計(jì)量器具及其分類(lèi)

1、知識(shí)點(diǎn)2 計(jì)量器具其及分類(lèi)一、計(jì)量器具相關(guān)定義量具：以固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具稱為量具，一般沒(méi)有指示器和在測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的測(cè)量元件。在分析計(jì)量中屬于量具的有標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電位差計(jì)等。計(jì)量裝置：計(jì)量器具及其為進(jìn)行測(cè)量所需的輔助設(shè)備的總體，稱為計(jì)量裝置。計(jì)量器具：指單獨(dú)或與一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備組合用于進(jìn)行測(cè)量的裝置。這個(gè)定義可以看出計(jì)量器具具有的特征，(1)用于測(cè)量；(2)能確定被測(cè)對(duì)象的量值；(3)本身是一種計(jì)量技術(shù)裝置。過(guò)去對(duì)計(jì)量器具的定義是“凡是表示計(jì)量單位和數(shù)值的量具和儀量?jī)x表”。這種概念不夠明確。因?yàn)槿魏问挛锖同F(xiàn)象都可以表示量位，但不一定就是計(jì)量器具。如恒溫槽或烘箱，它可以反映溫

2、度的量值，但卻不是計(jì)量器具，因?yàn)樗挥糜跍y(cè)量，也不能確定被測(cè)對(duì)象量值，它只是一個(gè)恒溫容器。而控制恒溫槽或烘箱用的溫度計(jì)就是計(jì)量器具。有些計(jì)量器具備單獨(dú)地用來(lái)完成某項(xiàng)測(cè)量，如直尺、溫度計(jì)、電流表等，另一些計(jì)量器具需要與其他計(jì)量器具和(或)輔助設(shè)備一起使用才能完成測(cè)量，如砝碼、熱電偶、電流互感器等。計(jì)量器具也稱為測(cè)量?jī)x器。計(jì)量器具在計(jì)量工作中占有相當(dāng)重要的地位。全國(guó)量值的統(tǒng)一首先反映在計(jì)量器具的準(zhǔn)確可靠和一致上，所以計(jì)量器具是確保全國(guó)量值統(tǒng)一的具體對(duì)象和手段，是計(jì)量部門(mén)需要更加強(qiáng)監(jiān)督管理的主要對(duì)象，是為計(jì)量部門(mén)提供計(jì)量技術(shù)保證的技術(shù)基礎(chǔ)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量有重要的意義。計(jì)量?jī)x器：能把被測(cè)量值轉(zhuǎn)換成為可

3、直接觀測(cè)的指示值或等效信息的計(jì)量器具稱為計(jì)量?jī)x器(儀表)。它包括指示式儀表、記錄式儀表和比較式儀表等，由獨(dú)立完備組件構(gòu)成的傳感器以及能產(chǎn)生附加或附屬功能的部件也屬于計(jì)量?jī)x器。由于分析計(jì)量中主要使用的計(jì)量器具是計(jì)量?jī)x器(儀表)，因此習(xí)慣上常把計(jì)量器具稱之為測(cè)量?jī)x表。二、計(jì)量器具分類(lèi)按結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi)，計(jì)量器具可以分為以下三類(lèi)：(1)量具 即用固定形式復(fù)現(xiàn)量值的計(jì)量器具，如量塊、砝碼、標(biāo)準(zhǔn)電池、標(biāo)準(zhǔn)電阻、竹木直尺、線紋米尺等；(2)計(jì)量?jī)x器儀表 即將被測(cè)量的量轉(zhuǎn)換成可直接觀測(cè)的指標(biāo)值等效信息的計(jì)量器具，如壓力表、流量計(jì)、溫度計(jì)、電流表、電壓表、心腦電圖儀等；(3)計(jì)量裝置 即為了確定被測(cè)量值所必須的計(jì)

