儀器的技術指標是每一個儀表（biǎo）人都要了解的基本知（zhī）識，也是衡量一台儀器好壞的基礎。本文（wén）根據GBT18403.1-2022《氣體分析器性能表示 第一部（bù）分 總則》和JJF1001-2011《通用計量術語及定義》兩個文件（jiàn），結合自（zì）己工作簡單談一談個人理（lǐ）解。（1）傻（shǎ）傻分不（bú）清的精度（dù）/精密度（dù）/準確（què）度/不確定度/線性誤差
工作中常常聽到精度、精密度、準確度、線性誤差、不確定度這些詞，他們（men）都有什麽區別呢？有時真（zhēn）當是傻傻分不清（qīng）。首先他們都是評價儀器測量（liàng）值反應真值水平的（de）概念，但也有差異。首先說精度、精密度和準確度。儀器的（de）精確度，簡稱精度，它是（shì）由精密度和準確（què）度共同組成，精密度體現的是係統誤差，準確度體現的是隨機誤差。所謂的係統誤差就是重複測量中保持不變或者按可預見方式變化（huà）的測量（liàng）誤差的量，而（ér）隨機誤差就是（shì）重複測量中按不可預（yù）見方式（shì）變化的測量誤（wù）差（chà）的量。舉個例子，我們測量大氣中的氧氣，假設氧氣含（hán）量為21%，有兩台養分儀，連續5次（cì）測量，儀器顯示值（zhí）如圖1所示。1#最大誤差-0.5%，2號最大（dà）誤差0.3%，這兩台表，你認為哪一台更好？就像圖2兩個選手打靶（bǎ），你覺得哪個水平（píng）高（gāo）？引起係統誤差的表現是數據穩定，但不一定準確。引起的原因比如標氣不（bú）準確、溫度壓力影響、背景氣（qì）體幹（gàn）擾等。隨機誤差表現為測量值與參考值比較接近，但數據跳動。引起的原因，比如（rú）電噪聲、環境噪聲等。這裏再多說一點，有的（de）係統誤（wù）差是比較好改善的，比如選合適的標氣、進行溫度壓力補償等。但是當測量ppb級痕量的水分或者硫化氫時，這種係（xì）統誤差就比較難克服了，因（yīn）為（wéi）標氣也搞不準、管路吸（xī）附影響還很大，要把係統搞準也是很難的。其次是測量不確定（dìng）度，JJF1001-2011裏定義是“表征賦予被測量量值分散性的非負參數”。GBT18403.1-2022中定義是“與測量結（jié）果相關的參數，其能合理的表征被測量值之間的分散性”。按照這個字麵意思理解，不確定度是描述測量結果分（fèn）散性（xìng）的量，實際（jì）上描述的指標與係統（tǒng）隨機誤（wù）差的關（guān）係更大。一般采用標準差或者標準（zhǔn）差（chà）的倍數來（lái）描述（shù）。最後再說說線性誤差。我們沒有在JJF1001-2011和GBT18403.1-2022兩個文件中找到關於（yú）線性誤差的定義，但在GBT18403.1-2022中有一個線性不確定度的定義，儀器的（de）實際讀數與通過被測量的線性函數求出（chū）的讀數之間（jiān）的最大偏差。他從全量程的角度（dù）反映了測量誤差（chà），也可以理解成他從全量程的角度反映（yìng）了測量精度（dù）。線性不確定度與（yǔ）測量不確定度，裏麵都有不確定度，但根據定義似乎有（yǒu）著不一樣的意思。一個（gè）描述最大偏差，一（yī）個描述分散性。
根據JJF1001-2011 通用計量術語與定義，重（chóng）複（fù）性是（shì）指一組（zǔ）重複性測量條件下的測量精密度，他反映的是一組數據（jù）的一致性程度。重複性測量（liàng）條件是指相同測量程序、相同操作者、相同測量係統、相同操作條件和（hé）相（xiàng）同地點，並在短（duǎn）時間內對同類或相似被測對象（xiàng）重複測量。從這個定義上看，它（tā）主（zhǔ）要是對隨機誤差大小的（de）一（yī）種（zhǒng）描述。因此重複性的指標至少是會優於精度等級的，因為精度還包括了準確度的影響。在GBT18403.1-2022中對這個短時間也給出了建議（yì），那就是響應時間T90的10倍。穩定性是怎麽定（dìng）義的（de）呢？穩定（dìng）性就是測量（liàng）儀器（qì）的計量特性隨時間不（bú）變化的能力（lì）。換句話說就是長期使（shǐ）用的重複性好。我們來比較一（yī）下重複性和穩定性，重複性強調短（duǎn）時間，穩定性強（qiáng）調長時間（jiān），重複性一（yī）般（bān）是實驗室測試數據，穩定性可以是實驗室（shì）測量，但更多的是反映實際使用過程中的（de）表（biǎo）現。重複性一般是儀器自身的特性，穩定性還和外部特性有關，不（bú）再（zài）強調相同操作（zuò）條件和地點，也不再強調相同測量方法和操作者，它強調的是係統在（zài）不同（tóng）的預處理、使用者（zhě）、溫度（dù）、壓力等條件下，儀器的長期（qī）實際表現。因此（cǐ）穩定性是儀器使用（yòng）者，特別是（shì）在線儀器使用者最關心的一個指標。對於穩定性的度量，常常用漂移來表示，比如7天漂移量或者年漂移量。當然重複性（xìng）在一些科學研究（jiū）中，也是很重要的一（yī）個指（zhǐ）標，但在在線儀（yí）表中，有（yǒu）了精度或者線性不確定度這樣的指標約束（shù），又是連續在線使用，重複性（xìng）可能就不那麽重要了。（3）分辨力與（yǔ）靈敏度的區別真（zhēn）的不太好理解
