为供给量。3.3 测量系统m e a s u r i n g s y s t e m 组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。例:a)测量半导体材料电导率的装置;b)校准体温计的装置。注:1 测量系统可以包含实物量具和化学试剂。tJ J F 1 0 9 4-2 0 0 2 2 固定安装着的测量系统称为测量装备。3.4 响 应特性 r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t ic 在确定条件下，激励与对应响应之间的关系。例

7、:热电偶的电动势与温度的函数关系。注:l 这种关系可以用数学等式、数值表或图表示 2 当激励按时间函数变化时，传递函数(响应的拉普拉斯变换除以激励的拉普拉斯变换)是响 应特性的一种形式。3.5 灵敏度s e n s i t i v i t y 测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。注:灵敏度可能与激励值有关。3.6 鉴别力 阂d i s c r i m i n a t i o n t h r e s h o l d 使测量仪器产生未觉察的响应变化的最大激励变化，这种激励变化应缓慢而单调地进行。注:鉴别力阂可能与例如噪声(内部的或外部的)或摩擦有关，也可能与激励值有关。3.7 显示装置的分辨力

8、r e s o l u t io n o f a d i s p l a y i n g d e v i c e 显示装置能有效辨别的最小的示值差。注:1 对于数字式显示装置，这就是当变化一个末位有效数字时其示值的变化。2 此概念亦适用于记录式装置3.8 稳定性 s t a b i l i t y 测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。注:1 若稳定性不是对时伺而是对其他量而言，则应该明确说明。2 稳定性可以用几种方式定量表示，例如:用计量特性变化某个规定的量所经过的时间;用计量特性经规定的时间所发生的变化。3.9 漂移d r i f t 测量仪器计量特性的慢变化。3.1 0 响应时间 r

9、e s p o n s e t i m e 激励受到规定突变的瞬间，与响应达到并保持其最终稳定值在规定极限内的瞬间，这两者之间的时间间隔。3.1 1 测量仪器的 准确度a c c u r a c y o f a m e a s u r i n g i n s t r u m e n t 测量仪器给出接近于真值的响应的能力。注:准确度是定性的概念。3.1 2 准确度等级 a c c u r a c y c l a s s 符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的测量仪器的等别、级别。注:准确度等级通常按约定注以数字或符号，并称为等级指标。3.1 3 测量仪器的 示值 误差e r r o r

10、 o#i n d i c a t i o n o f a m e a s u r i n g i n s t r u m e n t.T.T F 1 0 9 4-2 0 0 2 测量仪器示值与对应输人量的真值之差。注:1 由于真值不能确定，实用上用的是约定真值 2 此概念主要应用于与参考标准相比较的仪器 3 就实物量具而言，示值就是赋予它的值。3.1 4仁 测量仪器的最大允许误差m a x i m u m p e r m i s s i b l e e r r o r 对给定的测量仪器，规范、规程等所允许的误差极限值。注:有时也称测量仪器 的允许误差限 o f a m e a s u r i

11、n g i n s t r u m e n t 3.1 5 钡 量仪器的重复性r e p e a t a b i li t y o f a m e a s u r i n g i n s t r u m e n t 在相同测量条件下，重复测量同一个被测量，测量仪器提供相近示值的能力。注:这些条件包括:相同的测量程序;相同的观测者;在相同条件下使用相同的测量设备;在相同地点;在短时间内重复。重复性可用示值的分散性定量地表示4测量仪器特 性评定的基本原则 本规范给出了测量仪器特性评定的基本原则，测量仪器评定的依据和形式可不限于本规范所规定的内容。4.1 测量仪器特性评定的依据 评定测量仪器的特性的

12、项 目、技术要求和方法，必须依据相应的检定规程、校准规范、技术标准、仪器说明书以及其他相关的技术文件。当评定依据没有给出具体规定时，可依本规范进行制订。必须考虑测量结果不确定度对评定结果的影响。测量不确定度应依据 J J F 1 0 5 9-1 9 9 9 测量不确定度的评定与表示进行计算。4.2 测量仪器特性评定的形式 对测量仪器特性的评定，一般采用型式评价、检定及校准三种形式。4.2.1 型式评价 型式评价是由计量行政部门指定的技术机构，依据型式评价大纲，对测量仪器新产品和进 口测量仪器样机进行全性能试验，对其技术资料进行全面的审查，出具型式评价报告，以确定测量仪器是否符合型式批准的计量法