4、量器具和輔助設(shè)備的總體組合，如里程計(jì)價(jià)表檢定裝置、高頻微波功率計(jì)校準(zhǔn)裝置等。按用途分類(lèi)，計(jì)量器具也可以分為以下三類(lèi)：計(jì)量基準(zhǔn)器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、工作計(jì)量器具。計(jì)量器具是計(jì)量學(xué)研究的一個(gè)基本內(nèi)容，是測(cè)量的物質(zhì)基礎(chǔ)。在國(guó)際上，計(jì)量器具與測(cè)量?jī)x器是同義術(shù)語(yǔ)，它被定義為“單獨(dú)或與一個(gè)或多個(gè)輔助設(shè)備組合用于進(jìn)行測(cè)量的裝置”，在我國(guó)計(jì)量器具是計(jì)量?jī)x器，也稱主動(dòng)式；計(jì)量器具和量具也稱被動(dòng)式。計(jì)量器具，按技術(shù)性能及用途計(jì)量器具可分為基準(zhǔn)計(jì)量器具、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具和普通計(jì)量器具。(1)基準(zhǔn)計(jì)量器具計(jì)量基準(zhǔn)就是在特定領(lǐng)域內(nèi)，具有當(dāng)代最高計(jì)量特性其值不必參考相同量的其他標(biāo)準(zhǔn)，而被指定的或普通承認(rèn)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)國(guó)際協(xié)議公

5、認(rèn)，在國(guó)際上作為給定量的其它所有標(biāo)準(zhǔn)定值依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)稱為國(guó)際基準(zhǔn)，經(jīng)國(guó)家正式確認(rèn)，在國(guó)內(nèi)作為給定量的其它所有標(biāo)準(zhǔn)定值依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)稱為國(guó)家基準(zhǔn)。計(jì)量基準(zhǔn)按量值傳遞體系通常分為主基準(zhǔn)、作證基準(zhǔn)、副基準(zhǔn)、參考基準(zhǔn)和工作基準(zhǔn)。基準(zhǔn)計(jì)量器具的主要特征：1)符合或接近計(jì)量單位定義所依據(jù)的基本原理。2)具有良好的復(fù)現(xiàn)性并且所定義實(shí)現(xiàn)保持或復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位或其倍數(shù)或分?jǐn)?shù)具有當(dāng)代或本國(guó)的最高精度。3)性能穩(wěn)定計(jì)量特性長(zhǎng)期不變。4)能將所定義實(shí)現(xiàn)保持或復(fù)現(xiàn)的計(jì)量單位或其倍數(shù)或分?jǐn)?shù)通過(guò)一定的方法或手段傳遞下去。(2)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具是指為了定義實(shí)現(xiàn)保存或復(fù)現(xiàn)量的單位或一個(gè)或多個(gè)量值用作參考的實(shí)物量具。測(cè)量?jī)x器標(biāo)準(zhǔn)

6、物質(zhì)或測(cè)量系統(tǒng)。我國(guó)習(xí)慣性為基準(zhǔn)高于標(biāo)準(zhǔn)，這是從計(jì)量特性來(lái)考慮的各級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具必須直接或間接地接受?chē)?guó)家基準(zhǔn)的量值傳遞而不能自行定度。(3)普通計(jì)量器具普通計(jì)量器具是指一般日常工作中所用的計(jì)量器具它可獲得某個(gè)定量的計(jì)量結(jié)果。按等級(jí)分類(lèi)，計(jì)量器具可以分為以下三類(lèi)(1)A類(lèi)計(jì)量器具的范圍：1.單位最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具；2.用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，并列入強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具范圍的計(jì)量器具；3.生產(chǎn)工藝過(guò)程中和質(zhì)量檢測(cè)中關(guān)鍵參數(shù)用的計(jì)量器具；4.進(jìn)出廠物料核算用計(jì)量器具；5.精密測(cè)試中準(zhǔn)確度高或使用頻繁而量值可靠性差的計(jì)量器具。A類(lèi)計(jì)量器具包括：一級(jí)平晶、零級(jí)刀口尺、水平

