了解測(cè)量性能和技術(shù)規(guī)范

測(cè)量設(shè)備的質(zhì)量通常通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題進(jìn)行評(píng)估：測(cè)量有多準(zhǔn)確？盡管這個(gè)問(wèn)題看起來(lái)似乎很簡(jiǎn)單，但答案可能并非總是如此。選擇合適的測(cè)量?jī)x器儀表需要了解導(dǎo)致測(cè)量不確定性的因素。這反過(guò)來(lái)有助于了解技術(shù)規(guī)范中說(shuō)明以及未說(shuō)明的信息。

測(cè)量性能由其動(dòng)態(tài)特性（測(cè)量范圍、響應(yīng)時(shí)間）、準(zhǔn)確度（可重復(fù)性、精準(zhǔn)度和靈敏度）以及穩(wěn)定性（對(duì)老化和惡劣環(huán)境的耐受度）定義。其中，準(zhǔn)確度通常被認(rèn)為是重要的特性，也是難zhi定的特性之一。

靈敏度和準(zhǔn)確度

測(cè)量輸出的變化與標(biāo)準(zhǔn)值的變化之間的關(guān)系稱(chēng)為靈敏度。理想情況下，此關(guān)系是wan全線性的，但在實(shí)際中，測(cè)量都涉及一些瑕疵或不確定性。

Figure 1: Repeatability

Figure 1: 測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值的一致性通常簡(jiǎn)稱(chēng)為“準(zhǔn)確度”，但這是一個(gè)有點(diǎn)模糊的術(shù)語(yǔ)。zhi定的準(zhǔn)確度通常包括可重復(fù)性，這是指儀表在恒定條件下重復(fù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)提供相似結(jié)果的能力（圖 1）。不過(guò)，它可能包括也可能不包括濕滯、溫漂系數(shù)、非線性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。單獨(dú)的可重復(fù)性通常是測(cè)量不確定性的次要來(lái)源，如果準(zhǔn)確度不包括其他不確定性，則實(shí)際測(cè)量性能可能會(huì)給人留下錯(cuò)誤的印象。

Figure 2: Transfer Function

Figure 2: 測(cè)量值和已知標(biāo)準(zhǔn)之間的關(guān)系通常被稱(chēng)為傳遞函數(shù)（圖 2）。調(diào)整測(cè)量值時(shí)，根據(jù)已知校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)，小范圍調(diào)整測(cè)量值，對(duì)測(cè)量值和校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系進(jìn)行微調(diào)。理想情況下傳遞函數(shù)在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)是wan全線性的。但在實(shí)際中，大多數(shù)測(cè)量都涉及靈敏度的某些變化，具體情況取決于被測(cè)對(duì)象的量級(jí)。

Figure 3: Non-linearity

Figure 3: 這種類(lèi)型的瑕疵被稱(chēng)為非線性。（圖 3）當(dāng)處于測(cè)量范圍的極限值時(shí)，這種瑕疵帶來(lái)的影響通常會(huì)加重。因此檢查準(zhǔn)確度指標(biāo)是否包含非線性以及是否為整個(gè)測(cè)量范圍zhi定了準(zhǔn)確度將會(huì)很有用。如果沒(méi)有，則有理由懷疑極限值附近的測(cè)量準(zhǔn)確度。

Figure 4: Hysteresis

Figure 4: 濕滯是指測(cè)量靈敏度的變化，它取決于測(cè)量變量變化的方向。（圖 4）對(duì)于與水分子牢固結(jié)合的材料制成的某些濕度傳感器，這可能是產(chǎn)生測(cè)量不確定性的重要原因。如果zhi定的準(zhǔn)確度未指示是否包含濕滯，則對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定性來(lái)源將處于未zhi定狀態(tài)。此外，如果僅在一個(gè)方向執(zhí)行校準(zhǔn)過(guò)程，則在校準(zhǔn)期間將看不到濕滯效應(yīng)，如果從技術(shù)規(guī)格中省略了濕滯，則無(wú)法知道測(cè)量中的濕滯水平。維薩拉薄膜聚合物傳感器的濕滯可忽略不計(jì)，并且zhi定的準(zhǔn)確度始終包含該濕滯。

