第五章第三节  测量仪器

考点：

（一）概述

1、熟悉测量仪器、测量设备的定义

  2、了解测量仪器的分类

（二）测量仪器的计量特性

  1、了解测量仪器控制的概念

2、熟悉标称范围、量程和测量范围的概念

3、了解额定操作条件、极限条件和参考条件的概念

4、掌握示值误差和最大允许误差的概念

5、了解灵敏度的概念

6、掌握分辨力的概念

7、熟悉稳定性和漂移的概念

（三）了解测量仪器的选用原则（1、技术性  2、经济性）

重点：熟悉测量仪器、测量设备的定义；标称范围、量程和测量范围的概念

      掌握示值误差和最大允许误差的概念；掌握分辨力的概念；熟悉稳定性和漂移的概念

难点：标称范围、量程和测量范围、示值误差和最大允许误差的概念、分辨力、稳定性和漂移的概念

一、测量仪器的基本概念

知识点1：（一）熟悉测量仪器、测量设备的定义

测量仪器-- 单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具，称为测量仪器，又称计量器具。

    使用以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知道的测量仪器称

之为实物量具，简称量具。例如：砝码、量块、参考物质等。实物量具本

身所复现或提供的是已知量值，即给定量。

测量设备-- 测量设备是为实现测量过程所必须的测量仪器、软件、测量标准、标准物质及辅助设备的组合。

    辅助设备主要指本身不能给出量值而没有它又不能进行测量的设备，

以及作为检验手段用的工具、工装、定位器、模具等。辅助设备有时会直

接影响测量的准确可靠程度。

    进行测量所必须的软件和资料，是指设备使用说明书、作业指导书以

及有关测量程序文件等软件，也包括一些仪器本身的控制和测量程序。

    测量设备是对测量所包括的硬件和软件的统称，对测量设备进行有效

控制，是企业质量管理的重要内容。

知识点2：（二）了解测量仪器的分类

测量仪器按其结构和功能特点可分为四种：

        1）显示式测量仪器，                 2）比较式测量仪器；

        3）积分式测量仪器；                 4）累积式测量仪器。

按计量学用途或统一单位量值中的作用，测量仪器可分为三种

测量基准、测量标准和工作用测量仪器。

二、测量仪器的计量特性

测量仪器的计量特性是指其影响结果的一些明显特征，其中包括测量范围、偏移、重复性、稳定性、分辨力、鉴别力和示值误差等。

知识点1：了解测量仪器控制的概念

确定测量仪器的特性，并签发关于其法定地位的官方文件，称为测量仪器控制。包括对测量仪器的型式批准、检定、检验等。为了保证测量要求，测量仪器必须符合规范要求的计量特性。

目的是确定测量仪器的特性是否符合相关技术法规中规定的要求。

型式批准是由政府计量行政部门做出的承认测量仪器的型式符合法定要求的决定。

检定是查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序，包括检查、加标记和（或）出具检定证书。

检验是对使用中测量仪器进行监督的重要手段，其内容包括检查测量仪器检定标记或检定证书是否有效、保护标记是否损坏、检定后测量仪器是否遭到明显改动，以及其误差是否超过使用中最大允许误差等。

