請(qǐng)問數(shù)值跳變?nèi)绾翁幚恚?/span>

給位老師，大家好。
我在工作過程中經(jīng)常碰到這樣一個(gè)問題：所使用的計(jì)量器具無(wú)論是被檢設(shè)備還是標(biāo)準(zhǔn)器，測(cè)量需要等待示值穩(wěn)定后讀取讀數(shù)。但是因?yàn)楦鞣N原因，示值往往是在一個(gè)范圍內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定，但并沒有固定為一個(gè)數(shù)值，請(qǐng)問這個(gè)時(shí)候，我應(yīng)該在范圍區(qū)間內(nèi)取哪個(gè)值作為測(cè)得值呢？

根據(jù)所學(xué)的計(jì)量知識(shí)，經(jīng)常是可以選用平均值作為測(cè)得值。但是這只是原則，實(shí)際工作過程中有以下不明白的地方：
1：根據(jù)檢定規(guī)程校準(zhǔn)規(guī)范或者其他文字形式的文件所規(guī)定的方法，上述問題一般不在考慮范圍內(nèi)。所以我這么做，實(shí)際是否（在法制規(guī)定中）允許？而且這個(gè)跳變范圍往往是一個(gè)直觀觀察，很難準(zhǔn)確界定，比如我做電磁測(cè)量過程中有些是設(shè)備本身造成的，但是同時(shí)溫度和濕度也在變化，當(dāng)多個(gè)影響量的時(shí)候，范圍也不能明確。
2：因?yàn)闄z定或者校準(zhǔn)往往牽扯至少兩個(gè)計(jì)量器具，其間存在激勵(lì)響應(yīng)關(guān)系，但是在示值變化上，兩者往往是不同步的，如果按照平均值原則，標(biāo)準(zhǔn)和被測(cè)設(shè)備引入的測(cè)量不確定度是否存在？是否應(yīng)該計(jì)算？如何計(jì)算？
3：還有一個(gè)減少這種問題的方法是減少靈敏度，但是靈敏度減少會(huì)帶來多大不確定度是否需要考慮？是否需要計(jì)算？如何計(jì)算？
4：是否有其他方法減少這種問題？所帶來的影響是否需要計(jì)算？
5：老一輩的師傅告訴我，交流跳變是由于電壓源不穩(wěn)造成的。但是同樣的電壓，直流就穩(wěn)定的多。我覺得這是交流本身造成的，所以我想請(qǐng)問，有使用穩(wěn)壓源的同行，你們交流測(cè)量的時(shí)候是否存在此問題？

謝謝各位的指教。

吳下阿蒙 發(fā)表于 2016-9-7 11:48
比如老式指針電壓表都是由表頭（高精度電流表）配合電阻組合出來的。表頭面板不變，但更換不同阻值的電阻 ...

大善，我在這種沒有意義的問題上繞來繞去，你見笑了。
不過，我還想繞一下，但是那就是另外的問題了，想好了我再開貼。謝謝你和我討論這么久。

首先，我不是前輩哈，也只是個(gè)計(jì)量新人，不過我也遇到了和您相同的問題。所使用的計(jì)量器具無(wú)論是被檢設(shè)備還是標(biāo)準(zhǔn)器，都在跳動(dòng)時(shí)，要如何取值？

以我遇到的一個(gè)測(cè)量分流器阻值的模型為例，主要設(shè)備包括電源，標(biāo)準(zhǔn)電阻R，被測(cè)電阻R1，及2個(gè)電壓表分別接與電阻兩端。在測(cè)試中，由于電源輸出的波動(dòng)，電壓表V1和V2的顯示值都會(huì)非?？斓亩秳?dòng)。這應(yīng)該和您遇到的問題相同。
我們的處理思路如下：
1.確認(rèn)波動(dòng)原因，將電源更換為標(biāo)準(zhǔn)源，確認(rèn)電壓表市值波動(dòng)顯著降低，確認(rèn)波動(dòng)源是電源輸出造成的。
2.您提到因?yàn)闄z定或者校準(zhǔn)往往牽扯至少兩個(gè)計(jì)量器具，其間存在激勵(lì)響應(yīng)關(guān)系，我認(rèn)為這必然是要考慮的，而且不僅僅如此，應(yīng)該保證你得測(cè)試量在時(shí)間上是對(duì)應(yīng)的，比如例子中，你記錄下了電壓表V1的電壓值U1,5秒后記錄下電壓表V2的電壓U2，哪肯定是有問題的。而我們是使用電腦同時(shí)抓取電壓表內(nèi)的值的。（即設(shè)置同一時(shí)間點(diǎn)，同時(shí)抓起兩電壓表5~10次的測(cè)試值，并分別取均值做為U1和U2。而這個(gè)均值只是一個(gè)值，即算做一次測(cè)量，如要評(píng)定不確定度，則需進(jìn)行多次這個(gè)操作），如果您認(rèn)為您的各儀器顯示值的響應(yīng)時(shí)間不同步，或許設(shè)置抓取時(shí)間上做些修改。
3.還有一個(gè)減少這種問題的方法是減少靈敏度，但是靈敏度減少會(huì)帶來多大不確定度是否需要考慮？是否需要計(jì)算？如何計(jì)算？在人工讀取時(shí)，我們是降低儀器的測(cè)試速度，如將電壓表快速調(diào)至慢速，降速后，電壓表波動(dòng)將變得緩慢，其實(shí)就是，雖然電源在T1~T2時(shí)間一直在上下多次波動(dòng)，但電壓表測(cè)試速度被限制，其將T1時(shí)間測(cè)得的值保持到T2后才會(huì)變化，這時(shí)只要用手機(jī)拍下2電壓表的值，個(gè)人認(rèn)為也算是同步的。減少靈敏度？降低靈敏度難道不同時(shí)降低了標(biāo)準(zhǔn)器的MPE和分辨力？

