一文淺析儀器儀表的精度

測量所能達到的精度是選擇儀器儀表的重要指標，下面就為大家詳細的講述了幾種不同情況下，誤差的產(chǎn)生、計算、標定的方法。希望能夠幫助您選擇合適的儀器儀表。

一、測量誤差的定義

測量誤差為測量結(jié)果減去被測量的真值的差，簡稱誤差。因為真值（也稱理論值）無法準確得到，實際上用的都是約定真值，約定真值需以測量不確定度來表征其所處的范圍，因此測量誤差實際上無法準確得到。

測量不確定度：表明合理賦予被測量之值的分散性，它與人們對被測量的認識程度有關(guān)，是通過分析和評定得到的一個區(qū)間。

測量誤差：是表明測量結(jié)果偏離真值的差值，它客觀存在但人們無法確定得到。

例如：測量結(jié)果可能非常接近真值（即誤差很?。捎谡J識不足，人們賦予的值卻落在一個較大區(qū)域內(nèi)（即測量不確定度較大）；也可能實際上測量誤差較大，但由于分析估計不足，使給出的不確定度偏小。因此在評定測量不確定度時應(yīng)充分考慮各種影響因素，并對不確定度的評定進行必要的驗證。

二、誤差的產(chǎn)生

誤差分為隨機誤差與系統(tǒng)誤差。

誤差可表示為：誤差=測量結(jié)果-真值=隨機誤差+系統(tǒng)誤差

因此任意一個誤差均可分解為系統(tǒng)誤差和隨機誤差的代數(shù)和系統(tǒng)誤差：

系統(tǒng)誤差：由于測量工具（或測量儀器）本身固有誤差、測量原理或測量方法本身理論的缺陷、實驗操作及實驗人員本身心理生理條件的制約而帶來的測量誤差。

系統(tǒng)誤差的特點是在相同測量條件下、重復測量所得測量結(jié)果總是偏大或偏小，且誤差數(shù)值一定或按一定規(guī)律變化。減小系統(tǒng)誤差的方法通常可以改變測量工具或測量方法，還可以對測量結(jié)果考慮修正值。

隨機誤差：隨機誤差又叫偶然誤差，即使在完全消除系統(tǒng)誤差這種理想情況下，多次重復測量同一測量對象，仍會由于各種偶然的、無法預(yù)測的不確定因素干擾而產(chǎn)生測量誤差，稱為隨機誤差。

隨機誤差的特點是對同一測量對象多次重復測量，所得測量結(jié)果的誤差呈現(xiàn)無規(guī)則漲落，既可能為正（測量結(jié)果偏大），也可能為負（測量結(jié)果偏?。?，且誤差絕對值起伏無規(guī)則。但誤差的分布服從統(tǒng)計規(guī)律，表現(xiàn)出以下三個特點：

單峰性，即誤差小的多于誤差大的；

對稱性，即正誤差與負誤差概率相等；

有界性，即誤差很大的概率幾乎為零。

從隨機誤差分布規(guī)律可知，增加測量次數(shù)，并按統(tǒng)計理論對測量結(jié)果進行處理可以減小隨機誤差。

三、精密度、精確度與準確度

用同一測量工具與方法在同一條件下多次測量，如果測量值隨機誤差小，即每次測量結(jié)果漲落小，說明測量重復性好，稱為測量精密度好也稱穩(wěn)定度好，因此，測量偶然誤差的大小反映了測量的精密度。

根據(jù)誤差理論可知，當測量次數(shù)無限增多的情況下，可以使隨機誤差趨于零，而獲得的測量結(jié)果與真值偏離程度——測量準確度，將從根本上取決于系統(tǒng)誤差的大小，因而系統(tǒng)誤差大小反映了測量可能達到的準確程度。