13、制管理要求和技术要求。型式评价的 全性能试验是指除了 对测量仪器进行一 般性检查、标准与 额定条件下的计量特性进行评定外，还进行安全性、可靠性与寿命试验，以及电磁干扰、模拟贮存、运输等环境下的适应性试验。4.2.2 检定 检定是依照检定规程的要求，通过具体的操作，确定测量仪器的计量特性，确定其是否符合法定要求，并出具证书或加盖印记以判断其是否合格。按照我国计量法的规定，计量检定分为强制检定和非强制检定两类，都属于法制检定。4.2.3 校准 校准是依据校准规范或校准方法，为确定测量仪器所指示的量值与对应的由标准所 J J F 1 0 9 4-2 0 0 2复现的量值之间关系的一组操作。校准的结果

14、记录在校准证书或校准报告中，也可用校准因数或校准曲线等形式表示。校准证书或校准报告一般要给出测量结果不确定度。5 测且仪器特性评定的通用方法 本规范给出测量仪器计量特性评定的通用方法，具体测量仪器计量特性的评定项目，可能并不包括本规范给出的所有特性，也可能不限于本规范所给出的特性和评定方法。5.1 示值误差5.1.1 测量仪器示值误差的评定方法5.1.1.1 比较法 在规定的条件下，由提供约定真值的测量标准对被评定的测量仪器进行一定次数的测量或比较，有的情况下则是被评定测量仪器对给定的测量标准进行一定次数的测量。被评定测量仪器示值与测量标准提供的约定真值之差为示值误差。例 1:电子计数式转速表

15、的示值误差，是由转速表对一定转速输出的标准转速装置进行 1 0 次测量，由转速表示值的平均值和标准转速装置转速的标称值之差得出。例 2:三坐标测量机的示值误差，是采用双频激光干涉仪对其产生的一定位移进行2 次测量，由三坐标测量机的示值减去双频激光干涉仪测量结果的平均值而得到。5.1.1.2 分部法 根据被评定测量仪器的测量原理、结构，通过分析和试验得到影响测量仪器示值误差的参量，再对各个参量进行评定并加以综合，得出被评定测量仪器示值误差的控制范围。通常在不具备上级计量标准的情况下采用分部测量法。由于认识的局限性，对被测量仪器影响参量的分析可能不全面和不彻底。例 1:静重式基准测力机，是通过对加

16、荷的各个珐码和吊挂部分质量的测量，分析当地的重力加速度和空气浮力等因素，得出基准测力机示值误差的范围。例2:邵氏橡胶硬度计的检定，由于尚不存在邵氏橡胶硬度基准机和标准硬度块，所以是通过测量其试验力、压针几何尺寸和伸出量、压人量的测量指示机构等指标，并判定这些指标是否达到一定允差的要求，从而评定硬度计示值误差是否处于规定的控制范 围内。5.1.1.3 组合法 把被评定一台或多台测量仪器的多个示值，用不同方式组合起来，得到被测量之间以及被测量与给定的约定真值之间的函数关系，并列成若干方程式，然后用最小二乘法求出仪器示值的实际值或示值误差。在这里，约定真值是高等级或同等级测量标准器复现的量值，也可以

17、是物理常量。例 1:用组合法检定标准电阻，被检定的一组电阻和已知标准电阻具有同一标称值。将被检定标准电阻分别和已知标准电阻互相比较，被检定标准电阻之间也互相比较，列出一组方程，用最小二乘法计算出被检定标准电阻的测量结果。J J F 1 0 9 4-2 0 0 2 例 2:正多面棱体和多齿分度台的检定，采用全组合常角法，即利用圆周角准确地等于2 7 1 r a d的原理，得出正多面棱体和多齿分度台的误差。5.1.2 测量仪器的示值误差表示的三种主要形式5.1.2.1 绝对误差 示值误差可用绝对误差表示为 乙=x 一 x,(1)式中:用绝对误差表示的测量仪器示值误差;x 被评定测量仪器的示值;x。