溫度和壓力等環(huán)境條件也會(huì)影響測(cè)量的準(zhǔn)確度。如果未zhi定溫漂系數(shù)，并且操作溫度發(fā)生了顯著變化，則可能會(huì)影響可重復(fù)性。可以針對(duì)整個(gè)操作溫度范圍提供技術(shù)要求，也可以針對(duì)特定、有限或“典型”的操作范圍來(lái)提供。以這種方式表示的技術(shù)規(guī)范不適用于其他溫度范圍。

穩(wěn)定性和選擇性

由于老化，測(cè)量設(shè)備的靈敏度可能會(huì)隨時(shí)間而變化。在某些情況下，化學(xué)品或其他環(huán)境因素的干擾可能會(huì)加速這一效應(yīng)。如果未zhi定長(zhǎng)期穩(wěn)定性，或者制造商無(wú)法建議典型校準(zhǔn)間隔，則該技術(shù)規(guī)格實(shí)際上僅表示校準(zhǔn)時(shí)的準(zhǔn)確度。靈敏度的緩慢變化（有時(shí)稱(chēng)為漂移或蠕變）是有害的，因?yàn)樗赡茈y以觀察，并可能在控制系統(tǒng)中引起潛在問(wèn)題。

選擇性的定義是指儀器儀表對(duì)實(shí)際被測(cè)對(duì)象以外的因素變化的不敏感性。例如，在包含某些化學(xué)品的大氣中執(zhí)行的濕度測(cè)量可能會(huì)受到影響，影響測(cè)量的實(shí)際上是化學(xué)品。這種影響可能是可逆的，也可能是不可逆的。對(duì)某些化學(xué)品的響應(yīng)可能非常緩慢，對(duì)化學(xué)品的這種交叉敏感性很容易與漂移混淆。具有良好選擇性的儀表不受實(shí)際被測(cè)對(duì)象以外的其他因素變化的影響。

校準(zhǔn)和不確定度

如果測(cè)量讀數(shù)偏離標(biāo)準(zhǔn)參考值，則可以調(diào)整儀表的靈敏度。這種行為稱(chēng)為調(diào)整。對(duì)于單點(diǎn)上進(jìn)行的調(diào)整可稱(chēng)為零點(diǎn)調(diào)整；兩點(diǎn)調(diào)整是針對(duì)偏移和增益（靈敏度）進(jìn)行的線性校正。如果必須在幾個(gè)點(diǎn)上調(diào)整測(cè)量，這可能表明測(cè)量中的線性度很差，必須通過(guò)非線性多點(diǎn)校正進(jìn)行補(bǔ)償。此外，如果調(diào)整點(diǎn)與校準(zhǔn)點(diǎn)相同，則調(diào)整點(diǎn)之間的測(cè)量質(zhì)量仍將是未經(jīng)驗(yàn)證的。

儀表經(jīng)過(guò)調(diào)整后，將進(jìn)行校準(zhǔn)以驗(yàn)證其準(zhǔn)確度。校準(zhǔn)有時(shí)會(huì)與調(diào)整相混淆，前者是指將測(cè)量值與已知的標(biāo)準(zhǔn)參考值（稱(chēng)為工作標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行比較。工作標(biāo)準(zhǔn)是可溯源性鏈中的第一個(gè)要素，這種基本標(biāo)準(zhǔn)是以后一系列校準(zhǔn)和參考標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。鑒于根據(jù)特定參考校準(zhǔn)的許多儀器彼此之間可能都是準(zhǔn)確的（高精度），如果未zhi定校準(zhǔn)不確定性，則無(wú)法驗(yàn)證相對(duì)于主要標(biāo)準(zhǔn)的絕對(duì)準(zhǔn)確度。