5.其實(shí)你看下電源直流檔和交流檔的MPE就清楚了，正常的源和萬(wàn)用表，如FLUKE5522A其直流檔比交流檔MPE好的多，當(dāng)然穩(wěn)定的多。。

吳下阿蒙 發(fā)表于 2016-9-5 10:44
首先，我不是前輩哈，也只是個(gè)計(jì)量新人，不過我也遇到了和您相同的問題。所使用的計(jì)量器具無(wú)論是被檢設(shè)備還 ...

謝謝，下面分別探討一下
1：我覺得是我沒說好，其實(shí)我們有標(biāo)準(zhǔn)源，這個(gè)問題還是存在的，但是標(biāo)準(zhǔn)源也要市電供電，我想知道是否用穩(wěn)壓源再給標(biāo)準(zhǔn)源供電會(huì)好些。
2：我們不用同時(shí)或者差時(shí)這種方法，因?yàn)椴煌?，而且中間差時(shí)需要多少很難知道。所以一般用趨穩(wěn)方法，把標(biāo)準(zhǔn)和被檢穩(wěn)定時(shí)的示值作為結(jié)果。但是同樣面臨這個(gè)相對(duì)的穩(wěn)定中變化如何處理的問題。
3：降低靈敏度一定是降低了MPE和分辨力么？我覺得待思考。多本教材中，分辨力相關(guān)的影響中有標(biāo)尺間距、讀數(shù)裝置等，而靈敏度相關(guān)的有鑒別域，兩者沒有書指出有直接相關(guān)的關(guān)系（雖然直觀上我和你有同感）。我覺得這個(gè)問題還需要思考一下，而且我覺得思考會(huì)有一些意想不到的收獲。
至于直流和交流的觀點(diǎn)，我覺得可以從數(shù)字電磁計(jì)量器具的構(gòu)成上來講：直流電壓測(cè)量是數(shù)字計(jì)量器具的基礎(chǔ)（馮占玲），其他的都是在此基礎(chǔ)上的再變換。但是再變換就是一定會(huì)更差一些么？

solarup 發(fā)表于 2016-9-5 13:06
謝謝，下面分別探討一下
1：我覺得是我沒說好，其實(shí)我們有標(biāo)準(zhǔn)源，這個(gè)問題還是存在的，但是標(biāo)準(zhǔn)源也要市 ...

1.我想知道是否用穩(wěn)壓源再給標(biāo)準(zhǔn)源供電會(huì)好些。,這是標(biāo)準(zhǔn)源電源調(diào)整率問題，個(gè)人認(rèn)為影響不大，當(dāng)讓您可以用AC源為標(biāo)準(zhǔn)源提供交流電試一下。
2.中間差時(shí)需要多少很難知道，這就很只能在儀器上做處理吧。但就個(gè)人感覺，源的穩(wěn)定性很難跟上表。
3.靈敏度定義為測(cè)量系統(tǒng)的示值變化除以被測(cè)量值變換所得的商。其中被測(cè)量值我們肯定是不能改變的，那么只能從測(cè)量系統(tǒng)的示值變化。比如用表頭電流表測(cè)測(cè)電壓，雖然你可以改變配套的電阻值達(dá)到改變靈敏度的效果，但把表頭+電阻看成電壓表整體，它的MPE和分辨力沒有降嘛？雖然分辨力看上還是1mA/格（舉例），但實(shí)際或許已經(jīng)從10V/格變成100V/格了。。。又比如，測(cè)溫?zé)犭娕几淖冃吞?hào)，靈敏度變了，但不同的熱電偶在不同溫段的MPE應(yīng)該是明顯不同的吧。。。當(dāng)然，這兩個(gè)只是我想到的例子，別的到底關(guān)系如何，可以請(qǐng)前輩們想想，是否有改變靈敏度，MPE和分辨力不變的情況。。

