浅谈计量器具及其误差

陈娟

长治市综合检验检测中心 山西长治 046000

计量器具又称测量仪器，是能用以直接或者间接地测出被测对象量值的装置、仪器仪表、量具和用于统一量值的标准物质，包括计量基准、计量标准和工作计量器具。计量器具广泛应用于生产、科研、商贸领域和人民生活的各个方面，有极其广阔的社会性，在整个计量立法中处于相当重要的地位。所谓全国量值的统一，首先表现在计量器具的准确一致上。

测量误差是由于在进行测量时，常借助各式各样的仪器设备，按一定方法比如检定规程或者规范中的方法，在一定的工作环境条件下通过检测人员的操作，得出或读出测量的数值。由于在操作过程中不可避免地存在对测量结果有影响的因素，例如，计量器具本身的准确度，测量对象不稳定，测量方法的不完善，测量环境不理想，测量人员本身素质和经验等，也就是我们平常所说的“人、机、料、法、环”等因素的影响，使得在对各类量值进行测量时，所得结果与被测对象的真实量值即真值不一致，存在一定的差值，这个差值就是我们所讲的测量误差[1]。

科学研究的实践表明，测量误差是客观存在，但又是可以控制的，导致它的来源及影响因素有很多方面，在此我们着重谈一下计量器具的误差，又称器具误差。器具误差是计量器具本身所具有的误差。器具误差主要是由于计量器具本身的结构、工艺水平、调整以及磨损、老化或故障等原因所引起。

1 计量器具允许误差的表达形式

一般用于表达计量器具最大允许误差的方式有：绝对误差、相对误差和引用误差。

1.1 用绝对误差表示允许误差

如果计量器具的允许误差不随示值大小变化，其允许误差以绝对误差的形式表达为： a±△＝ 。

如果计量器具的允许误差与示值大小成线性关系，其允许误差以绝对误差的形式表达为：

式中：Δ——用绝对误差表示的允许误差；a——以被测量的单位表示的一个正值，有时也等于零；x——被测量的值（含单位）；b——正的比例系数（无量纲）。

1.2 用相对误差表示允许误差

（1）如果计量器具相对误差不随被测量大小改变，采用相对误差来表达其允许误差时，其形式如下：

式中：rΔ——相对允许误差；x——被测量的值；Δ——允许误差用绝对误差给出的值；%c ——无量纲的一个数。

如果允许误差以接近线性关系随被测量的大小改变，用相对误差的形式给出允许误差的形式如下：

式中：x——被测量；mx——测量范围的上限或测量传感器输入值变化的范围；dc,——无量纲的正数。

1.3 用引用误差表示的允许误差

采用引用误差的形式如下：

式中：Δ——用绝对误差表示的允许误差；Nx ——引用值；p——纯数（无量纲）。

2 计量器具准确度等级

2.1 计量器具准确度等级

准确度等级是指符合一定的计量要求，使误差保持在规定极限以内的计量器具的等别或级别。

“等”与“级”是计量器具的主要特性指标之一。“级”根据示值误差大小确定，表明示值的档次，按计量器具的标称值使用；“等”根据扩展不确定度大小确定，表明测量结果扩展不确定度的档次，按该计量器具检定证书上的实际值使用。

2.2 计量器具等级符号

（1）用绝对误差的形式给出计量器具允许误差的情况下，级别的表示有：拉丁文大写字母：如A，B，C，M，F。罗马数字：如Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ。阿拉伯数字：如0，1，2，3。以上这些表示方法中，某级别的允许误差在有关检定规程或其它技术文件中规定，只从这些符号是得不出的。

（2）在用引用误差和相对误差的形式给出计量器具允许误差的情况下，其级别的符号即其数值，按有关技术规范的规定，往往用其百分数，而略去其百分号%。因此，通过级别的数值可以直接了解其允许误差的引用误差或相对误差。

（3）对两个或两个以上的测量范围的计量仪器，可以分别规定两个或两个以上的相应的准确度级别。对于万能式或组合式的计量仪器，测量两个或两个以上的物理量时，考虑到被测量的差别，可以规定各自不同的准确度级别[2]。

3 测量结果的重复性与复现性

3.1 测量结果的重复性

测量结果的重复性是指在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。相同测量条件称重复性条件，重复性条件包括：相同的测量程序；相同的观测者；在相同的条件下使用相同的测量仪器；相同地点；在短时期内重复测量。重复性可以用测量结果分散性（测量不确定或实验标准偏差来表示）rs定量表示。

3.2 测量结果的复现性

测量结果的复现性是指在测量条件变化下，同一被测量的测量结果之间的一致性。变化条件包括：测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考计量标准、地点、使用条件、时间等。主要用于评定两不同实验室所给出的测量结果之差。复现性可用测量结果（已修正结果）的分散性（用实验标准偏差表示）sR定量地表示。

测量是为了获得被测量值的大小，而得到被测量值的大小是通过计量器具来实现的，所以计量器具是人们从事测量获得测量结果的重要手段和工具，它是测量的基础，是从事测量的重要条件。计量器具又是复现单位、实现量值传递和量值溯源的重要手段，也是实施计量法制管理的重要工具和手段，使广大人民群众免受不准确、不诚实测量带来的危害。同时，计量器具又是开展科学研究、从事生产活动不可缺少的重要工具和手段。可见，哪里需要统一准确的测量，哪里就需要统一准确的计量器具。