18、测量标准复现的 量值，即约定真值。例:某被评定电阻的标称值为 1.0 0 0 0 d Z，用标准电阻电桥来校准该被评定电阻，所得的测量结果为 1.0 0 1 9 S Z，则该被评定电阻的(绝对)误差为 1.0 0 000一1.0 0 1 9 d Z=一0.0 0190 作为评定结果，可以给出该被评定电阻的实际值为 1.0 0 1 9 d Z，也可以给出该被评定电阻的修正值为+0.0 0 1 9 n o5.1.2.2 相对误差 示值误差可用相对误差表示为。二 全、1 0 0%(2)x,式中:S 用相对误差表示的测量仪器示值误差。在误差的绝对值比较小的情况下，示值相对误差也可用下式计算。*。o=一

19、 x 1 1 n 1%a x 例:用标准测力仪检定材料试验机，若材料试验机的 示值为 5.0 0 0 M N,仪输出力值为 4.9 8 0 M N，则材料试验机在 5.0 0 0 M N检定点的示值误差为 5.0 0 0 MN一4.9 8 0 MN=+0.0 2 0 MN 示值的相对误差为 (3)标准 测力 0.0 2 0 MN 5.0 0 0 M N2.3 引用误差示值误差可用引用误差表示为x 1 0 0%=十 0.4%Y 二 全x 1 0 0%(4)x N式中:Y 用引用误差表示的测量仪器示值误差;x rv 引 用值，一般为被评定测量仪器标称范围的上限或量程。例:将标准电压源输出的 2.0

20、 0 0 0 V标准电压，加到标称范围上限为 3.0 0 0 O V的被校电压表上，被校电压表的示值为 2.0 0 0 9 V，则该电压表在 2.0 0 0 O V校准点上的引用误差为2.0 0 0 9 V一2.0 0 0 O V 3.0 0 0 O Vx 1 0 0%=+0.03%J J F 1 0 9 4-2 0 0 25.1.3 偏差 实物量具的偏差为实物量具的实际值减去标称值，实物量具的偏差等于负的示值误差。例:某被评定标准砧码的 标称值为l k g,祛码的检定结果为 1 0 0 0.0 0 0 3 2 g，则该标准珐码的偏差为十 0.3 2 m g.5.1.4 零值 误差 在示值为零

21、值(或零刻度值)处，评定得到的测量仪器示值误差为零值误差。例:游标卡尺的零值误差为零刻线和尾刻线的重合度。5.l.5 基值误差 在规定的示值或规定的被测量值处，评定得到的测量仪器示值误差为基值误差。有时除规定的示值或被测量值外，还规定某些影响量的值，此时评定得到的测量仪器示值误差称为基本误差。例:规定在频率(影响量)为 1 k H z、电压示值为 1 V时评定电压表的基本误差。5.2 重复性5.2.1 测量仪器重复性评定的基本方法 在重复性条件下，由被评定测量仪器对给定的约定真值或稳定的被测量进行连续多次的测量或比较，有的情况下则是由提供约定真值的测量仪器对被评定测量仪器进行连续多次的测量，用

22、实验标准差来表示被评定测量仪器的重复性。重复性条件包括测量程序、人员、仪器、环境等，同时为尽可能保证在相同的条件下进行测量，必须在尽量短的时间内完成重复性测量。实验标准差一般用贝塞尔公式计算=丫 幸月(5)式中:实验标准差，在此即测量仪器的重复性;x;第 i 次观测值，i=1,2,，n;x-。次观测值的算术平均值;n-测量次数。注:用贝塞尔公式计算得 到的实验标准差二，.(，是有不确定度的，其相对标准不确定度可表示为 u(s)1 产万1 石二叮(6)式中:。(:)为实验标准差、的标准不确定度。测量次数越多，实验标准差的不确定度越小，实验标准差越可靠。例如:测量次数为 9,由上式计算得到的实验标

