本書以誤差理論為基礎,討論了測量儀器的精度設計、精度評價和精度實驗。具體內(nèi)容包括:誤差的特性及表征方法,測量不確定度的評定及其統(tǒng)計模擬分析方法,測量儀器的計量特性及其評定,測量儀器的量值溯源,提高儀器精度的途徑,測量儀器設計、使用和評價中的精度分析與精度實驗。
儀器科學與技術(shù)在現(xiàn)代科學技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防建設及社會生活的各領域中占有極其重要的地位。在一定程度上,可以說儀器技術(shù)的發(fā)展代表了科學技術(shù)和工業(yè)技術(shù)發(fā)展的水平,F(xiàn)代科學技術(shù)和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展為儀器科學技術(shù)的發(fā)展提供了動力,儀器科學技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。人們對儀器科學與技術(shù)的重視與日俱增。
測量儀器在設計、生產(chǎn)和使用中,精度具有決定性意義,本書以精度理論為基礎討論儀器的計量特性、量值溯源、精度設計和精度實驗。
以精度為核心的計量特性參數(shù)是評價儀器的基本內(nèi)容。儀器的精度是儀器的核心價值所在,對于儀器價值具有一票否決的意義。只有滿足精度要求的儀器才有使用價值,這是討論儀器精度的基本意義。
本書中“精度”一詞的含義,只作一般表述,以精度為主的儀器計量特性的精準描述應由相應的技術(shù)參數(shù)給出。因此,本書不考慮如一般著述中對精度、精密度、準確度等詞含義的刻意區(qū)分,這些詞義本書只作為儀器示值可靠性的一種通常的表述,不賦予其具體含義。
對于以精度為主的儀器計量特性的描述應考慮如下特點:
。1)儀器精度參數(shù)評定具有統(tǒng)計特性。測量儀器的誤差服從統(tǒng)計規(guī)律,一批儀器的計量特性總體上看也具有統(tǒng)計特性,以儀器示值誤差為圭的精度參數(shù)反映儀器工作的可信賴程度,皆以大允許值為其表征參數(shù),其值按統(tǒng)計方法評價。統(tǒng)計學理論是儀器精度理論的基礎,本書以此為基礎討論儀器的精度特性及精度分析,儀器設計、工藝過程及實驗的精度設計,儀器的校準不確定度的分析等。
。2)測量儀器精度參數(shù)體系的同一性?陀^上,測量儀器種類繁多,儀器的測量原理、結(jié)構(gòu)特點、測量對象、量程等千差萬別,但必須遵循計量學的基本要求。為便于測量儀器在生產(chǎn)、校準、驗收、使用中的計量學管理,測量儀器的特性參數(shù)應滿足基本的計量學要求,不同種類的儀器其參數(shù)的定義、評定須保持同一性、共同性。因此,本書特別關注儀器計量特性中的共性問題,而不同的個別儀器的計量特性問題則需要進一步考察相應的技術(shù)文件。
。3)測量儀器管理的法制性。保持量值統(tǒng)一,這是社會對測量技術(shù)的基本要求。測量儀器是保證量值統(tǒng)一的工具,因而具有社會性,為此國家以行政手段對儀器的管理體系賦予法制性,這是儀器計量特性滿足量值統(tǒng)一的基本保證。表現(xiàn)為測量儀器受計量管理體系監(jiān)管,包括測量儀器的生產(chǎn)、銷售和使用過程。這一監(jiān)管以法制文件予以規(guī)定,并具有法制效力。因此,本書在討論儀器精度過程中,也對儀器的法制管理及法制計量學的內(nèi)容予以關注。
。4)測量儀器精度參數(shù)評定具有實踐性。儀器精度參數(shù)的定義及其評定與儀器的使用實踐密不可分,雖然儀器的計量特性參數(shù)具有共同性,但測量儀器千差萬別,不同儀器的相應參數(shù)的定義與評定仍必須依據(jù)具體的實踐確定,在設計與使用時的精度分析中,都要根據(jù)具體實際情況處理。在這個意義上,精度評定又具有很強的實踐性。