【例题】在测量仪器控制的运作中，属于检定的内容是（ ab ）。

a、出具检定证书；     b、加标记；  

c、检查测量仪器的检定标记或检定证书是否有效；

d、检查检定后测量仪器是否遭受到明显改动； 

e、检查测量仪器误差是否超过使用中的最大允许误差；

【例题】以下关于检定的表述中正确的有（ acde  ）。

a．根据对其管理形式，可将检定分为强制检定和非强制检定两类

b．从事检定工作的人员无须经过考核，重在有经验即可上岗

c．应当按照统一规范的原则，到指定地点进行

d．在检定结果中 ，必须有合格与否的结论，并出具证书或加盖印记

e．检定的依据是按法定程序审批公布的计量检定规程

知识点2：熟悉标称范围、量程和测量范围的概念

（一）标称范围、量程和测量范围

 1）示值范围是指测量仪器标尺装置所能指示的范围。例如：万用表刻

度显示（0~250）v，则示值范围为（0~250）v。

 2）标称范围是指测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。

例如：万用表调整到500v档，示值范围为（0~250）v，则其标称范

围应为（0~500）v 。标称范围一般用上限和下限说明，如果下限为零时，

标称范围一般只用其上限来表示。

3）量程是指标称范围的上限与下限之差的绝对值。例如：某温度计

标称范围为（-30~80）℃，量程为 |80-（-30）|℃=110℃。

 4）测量范围（也称为工作范围）是指测量仪器的误差处于规定的极限

范围内的被测量的示值范围。

    测量范围就是在正常工作条件下，能确保测量仪器规定准确度的被测

量值的范围。有些测量仪器的测量范围与其标称范围相同，测量范围总是

等于或小于标称范围。

【例题】标称范围的上限与下限之差的绝对值，为（ a ）。

a、量程；  b、工作范围；  c、测量范围；    d、示值范围；

【例题】用一台万用表测量电阻器的电阻，使用的是×100档，若万用表的刻度盘所显示的数据范围为0-10.0ω，则该档下的标称范围为（ c  ）。

a、0-10.0ω； b、0-100ω；  c、0-1kω；  d、0-10kω；

【例题】由测量仪器所指示的被测量之值称为（ d  ）。  

a、 显示结果； b、真值；  c、测量值； d、示值；

（二）额定操作条件、极限条件和参考条件

知识点3：了解额定操作条件、极限条件和参考条件的概念

 1）额定操作条件是指测量仪器的正常工作条件，也就是使测量仪器的

规定计量特性处于给定级限内的使用条件。

 2）极限条件是指测量仪器的规定计量特性不受损也不降低，其后仍可在额定操作条件下运行所能承受的级端条件。

3）参考条件是指测量仪器在性能试验或进行检定、校准、比对时的使

用条件，即标准工作条件，或称为标准条件。

    额定操作条件指测量仪器正常使用的条件，极限条件是仪器不受损坏

和不降低准确度所允许的极端条件，而参考条件是为确定测量仪器本身计

量性能所规定的标准条件。

    在这三个条件中，参考条件的要求最严，额定操作条件则较宽，而极

端条件的范围和额定值为最大。

（三）示值误差和最大允许误差

知识点4：掌握示值误差和最大允许误差的概念

1）示值就是由测量仪器所指示的被测量值。测量仪器的示值误差是测量

仪器示值与对应的输入量的真值之差。

2）示值误差是测量仪器最主要的计量特性之一，本质上反映了测量仪器

准确度的大小，即测量仪器给出接近于真值的响应的能力。示值误差大，

则其准确度低；示值误差小，则其准确度高。

    示值误差是相对真值而言的，由于真值不能确定，实际上使用标准仪

器给出的约定真值或实际值替代。因此，指示式测量的示值误差=示值-实

际值，实物量具的示值误差=标称值-实际值。

例如：被检电流表的示值i为40a时，用标准电流表检定，其电流实际

值i₀=39a，则示值40a的误差为： △=i—i₀=（40—39）a=1a。

    如：某工作玻璃器具容量标称值v为1000ml，经标准玻璃量具检定实

际值v₀为1005ml，量具示值误差为△=v—v₀=（1000-1005）ml=-5 ml

测量仪器示值误差，通常简称为测量仪器的误差，可用绝对误差形式

表示，也可用相对误差形式表示。确定测量仪器示值误差的大小，是为了

判定测量仪器是否合格，并获得其示值的修正值。

3）测量仪器的最大允许误差是指对给定的测量仪器，由规范、规程等所允许的误差极限值，简写为mpe，有时也称为测量仪器的允许误差限。

    示值误差和最大允许误差均是对测量仪器本身而言的。

示值误差和最大允许误差的区分：

最大允许误差是指技术规范（例如标准、检定规程、校准规范）所规

定的允许的误差极限值，它是一个判定测量仪器合格与否的规定的要求；

示值误差则是指测量仪器某一示值的误差实际大小，它是通过检定、校

准所得到的一个值或一组值，用以评价测量仪器是否满足最大允许误差的

要求，从而判断其是否合格，或者根据实际需要提供修正值，以提高测量

结果的准确度。