7、儀檢具、直角尺檢具、百分尺檢具、百分表檢具、千分表檢具、自準(zhǔn)直儀、立式光學(xué)計(jì)等。(2)B類(lèi)計(jì)量器具的范圍：1.安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，但未列入強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具范圍的計(jì)量器具；2.生產(chǎn)工藝過(guò)程中非關(guān)鍵參數(shù)用的計(jì)量器具；3.產(chǎn)品質(zhì)量的一般參數(shù)檢測(cè)用計(jì)量器具；4.二、三級(jí)能源計(jì)量用計(jì)量器具；5.企業(yè)內(nèi)部物料管理用計(jì)量器具。B類(lèi)計(jì)量器具包括：卡尺、千分尺、百分尺、千分表、水平儀、直角尺、塞尺、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、焊接檢驗(yàn)尺、超聲波測(cè)厚儀、5m以上的卷尺、溫度計(jì)、壓力表、測(cè)力表、轉(zhuǎn)速表、衡器、硬度計(jì)、天平、電壓表、電流表、兆歐表、電功率表、電橋、電阻箱、檢流計(jì)、萬(wàn)用表、標(biāo)準(zhǔn)電阻箱、校驗(yàn)信號(hào)發(fā)生

8、器、超聲波探傷儀、分光光度計(jì)等。(3)C類(lèi)計(jì)量器具的范圍：1.低值易耗的、非強(qiáng)制檢定的計(jì)量器具；2.單位生活區(qū)內(nèi)部能源分配用計(jì)量器具，輔助生產(chǎn)用計(jì)量器具；3.在使用過(guò)程中對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)無(wú)精確要求的計(jì)量器具；4.國(guó)家計(jì)量行政部門(mén)明令允許一次性檢定的計(jì)量器具。C類(lèi)包括鋼直尺、彎尺、5m以下的鋼卷尺等。三、計(jì)量器具特征計(jì)量器具特性有靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性，這里我們只介紹靜態(tài)待征。當(dāng)輸入信號(hào)不變時(shí)，計(jì)量裝置或者計(jì)量裝量的元件輸出信號(hào)的特性稱為靜態(tài)特性。它包括：范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度、分度值、分辨力、靈敏度、線性度和鑒別閾等。1.范圍我們這里所說(shuō)的范圍包括：分度值、示值范圍、標(biāo)稱范圍、測(cè)量范圍(或工作范圍)、量程

9、。所謂示值是指由計(jì)量器具提供的被計(jì)量的量值，包括記錄器的記錄值、計(jì)量裝置中的計(jì)量信號(hào)或響應(yīng)、實(shí)物量具的示值。分度值是指對(duì)應(yīng)相鄰標(biāo)記的兩個(gè)值之差，例如米尺的分度值為1mm。示值范圍是指極限示值界限內(nèi)的一組值。對(duì)模擬顯示而言，它可以稱為標(biāo)尺范圍。示值范圍可以用標(biāo)在顯示器上的單位表示，而不論被測(cè)量的單位如何；通常用其上下限說(shuō)明。標(biāo)稱范圍是指計(jì)量?jī)x器的操縱器件調(diào)到特定位置時(shí)可得到的示值范圍。標(biāo)稱范圍通常用它的上限和下限表明，例如50V300V。若下限為零，標(biāo)稱范圍一般只用其上限表明，例如0V100V的標(biāo)稱范圍可表示為100V。測(cè)量范圍是指測(cè)量?jī)x器的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值。這里的“誤差”是指

10、按約定真值確定。量程是指標(biāo)稱范圍兩極限之差。例如對(duì)從0V20V的標(biāo)稱范圍，其量程為20V。2.準(zhǔn)確度計(jì)量器具的準(zhǔn)確度是指計(jì)量器具給出接近真值的響應(yīng)能力。準(zhǔn)確度等級(jí)是指符合一定的計(jì)量要求，使誤差保持在規(guī)定極限以內(nèi)的計(jì)量?jī)x器的等別、級(jí)別。準(zhǔn)確度等級(jí)通常按約定注以數(shù)字或符號(hào)，并稱為等級(jí)指標(biāo)。計(jì)量器具的示值誤差等于計(jì)量器具示值與對(duì)應(yīng)輸入量的真值之差。由于真值一般不能確定，實(shí)際用的是約定真值；就實(shí)物量具而言，示值就是賦予它的值。計(jì)量器具示值的系統(tǒng)誤差稱為計(jì)量器具的偏移，計(jì)量器具的偏移通常用適當(dāng)次數(shù)重復(fù)測(cè)量的示值誤差的平均來(lái)估計(jì)。計(jì)量器具示值的隨機(jī)誤差是用計(jì)量器具的重復(fù)性表示，而計(jì)量器具的重復(fù)性的定義為“