23、准差的相对标准不确定度为2 5%，若，二0.1 0 m m，则 二(，)二 0.0 2 5 mm.5.2.2 测量仪器重复性评定的其他方法5.2.2.1 最大残差法 由每个观测值与算术平均值之差得到残差，从残差中找出最大残差值，按下式计算实验标准差 =c!v m a.1 (7)J J F 1 0 9 4-2 0 0 2式中:v;-最大残差值;c 最大残差系数。c。的值根据测量次数a 从表 1 中 查得。表 1 最大残差系数 c.剑(8)令一协一 3 几 4三一下 一石 5不 一 石 6 石 7 8 9 10 151.02 0.83 0.74 0.68 0.64 0.61 0.59 0.57 0

24、.512.2.2 极差法 找出观测值中的最大值和最小值，两者之差为极差，按下式计算实验标准差 x m,一 x m m d式中:x m u 观测值中的最大值;x。i n 观测值中的最小值;d极差系数。d。的值根据测量次数n 从表2 中 查得。表 2 极差系数 d,d,1.1 3 1.6 9 2.0 65 6 7 8 9 1 0 1 23 3 2.5 3 2.7 0 2.8 5 2.9 7 3.0 8 3.2 63.4 7 在测量次数较少时，一般也可采用极差法。注:1 用最大残差法或极差法算得的实验标准差的不确定度，大于用贝塞尔公式计算得的实验标准 差的不确定度。2 最大残差法或极差法只适用于呈正

25、态分布的观测数据，当分布偏离正态较大时，应采用贝塞 尔公式法计算。5.3 准确度等级5.3.1 以最大允许误差评定准确度等级 依据有关技术规范对测量仪器进行评定，当测量仪器示值误差不超出某一档次的最大允许误差的要求，其他相关特性也符合规定要求时，可判为测量仪器符合该准确度级别(即合格)。使用这种评定方法的测量仪器时，可直接用其示值，而不依据示值误差评定结果对测量结果进行修正。5.3.1.1 最大允许误差的表达形式 a)测量仪器的最大允许误差不随示值大小而变化时，以绝对形式表达如下 =土a (9)式中:a-以被测量的单位表示的一个常数值。例:测量范围为0 一 5 0，分度值为0.1 的精密玻璃水

26、银温度计最大允许误差为t 0.2 C。J J F 1 0 9 4-2 0 0 2 b)测量仪器的最大允许误差与示值大小成线性变化关系时，以绝对形式表达如下 zl=土(a+b x)(1 0)式中:a 以被测量的单位表示的一个常数值，大于或等于零;b 无量纲的正比例系数;x 被测量的值。例:标准钢卷尺的最大允许误差为 土(0.0 4 m m+4 x1 0-5 x L)，其中 L为被检长度。c)测量仪器的最大允许误差采用引用误差时，其形式表达如下，=一 扑100%(1 1)式中:x N 引用值。例:0.2 5 级和 0.4级弹簧管式精密压力表的最大允许误差，分别为测量上限的土0.2 5%和 士0.4

27、%o d)测量仪器的最大允许误差取相对形式，且不随被测量大小而改变时，表达如下:_ _ _“=土 刘x 1 U U%o 例:t 1.0%e)级材料 试验 机在测 量范 围内(量 程 2 0%(1 2)一1 0 0%)的最 大允许 误差 为测量仪器的最大允许误差随被测量大小而变化时，以相对形式表达如下:S 二士 c+d(x m-川%(1 3)式中:x.测量范围的上限或测量传感器输人值变化的范围;x 被测量的值;。，d 无量纲的正数。例:直流数字电压表最大允许误差为=(a%b%创式中:a 与读数值有关的相对误差分量;b 与测量范围的上限有关的相对误差分量;测量范围的上限;读数值。f)当以上方式均不

28、适用时，允许使用其他形式。5.3.1.2 最大允许误差的系列 测量仪器的最大允许误差用引用误差或相对误差表示时，采用的数值系列，应从下面选取:1 x1 0 ，1.5 x1 0“或 1.6 x 1 0 ，2 x 1 0 ，2.5 x 1 0 ，(3 x1 0 )，4 x 1 0 ，5 x 1 0 ，6 x 1 0 。其中指数 a等于 1,0，一1，一2 等整数，对于相同的 n，测量仪器级别的数 目不 8 J J F 1 0 9 4-2 0 0 2能超出 5 o 上面数值中，禁止在同一系列中同时选用 1.5 x 1 0 和 1.6 x 1 0 级。3 x 1 0”这个数值只有在技术上证明必要且合理