【例题】测量仪器示值误差是（ b  ）与对应的（ d  ）之差。

a、不确定度； b、测量仪器示值；  c、测量结果； d、输入量的真值；

【例题】示值误差是测量仪器最主要的计量特性之一。请就以下问题选出正确答案。

（1）砝码质量的示值(标称值)为，而其约定真值为，则示值误差等于（ c ）。

-60μg -6μg         6μg          60μg

（2）玻璃量瓶标记的标称容量值(示值)为，而其实际容量为，则示值误差等于（ a ）。

-6.5ml       -6.0ml    6.0ml                6.5ml

（3）某标准尺的实际长度为，而用千分尺测得其值（千分尺的示值）为，则千分尺在该测量点的示值误差等于（ d ）。

-10μm         -0.001μm        0.001μm         10μm

（四）灵敏度

   知识点5：了解灵敏度的概念

测量仪器响应的变化除以对应激励变化，称为灵敏度。

    灵敏度反映测量仪器被测量（输入）变化引起仪器示值（输出）变化

的程度，如果被测量变化很小，而引起的示值改变（输出量）很大，则该

测量仪器的灵敏度很高。

    灵敏度是测量仪器重要的计量特性之一，其值应与测量目的相适应，

并不是越高越好。

【例题】如果被测量的变化很小，而引起的测量仪器的示值改变很大，则该测量仪器的（ c ）。

a、分辨力很高； b、分辨力很低；  c、灵敏度很高； d、灵敏度很低；

【例题】测量仪器响应的变化除以对应的激励变化，称为（ d  ）。

a、正确度；  b、精密度；   c、准确度；  d、灵敏度；

（五）分辨力

知识点6：掌握分辨力的概念

显示装置能有效辨别的最小的示值差，称为显示装置的分辨力。

    分辨力是指显示装置中对其最小示值的辨别能力。模拟式显示装置的

分辨力，通常为标尺分度值的一半；数字式显示装置，分辨力为末位数字

的一个数码；半数字式显示装置，分辨力为末位数字的一个分度。分辨力

高可以降低读数误差，从而减少由于读数误差引起的对测量结果的影响。

（六）稳定性和漂移

知识点7：熟悉稳定性、飘移的概念

1）稳定性通常是指测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。

   稳定性通常用以下两种方式定量地表征：

  （1）计量特性变化某个规定的量所经历的时间；

  （2）计量特性经过规定的时间所发生的变化量。

    测量仪器稳定性是重要的计量特性之一。影响测量仪器稳定性的主要

原因有元器件的老化、零部件的磨损，以及使用、储存、维护工作不细致

所致。对测量仪器进行周期检定或定期校准是对其稳定性的一种考核。

2）漂移是测量仪器计量特性的慢变化。

   漂移反映了在规定的条件下，测量仪器计量性随时间的慢变化。

   漂移往往是由于温度、压力、湿度等外界变化所致，或由于仪器本身

性能的不稳定所致。测量仪器使用前采取预热、预先在实验室内放置一段

时间与室温等温，就是减少漂移的一些措施。

【例题】显示装置能有效辨别的最小的示值差，称为显示装置的(  b  )。

a.灵敏度  b. 分辨力   c.示值误差   d.读数误差

【例题】可以用于测量仪器稳定性的定量表征的方式有（ bd ）。

a、测量仪器计量特性的慢变化；   

b、计量特性变化某个规定的量所经历的时间；

c、测量仪器在规定的时间内的零点漂移；        

d、计量特性经过规定的时间所发生的变化量；

【例题】测量仪器的计量特性随时间恒定的能力称为（ d   ）。

a.灵敏度  b. 分辨力  c. 漂移   d.稳定性

【例题】模拟式显示装置的分辨力，通常为（ d   ）。

a. 标尺分度值  b. 标尺分度值的1/3  c. 标尺分度值1/5     d. 标尺分度值的1/2

二、测量仪器的选用原则

知识点1：了解测量仪器的选用原则

选用测量仪器应从技术性和经济性出发，使测量仪器的计量特性适当地

满足预定的要求，既要够用，又不过高。

1）技术性---- 选择仪器的最大允许误差时，通常应为测量对象所要求误差的1/3~1/5，

若条件不许可，也可为1/2，此时测量结果置信水平会下降。

        选择仪器的测量范围应使其上限与被测值相差不大而又覆盖全部量值。还应注意灵敏度过低会影响准确度，过高难于及时达到平衡状态。

        在正常使用条件下，测量仪器的稳定性很重要，一般要求测量仪器具有高的可靠性；同时应注意仪器的额定操作条件和极限条件。此外应选用标准化、系列化、通用化的测量仪器，以便于安装、使用、维修和更换。

    2）经济性-----测量仪器的经济性是指该仪器的成本，它包括基本成本、安装成本及维护成本。应注意测量准确度的提高，通常伴随着成本的上升。

【例题】在选用测量仪器时，应遵循（ ad ）。   

a、测量准确度满足预定要求即可；  

b、灵敏度越高越好；     c、测量范围越大越好；

d、最大允许误差为被测量对象所要求误差的1/3~1/5；