11、在相同測(cè)量條件下，重復(fù)測(cè)量同一個(gè)被測(cè)量，計(jì)量器具提供相近示值的能力?！边@里“相同測(cè)量條件”是指：相同的測(cè)量程序、相同的觀測(cè)者、在相同測(cè)量條件下使用相同的計(jì)量器具、在相同的地點(diǎn)、在短時(shí)間內(nèi)重復(fù)。重復(fù)性可用示值的分散性定量表示。計(jì)量器具的引用誤差是指計(jì)量器具的誤差除以儀器的特定值。通常把此特定值叫做引用值，例如它可以是計(jì)量器具的量程或標(biāo)稱范圍的上限。對(duì)給定的計(jì)量器具，規(guī)范、規(guī)程等所允許的誤差極限值稱為計(jì)量器具的最大允許誤差。有時(shí)也稱為計(jì)量器具的允許誤差限。3.輸入輸出特性1)線性度在規(guī)定條件下計(jì)量器具的輸入(或激勵(lì))與對(duì)應(yīng)的輸出(或響應(yīng))的關(guān)系稱為響應(yīng)特性。響應(yīng)關(guān)系可建立在理論和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，它可

12、用代數(shù)方程、數(shù)表或圖的形式表示。當(dāng)激勵(lì)按時(shí)間的函數(shù)改變時(shí)，傳遞函數(shù)是響應(yīng)特性的一種形式。但在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的響應(yīng)特性就是計(jì)量的校準(zhǔn)曲線。在理想情況下，線性計(jì)量?jī)x器的響應(yīng)特性應(yīng)當(dāng)是斜率為A的直線，實(shí)際上，卻疊加了非線性的高次分量，因此通過(guò)線性化加以修正為直線。計(jì)量?jī)x器的線性度L是校準(zhǔn)曲線與參考直線一致性的定量表示。 LB/A×100 (3-1)式中：B校準(zhǔn)曲線與參考直線的最大偏差； A計(jì)量?jī)x器的量程。2)靈敏度、鑒別閾、死區(qū)、分辨力靈敏度是計(jì)量?jī)x器響應(yīng)變化除以對(duì)應(yīng)的激勵(lì)變化。用式(3-2表示為：S=y/x (3-2)其中：y響應(yīng)變化； x激勵(lì)變化； S靈敏度。對(duì)應(yīng)于線性計(jì)量?jī)x器，其靈敏度(

13、S)為S=y/x=k=常數(shù) (3-3)這個(gè)k就是傳遞系數(shù)。對(duì)非線性計(jì)量?jī)x器，靈敏度(S )為： (3-4)此時(shí)靈敏度是個(gè)變量，它與激勵(lì)值有關(guān)。鑒別閾是指使計(jì)量?jī)x器產(chǎn)生未察覺(jué)的響應(yīng)變化的最大激勵(lì)變化，這種激勵(lì)變化應(yīng)緩慢而單調(diào)地進(jìn)行。它可理解為產(chǎn)生可感知的變化ymin的最小激勵(lì)變化，習(xí)慣上稱xmin為靈敏閾或靈敏限。例如使天平指針產(chǎn)生可感知的位移的最小負(fù)荷變化xmin為90mg，此值即為天平的鑒別閾。響應(yīng)可感知的變化是一個(gè)因人而異的概念，在數(shù)值上具有不確定性。鑒別閾可能與諸如內(nèi)部或外部的噪聲、摩擦、阻尼、慣性、量化值等有關(guān)。不致引起計(jì)量?jī)x器響應(yīng)變化的激勵(lì)雙向變動(dòng)的最大區(qū)間稱為死區(qū)或不靈敏區(qū)。死區(qū)可

