分析儀表測(cè)量性能及指標(biāo)

　　儀表測(cè)量的性能根據(jù)動(dòng)態(tài)性(量程、響應(yīng)時(shí)間)、準(zhǔn)確度(重復(fù)性、精密度和靈敏度)以及穩(wěn)定性(對(duì)老化及惡劣環(huán)境的容差)來進(jìn)行評(píng)估的。其中，準(zhǔn)確度(應(yīng)該是最大允許誤差，經(jīng)常被叫做精度)通常被視為最重要的質(zhì)量因素,也是最難以確定的因素。

　　靈敏度與準(zhǔn)確度

　　測(cè)量輸出變化與標(biāo)準(zhǔn)值變化之間的關(guān)系稱為靈敏度。理想情況下這種關(guān)系呈現(xiàn)為完美線性，但在實(shí)際操作中所有測(cè)量均會(huì)存在某些瑕疵或不確定性。

　　被測(cè)值與與標(biāo)準(zhǔn)值的一致性通常簡(jiǎn)單地稱為“準(zhǔn)確度”，但這是一個(gè)略微模糊的術(shù)語(yǔ)。嚴(yán)格定義的準(zhǔn)確度通常包括重復(fù)性。重復(fù)性指在測(cè)量條件不變的情況下，儀器在重復(fù)測(cè)量時(shí)能夠達(dá)到相似測(cè)量結(jié)果的能力(見圖1)。但是其可能包含也可能不包含濕滯、溫度依賴性、非線性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。重復(fù)性本身通常是測(cè)量不確定性的次要來源，如果精度規(guī)范不包含其它不確定性，則其可能會(huì)造成對(duì)實(shí)際測(cè)量性能的錯(cuò)誤印象。

　　測(cè)量值與已知標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系往往被稱為傳遞函數(shù)。 請(qǐng)見圖2,當(dāng)測(cè)量值調(diào)整時(shí),這種關(guān)系也將根據(jù)已知校準(zhǔn)基準(zhǔn)進(jìn)行微調(diào)。理想情況下，傳遞函數(shù)呈現(xiàn)為跨整個(gè)量程的完美線性，但在實(shí)際操作中大多數(shù)測(cè)量均會(huì)因被測(cè)量的大小不同而在靈敏度上發(fā)生一些變化。

　　這種類型的瑕疵被稱之為非線性(見圖3)。這種現(xiàn)象通常在量程的極限處比較突出。因此，核實(shí)精度規(guī)范是否包含非線性以及精度是否適用于全量程范圍非常必要。若非如此，那么就有理由對(duì)接近極限值的測(cè)量精度表示懷疑。

　　濕滯是指與被測(cè)變量變化方向有關(guān)的測(cè)量靈敏度變化(見圖4)。這可能是導(dǎo)致某些濕度傳感器測(cè)量不確定的重要原因，而這些傳感器采用極易附著水分子的材料制造而成。如果規(guī)定的精度未標(biāo)明是否包含濕滯，那么造成這一測(cè)量不確定性的原因就會(huì)變得不明確。此外，如果校準(zhǔn)順序僅按一個(gè)方向進(jìn)行，濕滯的作用在校準(zhǔn)過程中將不會(huì)顯示出來，而如果技術(shù)規(guī)范中忽略了濕滯，那么也將無法掌握測(cè)量中的濕滯水平。維薩拉薄膜聚合物傳感器的濕滯幾乎可以忽略不計(jì)，并且始終在規(guī)定精度之內(nèi)。

　　溫度和壓力等環(huán)境條件也會(huì)對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響。如果溫度依賴性未確定而工作溫度變化劇烈，那么可重復(fù)性可能就會(huì)受到影響。規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)規(guī)范既可能適用于全量程工作溫度，也可能適用于特定、有限或“常規(guī)”的工作溫度范圍。如果沒有明確的說明以這種方式表示的技術(shù)規(guī)范將在一定的溫度范圍處于無法確定的狀態(tài)。

　　穩(wěn)定性和選擇性

　　隨著時(shí)間的推移，測(cè)量?jī)x表的靈敏度可能會(huì)因老化而發(fā)生變化。在某些情況下這種作用可能會(huì)因受到化學(xué)品或其它環(huán)境因素的干擾而加速。如果未確定長(zhǎng)期穩(wěn)定性，或者如果制造商無法提供常規(guī)校準(zhǔn)周期的推薦值，那么技術(shù)規(guī)范實(shí)際上僅代表了校準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)的精度。靈敏度的緩慢變化(有時(shí)候被稱為漂移或蠕變)的危害在于其難以發(fā)現(xiàn)，且可能會(huì)導(dǎo)致控制系統(tǒng)的潛在問題。

