分析儀表測量性能及指標

　　儀表測量的性能根據(jù)動態(tài)性(量程、響應時間)、準確度(重復性、精密度和靈敏度)以及穩(wěn)定性(對老化及惡劣環(huán)境的容差)來進行評估的。其中，準確度(應該是最大允許誤差，經(jīng)常被叫做精度)通常被視為最重要的質量因素,也是最難以確定的因素。

　　靈敏度與準確度

　　測量輸出變化與標準值變化之間的關系稱為靈敏度。理想情況下這種關系呈現(xiàn)為完美線性，但在實際操作中所有測量均會存在某些瑕疵或不確定性。

　　被測值與與標準值的一致性通常簡單地稱為“準確度”，但這是一個略微模糊的術語。嚴格定義的準確度通常包括重復性。重復性指在測量條件不變的情況下，儀器在重復測量時能夠達到相似測量結果的能力(見圖1)。但是其可能包含也可能不包含濕滯、溫度依賴性、非線性和長期穩(wěn)定性。重復性本身通常是測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，則其可能會造成對實際測量性能的錯誤印象。

　　測量值與已知標準值之間的關系往往被稱為傳遞函數(shù)。 請見圖2,當測量值調整時,這種關系也將根據(jù)已知校準基準進行微調。理想情況下，傳遞函數(shù)呈現(xiàn)為跨整個量程的完美線性，但在實際操作中大多數(shù)測量均會因被測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，那么就有理由對接近極限值的測量精度表示懷疑。

　　濕滯是指與被測變量變化方向有關的測量靈敏度變化(見圖4)。這可能是導致某些濕度傳感器測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)定的精度未標明是否包含濕滯，那么造成這一測量不確定性的原因就會變得不明確。此外，如果校準順序僅按一個方向進行，濕滯的作用在校準過程中將不會顯示出來，而如果技術規(guī)范中忽略了濕滯，那么也將無法掌握測量中的濕滯水平。維薩拉薄膜聚合物傳感器的濕滯幾乎可以忽略不計，并且始終在規(guī)定精度之內。

　　溫度和壓力等環(huán)境條件也會對測量精度產(chǎn)生影響。如果溫度依賴性未確定而工作溫度變化劇烈，那么可重復性可能就會受到影響。規(guī)定的技術指標規(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

　　隨著時間的推移，測量儀表的靈敏度可能會因老化而發(fā)生變化。在某些情況下這種作用可能會因受到化學品或其它環(huán)境因素的干擾而加速。如果未確定長期穩(wěn)定性，或者如果制造商無法提供常規(guī)校準周期的推薦值，那么技術規(guī)范實際上僅代表了校準時間內的精度。靈敏度的緩慢變化(有時候被稱為漂移或蠕變)的危害在于其難以發(fā)現(xiàn)，且可能會導致控制系統(tǒng)的潛在問題。

　　選擇性可定義為儀表對于除實際被測量氣體以外其它因素變化的低靈敏度。例如，在含有某些化學成分的大氣中進行的濕度測量可能會受到影響，導致測量值實際上會受到該化學成分的影響。此類影響可能為可逆的，也可能為不可逆的。其對某些化學品的響應可能會相當緩慢，而這種對化學品的交叉靈敏度很容易被誤認為漂移。具有良好選擇性的儀器不會受到除實際被測量氣體以外任何其它因素變化的影響。

　　校準與不確定度

　　如果測量讀數(shù)與標準基準出現(xiàn)偏差，可以對儀器的靈敏度進行校正。該過程被稱為調整。在單點上進行的調整稱為零點偏移校正;兩點調整則為針對零點偏移和增益(敏度)的線性校正。如必須要在多個點上對測量值進行調整，那么可能會導致測量的線性度較差，需要采用非線性多點校正對其進行補償。此外，如果調整點與校準點相同，那么調整點之間的測量質量仍然無法得到驗證。

　　當儀表經(jīng)過調整之后，表明已通過校準對其精度進行驗證。校準有時候容易與調整混淆，校準是指將被測值與被稱為工作標準的已知基準進行比較。工作標準為可溯源鏈條中的第一環(huán)，它處于一系列校準和標準的最末端，并可追溯到原始的校準和標準。雖然許多根據(jù)特定標準進行校準的儀表可能彼此之間的準確度較高(高度精確)，但如果無法確定校準的不確定度，那么與原始標準的絕對精度則無法驗證。

　　校準可溯源性表示一直到原始標準的測量、基準和相關不確定度鏈條已知且已經(jīng)經(jīng)過專業(yè)化記錄處理。這樣就可實現(xiàn)對校準標準不確定度的計算，并可確定儀表的精度。

　　怎樣才算“足夠精確”?

　　在選擇測量儀表時，必然考慮所要求的精度水平。例如，在要求將相對濕度按人體舒適度調整的標準通風控制應用中，達到相對濕度為±5%的精度是合意的。但是在冷卻塔控制之類的應用中，需要更精確的控制和更微小的調節(jié)余量才能實現(xiàn)更高的運行效率。

　　在將測量值作為控制信號使用時，可重復性和長期穩(wěn)定性(精密性)非常重要，與可溯源標準有關的絕對精度就處于次要地位。這在溫度與濕度變化較大的動態(tài)工藝過程中尤為如此，測量穩(wěn)定性則比絕對精度更為重要。

　　另外，如果測量值用于驗證實驗室內部試驗條件與其它實驗室的可比性，則絕對精度和校準可溯源性均至關重要。TAPPI/ANSIT402標準–紙、紙板、紙漿手抄紙及相關產(chǎn)品標準條件及測試環(huán)境即為此類精度要求的一個示例,該標準規(guī)定了紙張測試實驗室的試驗條件為23±1,0°C以及50±2 %RH。如果測量規(guī)定精度(最大允許誤差)為±1.5 % R H而校準不確定度為±1.6 %RH，那么相對原始校準標準的總不確定度將超出規(guī)范，而與測試機構內部環(huán)境濕度相關性很大的測試分析將不具有可比性，并將無法確認所進行的測試分析是在標準條件下完成的。

　　在沒有校準標準不確定度相關信息的情況下，僅僅通過精度規(guī)范則無法確定儀表的絕對精度。