至于直流和交流的觀點(diǎn)，我覺得可以從數(shù)字電磁計(jì)量器具的構(gòu)成上來講：直流電壓測(cè)量是數(shù)字計(jì)量器具的基礎(chǔ)（馮占玲），其他的都是在此基礎(chǔ)上的再變換。但是再變換就是一定會(huì)更差一些么？這我只是以一般多功能源舉例的，基本確實(shí)如此。我在詢問購(gòu)買交流功率標(biāo)準(zhǔn)源時(shí)，詢問過一些廠家，交流的精度想要提高真的比直流難很多，而且這從價(jià)格上就可以明顯的看出來。。。

吳下阿蒙 發(fā)表于 2016-9-5 15:07
1.我想知道是否用穩(wěn)壓源再給標(biāo)準(zhǔn)源供電會(huì)好些。,這是標(biāo)準(zhǔn)源電源調(diào)整率問題，個(gè)人認(rèn)為影響不 ...

現(xiàn)在我主要覺得第三條值得討論。
測(cè)量系統(tǒng)，如果輔助設(shè)備有可變比的情況下，比如加了一個(gè)互感器，會(huì)不會(huì)靈敏度一定降低或者增高。還有，我們的MPE是分段的，如果經(jīng)過變比，仍舊在同一誤差段，會(huì)不會(huì)對(duì)MPE沒影響

solarup 發(fā)表于 2016-9-6 17:16
現(xiàn)在我主要覺得第三條值得討論。
測(cè)量系統(tǒng)，如果輔助設(shè)備有可變比的情況下，比如加了一個(gè)互感器，會(huì)不會(huì) ...

測(cè)試分流器時(shí)也需要用到電流互感器。其實(shí)就是將電流縮小放大倍數(shù)。如我使用3458A測(cè)電流，但只能測(cè)1A，我想測(cè)100A的電流，使用一個(gè)1:100的互感器，雖然表面上3458A的MPEV和分辨力不變。但實(shí)際已經(jīng)變了，假設(shè)原來的分辨力為1nA，雖然現(xiàn)在還是能顯示出1nA，但實(shí)際上為100nA，即整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的分辨力實(shí)際上是100nA，假設(shè)被檢電流有了10nA的波動(dòng)，此時(shí)3458A是無(wú)法顯示出來的，MPEV同理。

嗯，數(shù)字的儀表沒有反映我想法，我用模擬的先說一下。
我說這樣一個(gè)例子，如果我一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源，一個(gè)電壓表。我輸入1 V，走1格，那么我靈敏度S=1。此時(shí)我分辨率為最小分度值一半，0.5格
如果經(jīng)過一個(gè)1:2的變壓器，我輸入1V，走2格，靈敏度S=2。此時(shí)我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。如果我輸入0.5 V，1格還是能看到的，輸入0.25 V，半格還是能讀到。
用你的數(shù)字的再說一下。
原先我標(biāo)準(zhǔn)輸入1nA，電流表顯示1nA（理想狀態(tài)），這次我輸入0.01nA，電流表顯示1nA，靈敏度=100，但是分辨率還是1nA
前面兩個(gè)是理想狀態(tài)，不存在誤差，也不存在死區(qū)討論。
這里靈敏度更像是一個(gè)放大鏡作用，放大鏡只是改變光學(xué)現(xiàn)象，不能改變?cè)惺挛锾匦浴?br /> 如果說MPE的話，我覺得確實(shí)變了，中間加?xùn)|西，肯定要增加不確定度，但是合理選擇輔助設(shè)備，其誤差是否變化不顯著以致可以忽略？或者，能夠減少誤差？
之所以這么想是因?yàn)樵谟?jì)量注冊(cè)師一書上有一句重要說明，鑒別域和分辨力不能混淆，至于是不是這樣我還要好好想想，我已經(jīng)有些糊涂了。

吳下阿蒙 發(fā)表于 2016-9-6 17:34
測(cè)試分流器時(shí)也需要用到電流互感器。其實(shí)就是將電流縮小放大倍數(shù)。如我使用3458A測(cè)電流，但只能測(cè)1A，我 ...