　　選擇性可定義為儀表對(duì)于除實(shí)際被測(cè)量氣體以外其它因素變化的低靈敏度。例如，在含有某些化學(xué)成分的大氣中進(jìn)行的濕度測(cè)量可能會(huì)受到影響，導(dǎo)致測(cè)量值實(shí)際上會(huì)受到該化學(xué)成分的影響。此類影響可能為可逆的，也可能為不可逆的。其對(duì)某些化學(xué)品的響應(yīng)可能會(huì)相當(dāng)緩慢，而這種對(duì)化學(xué)品的交叉靈敏度很容易被誤認(rèn)為漂移。具有良好選擇性的儀器不會(huì)受到除實(shí)際被測(cè)量氣體以外任何其它因素變化的影響。

　　校準(zhǔn)與不確定度

　　如果測(cè)量讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，可以對(duì)儀器的靈敏度進(jìn)行校正。該過程被稱為調(diào)整。在單點(diǎn)上進(jìn)行的調(diào)整稱為零點(diǎn)偏移校正;兩點(diǎn)調(diào)整則為針對(duì)零點(diǎn)偏移和增益(敏度)的線性校正。如必須要在多個(gè)點(diǎn)上對(duì)測(cè)量值進(jìn)行調(diào)整，那么可能會(huì)導(dǎo)致測(cè)量的線性度較差，需要采用非線性多點(diǎn)校正對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償。此外，如果調(diào)整點(diǎn)與校準(zhǔn)點(diǎn)相同，那么調(diào)整點(diǎn)之間的測(cè)量質(zhì)量仍然無法得到驗(yàn)證。

　　當(dāng)儀表經(jīng)過調(diào)整之后，表明已通過校準(zhǔn)對(duì)其精度進(jìn)行驗(yàn)證。校準(zhǔn)有時(shí)候容易與調(diào)整混淆，校準(zhǔn)是指將被測(cè)值與被稱為工作標(biāo)準(zhǔn)的已知基準(zhǔn)進(jìn)行比較。工作標(biāo)準(zhǔn)為可溯源鏈條中的第一環(huán)，它處于一系列校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的最末端，并可追溯到原始的校準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)。雖然許多根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)的儀表可能彼此之間的準(zhǔn)確度較高(高度精確)，但如果無法確定校準(zhǔn)的不確定度，那么與原始標(biāo)準(zhǔn)的絕對(duì)精度則無法驗(yàn)證。

　　校準(zhǔn)可溯源性表示一直到原始標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量、基準(zhǔn)和相關(guān)不確定度鏈條已知且已經(jīng)經(jīng)過專業(yè)化記錄處理。這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算，并可確定儀表的精度。

　　怎樣才算“足夠精確”?

　　在選擇測(cè)量?jī)x表時(shí)，必然考慮所要求的精度水平。例如，在要求將相對(duì)濕度按人體舒適度調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)控制應(yīng)用中，達(dá)到相對(duì)濕度為±5%的精度是合意的。但是在冷卻塔控制之類的應(yīng)用中，需要更精確的控制和更微小的調(diào)節(jié)余量才能實(shí)現(xiàn)更高的運(yùn)行效率。

　　在將測(cè)量值作為控制信號(hào)使用時(shí)，可重復(fù)性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性(精密性)非常重要，與可溯源標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的絕對(duì)精度就處于次要地位。這在溫度與濕度變化較大的動(dòng)態(tài)工藝過程中尤為如此，測(cè)量穩(wěn)定性則比絕對(duì)精度更為重要。

　　另外，如果測(cè)量值用于驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部試驗(yàn)條件與其它實(shí)驗(yàn)室的可比性，則絕對(duì)精度和校準(zhǔn)可溯源性均至關(guān)重要。TAPPI/ANSIT402標(biāo)準(zhǔn)–紙、紙板、紙漿手抄紙及相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)條件及測(cè)試環(huán)境即為此類精度要求的一個(gè)示例,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了紙張測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的試驗(yàn)條件為23±1,0°C以及50±2 %RH。如果測(cè)量規(guī)定精度(最大允許誤差)為±1.5 % R H而校準(zhǔn)不確定度為±1.6 %RH，那么相對(duì)原始校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的總不確定度將超出規(guī)范，而與測(cè)試機(jī)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境濕度相關(guān)性很大的測(cè)試分析將不具有可比性，并將無法確認(rèn)所進(jìn)行的測(cè)試分析是在標(biāo)準(zhǔn)條件下完成的。

　　在沒有校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)不確定度相關(guān)信息的情況下，僅僅通過精度規(guī)范則無法確定儀表的絕對(duì)精度。