14、能與變化的速率有關(guān)；為了減少激勵(lì)微小變化而引起不需要的響應(yīng)變化.有時(shí)故意增大固有的死區(qū)。例如在有些計(jì)量?jī)x器上設(shè)置的阻尼環(huán)節(jié)，就是為此目的。顯示裝置的的分辨力是指顯示裝置能有效辨別的最小的示值差。對(duì)于數(shù)字式顯示裝置，這就是當(dāng)變化一個(gè)末位有效數(shù)字時(shí)其示值的變化；模擬式顯示裝置的分辨力為標(biāo)尺間隔的一半。4.穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指計(jì)量器具保持其計(jì)量特性隨時(shí)間恒定的能力。當(dāng)穩(wěn)定性不是對(duì)時(shí)間，而是對(duì)其他量而言，則應(yīng)該明確說(shuō)明。穩(wěn)定性可以用幾種方式定量表示，例如：用計(jì)量天王星變化某個(gè)規(guī)定的量所經(jīng)過(guò)的時(shí)間，用計(jì)量特性經(jīng)規(guī)定的時(shí)間所發(fā)生的變化。由于測(cè)量?jī)x器計(jì)量特性的變化引起的示值在一段時(shí)間內(nèi)的連續(xù)或增量變化稱為(儀器

15、)漂移。例如線性計(jì)量?jī)x器靜態(tài)響應(yīng)特性(ykx)的漂移，表現(xiàn)為零點(diǎn)和斜率隨時(shí)間的慢變化，前者稱為儀器的零漂，后者稱為儀器的靈敏度漂移。計(jì)量器具不影響被計(jì)量值的能力稱為超然性。如果被計(jì)量對(duì)象是有源的，計(jì)量?jī)x器要由計(jì)量對(duì)象取一些能量，從而或多或少會(huì)影響到被計(jì)量的量值。例如天平不會(huì)改變被測(cè)的質(zhì)量，因此是超然的；電阻溫度計(jì)使欲測(cè)其溫度的介質(zhì)被加熱，因此不是超然的。為了提高計(jì)量?jī)x器的超然性，應(yīng)當(dāng)使計(jì)量?jī)x器對(duì)計(jì)量對(duì)象的負(fù)載效應(yīng)減到最?。簽榇?，電學(xué)計(jì)量?jī)x器常用輸入阻抗，機(jī)械計(jì)量?jī)x器常用剛度來(lái)表征負(fù)載效應(yīng)。為了減少計(jì)量?jī)x器的消耗功率，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增大其輸入阻抗(或剛度)。同時(shí)又不致過(guò)多地影響到靈敏度，為此可采用具有

16、輔助能源的放大器，以使儀器從對(duì)象只攝取微小的功率而達(dá)到所需要的輸出功率；或者采用零位計(jì)量方法，在平額時(shí)使其阻抗(或剛度)達(dá)到最大。四、計(jì)量器具要求1.根據(jù)需要對(duì)計(jì)量器具進(jìn)行調(diào)整調(diào)整是指使計(jì)量器具的準(zhǔn)確度和其他性能達(dá)到規(guī)定要求的作業(yè)。調(diào)整時(shí)應(yīng)遵守計(jì)量器具操作規(guī)程，防止調(diào)整不當(dāng)而失準(zhǔn)。如萬(wàn)用表、游標(biāo)卡尺等在使用前要進(jìn)行歸零調(diào)整。2.標(biāo)示計(jì)量器具的校準(zhǔn)狀態(tài)一般在計(jì)量器具上貼校準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)簽，讓使用者了解計(jì)量器具的狀態(tài)(合格、限制使用、停用等)和有效期限。因體積小或影響操作等原因而不宜貼標(biāo)簽的計(jì)量器具，其校準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)簽可貼在包裝盒上或由其使用者妥善保管，但器具上要刻上編號(hào)，便于追溯。3.防止調(diào)整時(shí)校準(zhǔn)失效采取措施，防止調(diào)整時(shí)校準(zhǔn)失效。比如，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行資格認(rèn)證，須有資格證方可上崗，同時(shí)編制調(diào)整作業(yè)指導(dǎo)書(shū)及對(duì)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行鉛封等。4.加強(qiáng)搬運(yùn)、維護(hù)、貯存的防護(hù)在計(jì)量器具使用過(guò)程中，一定要采取措施，防止計(jì)量器具在搬運(yùn)、維護(hù)和貯存時(shí)