校準(zhǔn)的可溯源性是指主要標(biāo)準(zhǔn)之前的測(cè)量、參考和相關(guān)不確定性鏈?zhǔn)且阎模⑶矣袑?zhuān)業(yè)文獻(xiàn)參考。這樣便可以計(jì)算校準(zhǔn)參考的不確定性并確表儀器的準(zhǔn)確度。

什么是“足夠準(zhǔn)確”？

選擇測(cè)量?jī)x表時(shí)，必需要考慮所需的準(zhǔn)確度水平。例如，在標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)控制應(yīng)用中，會(huì)調(diào)整相對(duì)濕度以提高人體舒適度，在這種情況下，±5 %RH 是可以接受的。但是，在冷卻塔控制這樣的應(yīng)用中，需要更精確的控制和更小的裕度以提高操作效率。

當(dāng)將測(cè)量值用作控制信號(hào)時(shí)，可重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性（精度）很重要，但相對(duì)于可溯源參考的絕對(duì)準(zhǔn)確度則不那么重要。在動(dòng)態(tài)過(guò)程中尤其如此。動(dòng)態(tài)過(guò)程中的溫度和濕度變化很大，此時(shí)至關(guān)重要的是測(cè)量的穩(wěn)定性而不是絕對(duì)準(zhǔn)確度。

另一方面，例如，如果測(cè)量的目的是驗(yàn)證某個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的測(cè)試條件是否與其他實(shí)驗(yàn)室具有可比性，則校準(zhǔn)的絕對(duì)準(zhǔn)確度和可溯源性至關(guān)重要。有關(guān)此準(zhǔn)確度要求的示例，請(qǐng)參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)《TAPPI/ANSI T402 – 紙張、紙板、紙漿手抄紙和相關(guān)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)和測(cè)試環(huán)境》，其中將紙張測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試條件規(guī)定為 23 ±1.0 °C 和 50 ±2 %RH。1.5 %RH，但校準(zhǔn)不確定性為 ±1.6 %RH，則相對(duì)于主要校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的總不確定性將超過(guò)技術(shù)規(guī)范，所進(jìn)行的分析（在很大程度上取決于測(cè)試設(shè)施內(nèi)的環(huán)境濕度）將沒(méi)有可比性，并且將無(wú)法確認(rèn)分析是在標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)行的。

只有準(zhǔn)確度規(guī)格而沒(méi)有校準(zhǔn)參考標(biāo)準(zhǔn)的不確定性信息等同于未定義儀表的絕對(duì)準(zhǔn)確度。

維薩拉以提供基于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)測(cè)試方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)規(guī)格而倍感自豪。對(duì)于客戶而言，這意味著他們可憑借全面而可靠的信息做出正確的產(chǎn)品選擇。

圖5： 三種不同品牌的高精度濕度變送器規(guī)格精度信息對(duì)比

選擇儀表時(shí)要問(wèn)的問(wèn)題

●zhi定的準(zhǔn)確度是否包括可能的不確定性：可重復(fù)性、非線性、濕滯和長(zhǎng)期穩(wěn)定性？

●zhi定的準(zhǔn)確度是否覆蓋整個(gè)測(cè)量范圍，或者準(zhǔn)確度規(guī)格的范圍是否有限制？技術(shù)規(guī)格中是否給出了溫漂系數(shù)，或者準(zhǔn)確度規(guī)格中是否定義了溫度范圍？

●制造商是否能夠提供適當(dāng)?shù)男?zhǔn)證書(shū)？證書(shū)中是否包括有關(guān)校準(zhǔn)方法、使用的參考和專(zhuān)業(yè)計(jì)算參考不確定性的信息？證書(shū)是否包括一個(gè)或兩個(gè)以上的校準(zhǔn)點(diǎn)，是否覆蓋整個(gè)測(cè)量范圍？

●是否給出了校準(zhǔn)間隔建議，或者準(zhǔn)確度規(guī)格中是否包括長(zhǎng)期穩(wěn)定性？預(yù)期操作環(huán)境中需要什么水平的選擇性？制造商是否能夠提供儀表對(duì)預(yù)期環(huán)境和應(yīng)用的適用性的相關(guān)信息或參考？