仪表的精度与误差密切相关,它们是衡量仪表测量质量的关键要素:
仪表误差
系统误差:由仪表自身的不完善、测量原理的局限或者环境因素恒定影响导致的误差 。例如,未经校准的电流表零点不准,就会始终让测量的电流值存在固定偏差;或是在环境温度恒定偏离标准温度时,因热胀冷缩对仪器内机械部件的影响,致使测量出现定向偏差。这类误差的特点是重复性、单向性,理论上可以修正。
随机误差:由测量环境中不可预测的微小变动、噪声干扰等偶然因素引发。如测量时周围电磁场的瞬间波动、操作人员每次放置被测物位置的细微差别等,都可能造成随机的测量偏差。它在多次测量中,数值大小和方向随机分布,不可修正,但能通过增加测量次数取平均值的方法来减小其对最终测量结果的影响。
粗大误差:又叫疏忽误差,往往是由于操作人员操作不当,比如读数错误、仪器突发故障等明显失误造成的严重偏离真实值的误差。识别出粗大误差的数据应直接剔除,因为它们严重歪曲测量结果。
定义:仪表测量值与被测量真实值之间的差值。由于在实际测量环境中,存在各种干扰因素与仪表自身特性的限制,测量结果很难完全等同于真实值,由此产生误差。
分类
仪表精度
定义:又称仪表准确度,表征仪表测量结果的可靠程度,它反映了测量误差的综合大小。精度越高,意味着测量值与真实值越接近。
表示方法:工业仪表常用精度等级来标识,精度等级一般用一系列标准数值表示,例如 0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0 等。这个数值是仪表在规定工作条件下,最大允许误差占满量程输出的百分数。以精度等级 0.5 的电压表为例,假如它的量程是 100V,其最大允许误差就是 100V× 0.5% = 0.5V ,也就是在整个量程内测量任何电压值,误差绝对值不会超过 0.5V。
仪表误差通常分为绝对误差、相对误差与引用误差,它们的计算方法各有不同:
绝对误差
定义:仪表测量值与被测量真实值之间的差值,反映了测量值偏离真实值的绝对量。
计算公式: ,其中, 是绝对误差, 是仪表的测量值, 是被测量的真实值。例如,使用电压表测量某电路电压,电压表读数 ,而用高精度标准电压表测量得到真实值 , 那么绝对误差 。
相对误差
定义:绝对误差与被测量真实值的比值,常以百分数形式表示,它能直观呈现出误差占真实值的比例大小,更便于比较不同量级测量的精确程度。
计算公式: ,以上述电压表测量为例,相对误差 。当对两个不同量程、不同测量值的仪表做精度对比时,相对误差就凸显出优势。比如,测量 1000V 电压时误差 10V,和测量 10V 电压时误差 1V,单看绝对误差前者大,但计算相对误差,前者是 ,后者是 ,说明前者测量更精准。
引用误差
定义:绝对误差与仪表满量程值的比值,同样常用百分数形式表示。在评定仪表精度等级时,主要依据的就是引用误差。
计算公式:, 其中, 是引用误差, 是仪表的满量程值。例如,某电流表量程是 0 - 50A,测量某电流时绝对误差为 0.5A, 则引用误差 。由于仪表精度等级是按照最大允许引用误差划分的,所以这个计算结果可以直接用来比对该电流表是否满足既定的精度等级标准
仪表精度等级是按照最大允许误差占满量程的百分比来划分的,具体如下:
常见等级数值:一般有 0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、 2.5、5.0 等。这些数字代表的含义是,在仪表正常工作条件下,其测量时产生的最大绝对误差与仪表满量程测量值的百分比。例如,某压力表量程为 0 - 10MPa,精度等级为 1.0 ,那么它的最大允许误差就是满量程 10MPa 的 1%,即 0.1MPa。也就是说,无论测量值是多少,测量结果与真实值之间的误差绝对值不会超过 0.1MPa 。
高精度仪表:0.05、0.1、0.2 级别的仪表属于高精度仪表。这类仪表制造工艺要求严苛,成本较高,常用于对测量精度需求极高的科学研究、精密计量校准实验室场景。像国家计量院在标定更高级别的标准器具时,就会用到 0.05 级的电学仪表,来保证标定结果的超高精准度。
一般工业仪表:1.0、1.5、2.5 级精度的仪表较为常见于工业生产流程当中。工业环境相对复杂,有一定的温度、湿度、振动干扰,过高精度的仪表性价比不高。例如在普通化工生产线上监测管道压力,1.5 级精度的压力表足以满足日常监控、维持生产稳定运行的需求。
低精度仪表:5.0 级精度等级较低,常用于一些对测量精度要求不高、只做大致量级判断的场合。比如在暖通空调系统里,用于初步判断风道静压的简易压力表,采用 5.0 级就能大致知晓静压范围,辅助判断通风状况,即使存在稍大误差,也不会对系统整体运行造成关键影响。
仪表精度等级的划分,让使用者可以依据实际测量需求、使用场景以及成本预算,快速筛选出合适的仪表,保障测量任务既能达到必要的精准度,又兼具经济性。
仪表的精度取决于其设计、制造工艺与校准水平,误差则贯穿于测量的各个环节,了解二者有助于在不同测量场景下,挑选合适精度的仪表,同时科学分析测量数据的可信度。
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