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按JJF1001-1998《通用计量术语及定义》,计量器具划分为实物量具和测量仪器,它们的定义分别为:
实物量具,指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。
例如:砝码、(单值或多值、带或不带标尺的)量具、标准电阻、量块、标准信号发生器、参考物质。其特征是无传动机构、无传感器、无放大指示机构。
测量仪器,指单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。其特征是有传动机构(或传感器)及其放大指示机构。
一、测量仪器的[示值]误差
测量仪器示值不准确,与对应输入量真值之差称之为示值误差。但是,当实物量具的量值不准确、有误差时,该量值误差却有两种不同的表达方式:一种仍是“示值误差”;另一种是“偏差”。大多数检定规程/校准规范及产品技术标准采用“偏差”表达。表1列出当前一些检定规程对实物量具量值误差的不同表达。
表1 当前一些检定规程对实物量具量值误差的不同表达
从表1可以看出,除线纹尺是以“示值误差”表达外,其他实物量具的量值误差都以“偏差”或“实际值”(角度块)表达。显然,以“偏差”或“实际值”来表达是可以的,容易被人们理解和掌握沟通,不易造成误解,而以“示值误差”表达,不容易被人们理解,还会产生误解。以下我们将进行分析说明。
既然(计量器具)示值误差定义为测量仪器示值与对应输入量的真值之差(摘自JJF1001-1998),那么,对于测量仪器:
示值误差=测量仪器示值-标准装置输入量值
所以,测量仪器示值误差往往是从(被检)测量仪器上获得读数值,再计算得到示值误差。示值偏大,那么示值误差为正,反之为负。
对于实物量具:
示值误差=标称值-标准装置(标准仪器)示值
所以,实物量具示值误差是从标准仪器上获得读数值,再计算得出示值误差。标准装置示值偏大,那么实物量具示值误差为负,反之为正。这似乎与一般人的想法不一样:实物量具实际值偏大,其示值误差为负值?有疑问。所以实物量具的量值误差还是以“偏差”或“实际值”表达为好。况且单值实物量具不能读出示值,而以“标称值”为其“示值”,对于不能读数的实物量具采用“示值误差”不太符合人们习惯,而采用“偏差”或“实际值”易为人们理解和接受。
二、修正值
“5.21修正值
用代数方法与未修正测量结果相加,以补偿其系统误差的值。”(摘自JJF1001-1998)
在量值传递中,实物量具(或标准器)存在偏差,使用实物量具进行测量时,在测量结果中需加入修正值。该数值是“+”号还是“-”号,要根据实物量具使用场合来确定。实物量具使用的场合不同,该数值的符号会不同。例如,实际尺寸为100.001mm的四等量块,以它为标准器检定五等量块,修正值为+0.001mm;以它为标准器检定千分尺,修正值为-0.001mm。实物量具存在偏差,它对测量结果会产生影响,未修正的测量结果需加入修正值。修正值数值大小虽源于实物量具,但其符号“+”或“-”与实物量具进行量值传递的场合有关。不根据量值传递的场合而事先赋予实物量具修正值(含数值和符号)是错误的。亦即不应赋予实物量具修正值,修正值存在于测量结果的运算中。
综上所述,根据检定规程检定实物量具(或标准器),在出具检定证书给出测量结果时不宜给出“示值误差”,也不能给“修正值”,而应给“偏差值”或“实际值”。现大多数实物量具的检定规程、检定证书都是给“偏差”或“实际值”,而线纹尺的系列检定规程和检定证书却给“示值误差”。这就造成了尴尬的局面,在检定员之间,在检定员和用户之间产生误解,甚至给出错误的检定结果。下面评议的一篇文章就是例证。
三、评议《<钢卷尺>检定规程示值误差计算之我见》
《中国计量》2009年第1期刊登的《<钢卷尺>检定规程示值误差计算之我见》一文(以下简称《我见》),认为检定规程计算示值误差的公式不正确,示值误差值的符号搞反了。
规程中关于示值误差的计算公式如下:
示值误差=受检点的读数值+标准钢卷尺的修正值
其实对该公式中“受检点的读数值”有两种理解:第一种(《我见》作者的理解)认为在标准钢卷尺上直接读出受检点的读数值,该示例中为20.001m,所以,示值误差Δ1=1+0.1=1.1mm;第二种(我院及一些省计量院的理解)认为,“受检点”是指输入值(标准钢卷尺20m处),而“受检点的读数值”是被检钢卷尺相对“受检点”(标准钢卷尺20m)的示值(偏差值)。该示例中,被检钢卷尺“受检点”(标准钢卷尺20m)处的尺寸为19.999m,亦即受检点的读数值为-1mm。
示值误差=受检点的读数值+标准钢卷尺的修正值=-1+(-0.1)=-1.1mm。
注:由于标准钢卷尺20m处的实际尺寸为20.0001m,其修正值为-0.1mm。此处暂时沿用钢卷尺检定规程关于修正值的概念。
显然,对“受检点的读数值”的两种理解中,第二种理解是正确的。它认为“受检点”是指输入值(标准钢卷尺20m处),而不是被检钢卷尺20m处。被检仪器的示值是在被检仪器上读数(而不是在标准器上读出,即使在标准器上读出,也应换算为被检计量器具上的示值)。所以,第二种理解符合JJF1001-1998关于示值误差的定义:测量仪器示值与对应输入量的真值之差
《我见》一文中还提出根据理论公式计算示值误差:
示值误差=测量结果-真值
我们认为,该公式不符合JJF1001-1998关于示值误差的定义,它是测量误差的定义:[测量]误差是测量结果减去被测量的真值
因此,不能将[测量]误差的计算公式用于计算示值误差。
四、结论
根据本文的分析和例证,说明计量技术法规对实物量具的量值误差应以“偏差值”或“实际值”表述,检定/校准证书给出的测量结果也应以“偏差值”或“实际值”表示,而不宜给“示值误差”,更不宜给“修正值”,以避免产生对量值误差的误解,进而给出错误的测量结果。
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