(5)測量儀器發(fā)展的信息化、智能化,F(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展對測量儀器的信息化、智能化提出了越來越高的要求,數(shù)字技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展為此提供了必要條件。現(xiàn)代的計量儀器借助于數(shù)字技術(shù)與計算機技術(shù),不同程度地實現(xiàn)了測量過程和數(shù)據(jù)處理的自動化、智能化。測量結(jié)果的數(shù)字化,為構(gòu)建信息化的系統(tǒng)創(chuàng)造了必要的條件。這是現(xiàn)代測量儀器發(fā)展的顯著特點。本書也關注儀器在信息化、智能化條件下的測量儀器計量特性。
為了理解相應的內(nèi)容,本書加入了較多的實例,但為敘述的簡便,都做了適當?shù)暮喕,閱讀時應予以注意。每章后附有思考與練習供參考,其中一些由實際中抽象出來的練習題也經(jīng)過簡化處理。
本書是作者經(jīng)多年科研與教學積累,基于歷年講義編寫而成的。本書由哈爾濱工業(yè)大學儀器科學技術(shù)專業(yè)從事相應科研與教學工作的同仁編寫,丁振良、袁峰主筆,參加編寫的有李凱、葉東、陳剛及郭玉波。
限于作者水平,書中難免存在疏漏及不妥之處,敬請讀者批評指正。
作者
2015年1月
第1章 測量儀器誤差構(gòu)成
1.1 測量儀器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1.2 測量儀器各環(huán)節(jié)的誤差
1.3 測量儀器的誤差構(gòu)成
1.4 思考與練習
第2章 測量誤差的分析計算
2.1 概述
2.2 按定義計算誤差
2.3 誤差的線性疊加法則
2.4 矢量分析法
2.5 坐標變換法
2.6 本章小結(jié)
2.7 思考與練習
第3章 測量不確定度的評定
3.1 不確定度及其表示方法
3.2 不確定度分量的估計
3.3 標準不確定度的合成
3.4 按正態(tài)分布合成擴展不確定度
3.5 按t分布評定擴展不確定度
3.6 不確定度合成問題小結(jié)
3,7相關系數(shù)的估計
3.8 本章小結(jié)
3,9思考與練習
第4章 不確定度的統(tǒng)計模擬分析
4,1不確定度的統(tǒng)計模擬分析概述
4.2 不確定度統(tǒng)計模擬分析方法及其理論基礎
4.3 隨機數(shù)的模擬方法
4,4不確定度的統(tǒng)計模擬分析的實施方法
4.5 不確定度統(tǒng)計模擬分析結(jié)果及其評價
4.6 不確定度的統(tǒng)計模擬分析的應用
4.7 不確定度的統(tǒng)計模擬分析的實施實例
4.8 本章小結(jié)
4.9 思考與練習
第5章 測量儀器的計量特性及其評定
5.1 概述
5.2 測量儀器計量學特性與測量儀器參數(shù)概述
5.3 測量儀器的示值誤差
5.4 測量儀器的重復性
5.5 測量儀器的鑒別力(靈敏閾)和分辨力
5.6 測量儀器的穩(wěn)定性
5.7 測量儀器的線性度
5.8 測量儀器的測量范圍
5.9 測量儀器動態(tài)參數(shù)概述
5.10 測量儀器特性評定的形式
5.11 按計量學特性評定儀器的精度等級
5.12 本章小結(jié)
5.13 思考與練習
第6章 測量儀器的量值溯源
6.1 概述
6.2 計量單位和計量基準
6.3 國際單位制基本單位及其復現(xiàn)
6.4 量值傳遞和量值傳遞系統(tǒng)
6.5 量值溯源
6.6 本章小結(jié)
6.7 思考與練習
第7章 提高測量儀器精確度的途徑
7.1 概述
7.2 合理地擬定測量原理方案
7.3 材料和元器件的選擇
7.4 工藝方法的改進
7.5 測量儀器調(diào)整環(huán)節(jié)的設置
7.6 誤差補償
7.7 誤差分離技術(shù)
7.8 隨機誤差抵償性的應用
7.9 測量信號的數(shù)字化
7.10 測量過程自動化
7.11 零部件的老化處理
7.12 克服環(huán)境影響
7.13 本章小結(jié)
7.14 思考與練習
第8章 測量儀器的精度設計
第9章 測量儀器的精度實驗
參考文獻