仪器_百度文库

　　误差的来源可以归纳为仪器原理、使用环境、测量方法、物料（被测量）和测量人员等方面，如仪器装置的基准误差、非线性误差、仪器零位误差、测试样品的定位误差、环境条件（如温湿度、空气流动、噪声、光线、色彩等）误差、测试样品个体差异性、检测人员读数习惯差异性等。系统误差主要有常值误差、多项式变值误差、累积误差和周期误差等表达形式，系统误差的消除方法主要有修正值法、均值法、工艺调整法等，但无论哪一种消除方法都只能是消除系统误差的大部分，剩余的系统误差按照随机误差处理[3]。

　　对于某一次具体测量，不能预知随机误差的方向、大小，因而无法从测量结构中消除或校正。但在基本条件相同情况下，对同一被测量进行多次测量，则可以发现随机误差服从一定的统计规律，其方向和大小具有确定的概率。随机误差分布情况有正态分布、等概率分布、三角形分布、偏心分布、特殊分布及合成分布等，如卷烟机成品烟支的单支重量偏差符合正态分布统计的特点[4]。

　　从使用角度分析误差，可以依据误差的来源和误差性质采用相应的理论进行数据处理，力求测量数据能够客观反映被测量的规律。

　　按特点与性质，误差可以分为系统误差、随机误差和粗大误差。如卷烟机烟支重量控制器放射源指数衰减造成的仪器误差为系统误差，而成品烟支的单支重量具有随机分布特点并服从一定的分布规律[4]。从误差的数学特征分析，原理误差多表现为系统误差，原始误差多表现为随机误差[2]；但应注意，系统误差与随机误差在一定条件下可以相互转化。

　　在测量不确定度报告中，为提高测量结果的使用价值，还应给出原始观测数据、被测量估计值及其不确定度评定的方法、各不确定度分量、自由度及相关系数、数据获得方法步骤等。

　　从精度考虑，仪器设计所遵循的基本原则主要包括Abbe原则及Bryan建议、测量链最短原则、变形（力变形、热变形）最小原则、精度匹配原则、基面统一原则、经济性原则、工艺性等[3]。如在进行位移量的测量时，设计上符合Abbe原则（Bryan建议）的仪器有较高的测量精度，因为误差函数的一次方关系被消除，仅保留微小的二次方关系。

　　采用A类评定和B类评定两类方法对各不确定度分量进行评定。一些不确定度分量由一系列观测数据的统计分析来评定，即A类评定；另一些不确定度分量基于经验或其他信息所认定的概率分布来评定，即B类评定。所有不确定度分量或有随机误差引起或有系统误差引起，均用标准差表征，它们对测量结果的分散性产生相应的影响。

　　用标准差表征的不确定度的A类评定用统计分析法来评定，其标准不确定度u等同于由系列观测值获得的标准差σ。标准差σ可以用Bessel公式、Peters公式、极差法、最大误差法等获得。

　　仪器的总体设计是指在仪器的具体设计之前，从总体角度出发而对仪器设计中的一些重要问题所进行的全面的设想、分析和计算，主要包括：设计任务的分析、信号转换原理的选择、设计原理的分析、设计原则的考虑、总体原理方案的确定、仪器造型设计、仪器主要参数和主要技术指标的确定等。

　　研究仪器误差与测量不确定度的意义，对于仪器设计人员而言：正确认识误差的性质，分析误差产生的原因，消除或减少误差，合理设计仪器；对于仪器操作、使用人员而言：正确组织实验过程，合理选用仪器，合理选择测量方法，正确处理测量和实验数据，合理分析实验结果。

　　（1）误差估计：根据仪器设计时制定的总精度要求，在考虑设计方案时先粗略估计各组成部分可能会产生的误差；

　　（2）误差分配：大致在各部分之间进行精度分配，作为仪器设计方案及结构选择的依据；

　　（3）误差综合：在设计完成后，再按照已经确定了的具体结构方案、结构参数和零部件的公差、技术要求等，计算仪器的总精度；

　　对仪器误差进行综合分析的目的是：评价仪器的测量精度和质量；合理地确定仪器的结构、公差和技术要求，从而获得预定的精度，使仪器的总误差不超出设计的允许示值误差。仪器的总误差ΔS可以用系统误差ΔS1、随机误差ΔS2和残余的系统误差ΔS3之和表达[3]：

　　对测量不确定度进行分析与评定后，要写出测量不确定度报告。当测量不确定度用合成标准不确定度表示时，在报告中应给出合成标准不确定度uc及其自由度ν；当测量不确定度用展伸不确定度表示时，在报告中应给出展伸不确定度U、合成标准不确定度uc、自由度ν、置信概率P和包含因子k。