精確度是測量的準確度與精密度的總稱，在實際測量中，影響精確度的可能主要是系統(tǒng)誤差，也可能主要是隨機誤差，當然也可能兩者對測量精確度影響都不可忽略。在某些測量儀器中，常用精度這一概念，實際上包括了系統(tǒng)誤差與隨機誤差兩個方面，例如常用的儀表就常以精度劃分儀表等級。

儀表精確度簡稱精度，又稱準確度。精確度和誤差可以說是孿生兄弟，因為有誤差的存在，才有精確度這個概念。儀表精確度簡言之就是儀表測量值接近真值的準確程度，通常用相對百分誤差（也稱相對折合誤差）表示。

儀表精確度不僅和絕對誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。絕對誤差大，相對百分誤差就大，儀表精確度就低。如果絕對誤差相同的兩臺儀表，其測量范圍不同，那么測量范圍大的儀表相對百分誤差就小，儀表精確度就高。精確度是儀表很重要的一個質(zhì)量指標，常用精度等級來規(guī)范和表示。精度等級就是最大相對百分誤差去掉正負號和%。按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級有0.05，0.02，0.1，0.2，1.5等。數(shù)字越小，說明儀器儀表的精確度越高。

四、應(yīng)用精度的選擇

在實際應(yīng)用過程中，要根據(jù)測量的實際情況來選擇儀器的量程和精度，并不一定精度等級小的儀器，就一定有最好的測量效果。以萬用表的應(yīng)用為例，采用準確度不同的萬用表測量同一個電壓所產(chǎn)生的誤差。

例如：有一個10V標準電壓，用100V擋、0.5級和15V擋、2.5級的兩塊萬用表測量，問哪塊表測量誤差??？

解：第一塊表測的最大絕對允許誤差

△X1=±0.5％×100V=±0.50V。

第二塊表測的最大絕對允許誤差

△X2=±2.5％×15V=±0.375V。

比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準確度比第二塊表準確度高，但用第一塊表測量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測量所產(chǎn)生的誤差大。因此，可以看出，在選用儀器儀表時，并非準確度越高越好。還要選用合適的量程。只有正確選擇量程，才能發(fā)揮其潛在的準確度。

五、精度的標定方法

除了國家統(tǒng)一規(guī)定的等級外，隨著電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，根據(jù)性能的不同，還有如下幾種精度標定方法

1.顯示值±X：

在電子顯示儀器中應(yīng)用，表示在當前顯示值的最低位上，有X個字的誤差。若顯示值為Y，誤差△X=X/Y×100%

2.顯示值的X%：

在電子顯示儀器儀表中應(yīng)用，表示當前顯示值的X%為當前的誤差范圍。若顯示值為Y誤差△X=X%，誤差值為±X%×Y

3.分段量程標定：

應(yīng)用于寬量程儀器，儀器在不同的測量區(qū)間內(nèi)，采用不同的誤差標定方法，例如在測量0.01~1伏電壓時，誤差為5%，在測1~10伏電壓時，誤差為1%就是分段標定方法，應(yīng)用分段標定儀器時，一定要選擇好合適的量程，并認真的查看該量程的誤差計算和標定方法。

4.數(shù)學模型式的誤差標定：

給出儀表的誤差計算公式F（X），根據(jù)儀表當前的測量結(jié)果Y和其他相關(guān)條件帶入公式，計算出當前誤差△X=F（Y）。這種方法測得的誤差結(jié)果和測量值的對應(yīng)關(guān)系多為曲線，由于這種方法各點誤差不同，應(yīng)用時應(yīng)格外注意，認真的計算。

由上面的條件不難得出，針對不同的測量值，不同的誤差標定方法對結(jié)果的實際測量精度是不同的。選擇的時候，要針對測量情況和使用儀器在測量點的允許誤差具體分析，并不一定低等級的儀器儀表就會有最好的測量效果。要根據(jù)具體情況選擇合適的儀器儀表和量程，這樣才能最大限度的減少測量的誤差。