我又總結(jié)了一下，我們兩個(gè)的例子差別明顯了，假定測(cè)量大于被測(cè)的通用條件下
1：你的例子是激勵(lì)不變，我的例子是激勵(lì)可變。你的例子是激勵(lì)的分辨力發(fā)生了變化，我的例子是響應(yīng)的分辨力沒有改變，其實(shí)是一回事。其實(shí)我仔細(xì)想想，增加互感器后我的激勵(lì)等于不是原先的那個(gè)測(cè)量系統(tǒng)了，新的測(cè)量系統(tǒng)的分辨力發(fā)生了改變，原先我能最小有效輸出值1的現(xiàn)在變成了2。
2：分辨力的改變，關(guān)鍵是誰(shuí)測(cè)量誰(shuí)，肯定有一個(gè)是不變的，一個(gè)是改變的。兩個(gè)例子共同點(diǎn)是測(cè)量設(shè)備的分辨力發(fā)生了變化，被測(cè)設(shè)備的沒有改變。
3：以前的書之所以沒有提，是因?yàn)槭紫?，其關(guān)系不是根據(jù)定義推導(dǎo)的，而是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)差別推導(dǎo)的。靈敏度/鑒別域的是實(shí)驗(yàn)中獲取的，而分辨力/標(biāo)尺間距/讀數(shù)誤差是靜態(tài)可觀測(cè)的。但是從定義上的“有效”來推導(dǎo)的話，靜態(tài)可觀測(cè)的最小值并非“有效”的。但是此時(shí)應(yīng)該和“死區(qū)”的定義相關(guān)，具體怎么分辨，明天再想

solarup 發(fā)表于 2016-9-6 18:02
嗯，數(shù)字的儀表沒有反映我想法，我用模擬的先說一下。
我說這樣一個(gè)例子，如果我一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)源，一個(gè)電壓表。 ...

此時(shí)我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。雖然同時(shí)0.5格，但含義不同啊，你總不能把分辨力=0.5格吧，得化為電壓值啊。

我輸入1 V，走1格，那么我靈敏度S=1。此時(shí)，0.5格為0.5V，即分辨力為0.5V.
我輸入1V，走2格，靈敏度S=2。此時(shí)我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格，但此時(shí)得0.5格為0.25V，即分辨力為0.25V.
很明顯變了啊。MPEV同理。

吳下阿蒙 發(fā)表于 2016-9-7 09:30
此時(shí)我分辨率是最小分度值一半，還是0.5格。雖然同時(shí)0.5格，但含義不同啊，你總不能把分辨力=0.5格吧，得 ...

No，0.25 V是你的輸入，但是對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)來說，已經(jīng)改變了，你整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)（包括了互感器）的輸出來說，也就是對(duì)于電壓表的輸入來說，0.5格是0.5V，1格就是1 V，這個(gè)在測(cè)量系統(tǒng)變化前后沒有改變
另外，靈敏度不強(qiáng)求輸入輸出是同一個(gè)量，不轉(zhuǎn)化也行。
我覺得您對(duì)我的啟發(fā)很大，主要是在分辨力的兩個(gè)定義的等價(jià)性上。分辨力一方面是有效的最小值，如何確定有效是需要經(jīng)過測(cè)量的。但是另外一個(gè)定義說不通過測(cè)量，只要觀察就能確定。這兩個(gè)定義從我們兩個(gè)探討的例子上，感覺到不等價(jià)。

solarup 發(fā)表于 2016-9-7 10:58
No，0.25 V是你的輸入，但是對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)來說，已經(jīng)改變了，你整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)（包括了互感器）的輸出來說， ...

比如老式指針電壓表都是由表頭（高精度電流表）配合電阻組合出來的。表頭面板不變，但更換不同阻值的電阻可切換為不同量程的指針電壓表，這時(shí)靈敏度，分辨力和MPEV都是同比變化的。
比如表頭10格，起初調(diào)節(jié)電阻使量程為10V，此時(shí)靈敏度為1V/格，分辨力為半格為0.5V。
現(xiàn)在我再調(diào)節(jié)電阻，將量程調(diào)至100V, 此時(shí)靈敏度變?yōu)?0V/格，同分辨力為半格為5V.   MPEV同理。

而做為現(xiàn)在很多的智能數(shù)顯儀表，討論它的靈敏度個(gè)人感覺沒什么意義。
比如：輸出10V,表顯10V。輸入10A，表顯10A。輸入100攝氏度，現(xiàn)在的智能儀表也會(huì)直接顯示100攝氏度，這些表按靈敏度定義計(jì)算靈敏度都為1。而如果你再?gòu)耐獠考与娮杌蚧ジ衅魇褂?，如果你不討論整個(gè)系統(tǒng)的靈敏度，根本是沒有意義的。比如你例子中用變壓器變?yōu)?:2,儀表本身靈敏度變了嘛？在儀表的輸入端口的電壓值依然是等于其顯示值的。即靈敏度依然是1.你在算靈敏度的時(shí)候把它們看成整體，在分辨力中又只看儀表本身，自然有問題。

而將顯示儀表和外部電阻或互感器看作整體的話，其模型和指針電壓表模型是一樣的。