　　仪器总误差主要用极和均方法综合评价，在误差分类分析时结合“误差树”对仪器原理、环境、方法、物料和人员等造成误差的各因素进行定性、定量分析。

　　对于仪器分析、操作人员而言，在进行实验数据处理时采用测量不确定度。测量不确定度是指测量结果变化的不肯定，是表征被测量的真值在某一个量值范围的一个估计，测量结果含有一个参数用以表示被测量的分散性。

　　原始误差是由于制造、安装、调整不完善和使用过程中的磨损、变形等，使得检测仪器构件、部件的形状、尺寸、相互位置、工作参数偏离理想位置而产生的误差。在分析原始误差时应注意：

　　（1）仪器各构件的误差不一定都导致仪器误差，只有影响作用件之间正确相互关系或状态的零部件、参数的误差才是原始误差。

　　在仪器分析中，一般将仪器分为基准部件、感受转换部件、转换放大部件、瞄准部件、计算装置、显示部件、机械结构及气动结构等（图1）。我们将这些部件划分为测量链、放大指示链和辅助链。对于设计者而言，可以根据仪器总精度要求分配各环节的精度；对于设计者和使用者而言，可以分析各环节精度对仪器测量总精度影响程度。测量链用于感受被测量和标准量信号，指示链是将测量链感受到的信号放大到易于观察的程度，仪器其它部分为辅助链。

　　对于设计人员，误差分析的主要任务是：找出产生误差的根源；研究误差对仪器精度的影响；为仪器各部分参数和结构的选择提供依据；确定仪器中的调整补偿环节；合理地确定零部件的加工精度、公差配合以及装配调整要求等，以保证经济地获得期望的仪器精度。如电子皮带秤的零点或温度漂移、卷烟机烟支重量控制器的放射源指数衰减或温度变化等均可能造成仪器误差，因此整体设计时要有针对性地采取一定措施进行修正和补偿，从而保证测量的精度。

　　（5）误差验证：通过试制，验证仪器是否达到了预定精度，验证仪器误差和精度的计算方法是否正确。（图2）

　　在仪器设计过程中，由于某些环节采用近似原理代替理论上应有的正确装置而产生的误差，称为原理误差或理论误差。其误差表达式为：

　　（2）各作用件的原始误差对仪器精度的影响程度不一定完全一样，要找出它们的影响程度即影响系数或传动比。

　　（4）根据“误差独立作用原理”，用微分法、几何图解法、投影传递图解法、作用线与瞬时臂法、矢量代数法等方法分别计算出原始误差所造成的仪器局部误差。

　　式中y = f(x)表示实际采用的传动方程式，y0 = f0(x)表示理想的传动方程式。

　　找到原理误差的来源和规律，可以采用相应的方法减少仪器的原理误差。如卷烟机烟支重量控制器因放射源衰减造成的仪器系统误差可以采用电路补偿予以修正；侧流吸烟实验装置的控制程序中，通过采用更精准的时间控制以及对于在抽吸时棉线被烧断的通道采用时间补偿的措施，保证抽吸时间和抽吸间隔时间。

　　【摘要】烟草行业检测仪器的研制与完善时，误差分析和测量不确定度的分析是其中非常重要的环节。仪器的误差与测量的不确定度来源于测量原理、方法、环境、物料和人员等方面，通过分析和评估，可以寻求到提高仪器精度和仪器检测精度的有效途径。研究仪器误差与测量不确定度，对仪器设计人员而言：正确认识误差的性质，分析误差产生的原因，消除或减少误差，合理设计仪器；对于仪器操作、使用人员而言：正确组织实验过程，合理选用仪器，合理选择测量方法，正确处理测量和实验数据，合理分析实验结果。

　　仪器主要的技术指标有分度、测量范围、精确度、示值重复性、修正值、灵敏度、零点漂移、频响特性、示值稳定时间等。

　　现代技术促进检测仪器向“机电一体化”方向发展，包含计算机、机械本体、动力、传感器、执行机构等部分。“机电一体化”的关键技术主要有精密机构技术、伺服传动技术、传感检测技术、信息处理与自动化技术、系统总体技术。[1]

　　烟草行业检测仪器应用较多，涉及到烟叶、片烟、烟丝、卷烟制品、卷烟材料等几何量、物理量、化学量的测量，生产环境和条件的热、电磁、声、光、时间、频率的测量等。按照仪器的特性和应用场所，可以将其分为两类：一类如长度仪、硬度仪、填充值测定仪、通风率/吸阻测定仪、吸烟机等实验室和生产现场的静态检测仪器，一类如电子皮带秤、金属探测器、水分仪、温度仪等生产设备及生产线的连续测量仪器等。