測量儀表的質(zhì)量通常用一個簡單的問題進(jìn)行評估：測量精度如何?盡管這個問題看上去很簡單,但答案往往未必如此。選擇最適用的測量儀表就需要認(rèn)識一下影響測量不確定性的一些因素。這樣反過來還可更深入了解該類儀表的技術(shù)指標(biāo)所列出的信息以及未列出的信息。

儀表測量的性能根據(jù)動態(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(對老化及惡劣環(huán)境的容差)來進(jìn)行評估的。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)際操作中所有測量均會存在某些瑕疵或不確定性。

被測值與與標(biāo)準(zhǔn)值的一致性通常簡單地稱為“準(zhǔn)確度”，但這是一個略微模糊的術(shù)語。嚴(yán)格定義的準(zhǔn)確度通常包括重復(fù)性。重復(fù)性指在測量條件不變的情況下，儀器在重復(fù)測量時(shí)能夠達(dá)到相似測量結(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、非線性和長期穩(wěn)定性。重復(fù)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(shí)際測量性能的錯誤印象。

測量值與已知標(biāo)準(zhǔn)值之間的關(guān)系往往被稱為傳遞函數(shù)。 請見圖2,當(dāng)測量值調(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)為跨整個量程的完美線性，但在實(shí)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(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(guān)的測量靈敏度變化(見圖4)。這可能是導(dǎo)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(biāo)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(zhǔn)順序僅按一個方向進(jìn)行，濕滯的作用在校準(zhǔn)過程中將不會顯示出來，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(fù)性可能就會受到影響。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(xué)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(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)，且可能會導(dǎo)致控制系統(tǒng)的潛在問題。

選擇性可定義為儀表對于除實(shí)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(xué)成分的大氣中進(jìn)行的濕度測量可能會受到影響，導(dǎo)致測量值實(shí)際上會受到該化學(xué)成分的影響。此類影響可能為可逆的，也可能為不可逆的。其對某些化學(xué)品的響應(yīng)可能會相當(dāng)緩慢，而這種對化學(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受到除實(shí)際被測量氣體以外任何其它因素變化的影響。

校準(zhǔn)與不確定度

如果測量讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)出現(xiàn)偏差，可以對儀器的靈敏度進(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)整則為針對零點(diǎn)偏移和增益(敏度)的線性校正。如必須要在多個點(diǎn)上對測量值進(jìn)行調(diào)整，那么可能會導(dǎo)致測量的線性度較差，需要采用非線性多點(diǎn)校正對其進(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”?

在選擇測量儀表時(shí)，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(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)通風(fēng)控制應(yīng)用中，達(dá)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(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。

在將測量值作為控制信號使用時(shí)，可重復(fù)性和長期穩(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(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)條件及測試環(huán)境即為此類精度要求的一個示例,該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了紙張測試實(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，那么相對原始校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的總不確定度將超出規(guī)范，而與測試機(jī)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境濕度相關(guān)性很大的測試分析將不具有可比性，并將無法確認(rèn)所進(jìn)行的測試分析是在標(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精度。

維薩拉所提供的專業(yè)化、全面的技術(shù)規(guī)范以國際標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)測試方法和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，我們對此深感自豪。對客戶而言，這意味著在作出正確產(chǎn)品選擇時(shí)他們能夠獲得全面可靠的信息支持。

選擇儀表時(shí)需咨詢的問題

技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的精度是否包含可重復(fù)性、非線性、濕滯和長期穩(wěn)定性等所有可能的不確定性?

技術(shù)指標(biāo)規(guī)定的精度是否包含了全量程，或者精度定義的范圍是否存在限制?規(guī)范中是否給出溫度依賴性，或者精度規(guī)范中是否確定了溫度范圍?

制造商是否有能力提供相應(yīng)校準(zhǔn)證書?證書中是否包含校準(zhǔn)方法、所用標(biāo)準(zhǔn)以及專業(yè)計(jì)算得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定性等相關(guān)信息?證書中是否包含一個以上或兩個校準(zhǔn)點(diǎn)，以及是否涵蓋了整個量程?

是否提供了推薦校準(zhǔn)周期，或者精度規(guī)范中是否給出了長期穩(wěn)定性?擬定工作環(huán)境的選擇性水平如何?制造商是否能夠提供儀表針對擬定環(huán)境和應(yīng)用適用性的相關(guān)信息或參考資料?