29、时才采用，一般不用这个 数值。5.3.1.3 表示符号 a)按绝对最大允许误差表示的测量仪器，其级别用大写拉丁字母、罗马数字或阿拉伯数字表示。必要时还可以用字母辅以阿拉伯数字表示。例:祛码分为E,，E,F,，F z,M,，M 2 1 M，M 二 级。b)按引用最大允许误差或相对最大允许误差表示的测量仪器，用阿拉伯数字表示，而且常用百分数表示而略去百分符号。例:弹簧式精密压力表，分为0.0 5 级，0.1 级，0.1 6 级，0.2 5 级，0.4 级，0.6 级等。)按5.3.1.1 e)表示的测量仪器，其中，。应大于d，而 且。与d 之值，其系列应符合规定的要求。准确度级别可用。/d表达。例

30、如:0.0 2/0.0 1，这里的斜线并非除的含义。5.3.1.4 测量仪器示值误差符合性评定的基本要求 对测量仪器特性进行符合性评定时，若评定示值误差的不确定度满足下面要求，则可不考虑示值误差评定的测量不确定度的影响。评定示值误差的 不确 定度 仇，与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值M P E V之比.应小于或等于 1:3，即U 95、音 M P E V(1 4)被评定测量仪器的示值误差 乙在其最大允许误差限内时，可判为合格，即 I 乙I _MP EV为不合格。注:1 对于型式评价和仲裁鉴定，必要时 U.与M P E V之比也可取小于或等于 1:5;2 在一定情况下，评定示 值误差的不确

31、定度 汽，可取包含因子k=2 的扩展不确定度 U代替，下 同。例:用一台多功能校准源标准装置，对数字电压表测量范围。一 2 0 V的 l o v电压值进行检定，测量结果是被校数字电压表的示值误差为 十0.0 0 0 7 V，需评定被检数字电压表 l o v点示值误差是否合格。经分析得知，包括多功能标准源提供的直流电压以及被校数字电压表重复性等因素引人的不确定度分量在内，示值误差的扩展不确定度为 U 9,=0.2 5 m V.根据要求，被检数字电压表的最大允许误差为士(0.0 0 35%x 读数 十 0.0 0 2 5%x 测量范围上下 限之差)，所以在 0一2 0 V测量范 围内，l o v指

32、示值 的最大允许误差为 9.1.1 F 1 0 9 4-2 0 0 21 0.0 0 0 85 V，满 足 U 95 告 M P E V 的 要 求 且 被 检 数 字 电 压 表 示 值 误 差 的 绝 对 值 小 于 最大允许误差，所以被检数字电压表判为合格。5.3.1.5 依据计量检定规程对测量仪器进行评定，由于规程对评定方法、计量标准、环境条件等已作出规定，并满足检定系统表量值传递的要求，当被评定测量仪器处于正常状态时，对示值误差评定的测量不确定度将处于一个合理的范围内，所以当规程要求的各个检定点的示值误差不超出某一级别的最大允许误差的要求时，测量仪器的示值误差判为符合该准确度级别的要

33、求，不需要考虑对示值误差评定的测量不确定度影响。例:依据规程检定 1 级材料试验机，材料试验机的最大允许误差为 1 1.0%，某一检定点的示值误差为 一 0.9%，可以直接判定该点的示值误差合格，而不必考虑示值误差评定的不确定度 U 9 5,=0.3%的 影响。5.3.1.6 依据计量检定规程以外的技术规范对测量仪器示值误差进行评定，并且需要对示值误差是否符合某一最大允许误差做出符合性判定时，必须采用合适的方法、计量标准和环境条件进行评定。选取有效覆盖被评定测量仪器测量范围的足够多点，如果各个 点 均 不 超出 最 大 允 许 误 差的 要 求，则 得出 被 评 定 测 量 仪器 整 个 测 量 范围 符 合要 冬 同时考虑对示值误差评 定的测量不确定度影响。如示值误差 的测量不确定度 不符合5.3.1.4的要求，必须考虑下面判据。a)合格判据 被评定测量仪器的示值误差。的绝对值小于或等于