我們先根據JJF1001-2011給出這兩個概念的定義。
顯示（shì）裝置分辨力，他的定義是能有效辨別的顯示（shì）示值間的最小（xiǎo）差值。假如兩（liǎng）台氧氣分析儀測量空氣值分別是20.5%和20.55%，此時我們認為一台顯示分辨力是0.1%，另一台的顯示分辨力為0.01%。那顯示裝置（zhì）的分（fèn）辨力和儀器實際分辨力顯然不是（shì）一回事。分辨力的意義（yì）是強調的是被測量值的最小變化達到多少，可以引起顯示值的變化。從用戶的角度，數字儀表（biǎo）的分辨力是小於等於顯示裝置分辨力的，用戶並不（bú）能獲得某（mǒu）儀器的（de）最大分（fèn）辨力（lì）潛能。靈敏度的定義是評價被測量值的變化可以引起顯示值多大的變（biàn）化。如果要咬文嚼字的話，靈敏度和分辨力是有差異。靈敏度沒有強調最小變化，靈敏度裏麵的“被測值（zhí）變化”是大於等於分辨力的，另外從（cóng）定義看它是一（yī）個沒（méi）有量綱的值（zhí）。對於經校驗（yàn）的數字化儀表，測量值有多少變（biàn）化就會引起（qǐ）顯示值的同樣變化，那麽按定義靈敏度這個概念就沒有意義了，用分辨力作為衡（héng）量儀器對微小變化測量能力的指標更合適。另外，對於卡尺這一（yī）類計量器具，我們也很少說這把尺子的靈敏度是多少，但根據刻度可以（yǐ）說分辨力是多少。要說明的是（shì）在GBT18403.1-2022中找不到分辨力和（hé）靈敏度的概（gài）念，隻有一個最小可（kě）檢測變化的定義，定義為5min內輸出波動的兩倍。（4）用噪聲的（de）倍數定義檢出（chū）限合適不合適
還是先（xiān）給出概念，GBT18403.1-2022中沒有檢出限的概念，隻有（yǒu）最小可檢測變化。實（shí）際中，有很多學術論（lùn）文和資（zī）料把2倍或者3倍噪聲當（dāng）成檢出限。大都數情況下，這兩個概念是可以通用的，用輸出波動或者噪聲來（lái）定義檢出限有一定的（de）道理，但本質還是有區別的。因為有時儀器還涉及到一個本底噪聲的問題（tí）。由於本地噪聲的存在，儀器（qì）的實際檢出（chū）限（xiàn）值會大於最小可檢測變化。比如激光光（guāng）譜法測（cè）量（liàng）中，如圖4所示，一（yī）束激光（guāng）從光源通過測量氣室到達檢測器，采（cǎi）用諧波解（jiě）調得到的信號可能如圖示波器所示，如果這是0.5%氧氣濃（nóng）度時的信號，由於光、電噪聲的疊加，信號底部並不（bú）平坦，可能0.1%時已經無法區（qū）分噪聲還是有用信號。但5min波動可能（néng）隻有0.01%，因此，兩個概念不完（wán）全相同，不能用（yòng）最小可檢（jiǎn）測變化來定義檢出限。
（5）再談測量誤差的描述（shù）方（fāng）式
當我們理解了用什麽參數去評估精度（dù）後，我們還需（xū）要知道如何去描述這個指（zhǐ）標。我們測量大氣中的氧氣，如圖所示假如一台儀器量程是0~50%，假如真（zhēn）值是21%，顯示值為20.5%，他的測量（liàng）誤差就（jiù）是-0.5%，這個測量誤差我們（men）也叫做絕對誤差。
評價一台儀器隻用絕（jué）對誤差有時無法客觀評價它的好壞，測量1噸的東西（xī）差1kg和測10kg的東西（xī）差1kg肯定不是一個概念。所以誤差的描述我們還常用到相（xiàng）對誤差的概念，就是把絕對誤（wù）差除以參（cān）考值，乘以100%。這時圖中例子的測量相（xiàng）對誤差就是-2.38%。評（píng）價一台儀器是否滿足要求，有（yǒu）時光用相對誤差也（yě）不（bú）能很（hěn）科學的進行描（miáo）述（shù）。比如量程0~100%的分析儀，當你測量1%濃度時，如果要求+-5%的相對誤差，這時就相當於要求0.05%的絕對誤差，難度就開始變（biàn）大（dà）了。所以又有了滿量程相對誤差，就是測量結（jié）果與滿量程之間的相對偏差，絕對誤（wù）差除以量程值，乘以（yǐ）100%。圖中例子的滿量程相對誤差就是-1%。滿（mǎn）量程相對誤差（chà）比較直觀的表述了儀器的不（bú）確定（dìng）度，沒有歧義（yì），在招（zhāo）標文件等技術文件裏用的最多。如果用相對誤差，一般最好加一個絕對誤差作為限製，比（bǐ）如±3%RD 或±0.1%，滿足其一，這樣就沒有爭議。另外為（wéi）了區分兩個相對（duì）誤差，在提要求時最好在後麵（miàn）加上RD和（hé）FS。再（zài）來說一說這個裏麵的幾個%，圖中黃色的（de）“%”表示濃度值，指濃度是百分之多少，是（shì）表示體積比、或（huò）者質量比等，紅色的“%”是誤差的相對值，是沒有量綱的。當（dāng）我們看到一個測量結果說誤差是0.5%，如（rú）果（guǒ）沒有任何說明（míng），很多時候都（dōu）需要問（wèn）問到底（dǐ）是相對誤差（chà）還是絕（jué）對誤差。各種技術文件中技（jì）術參數是（shì）對儀器要求描（miáo）述的（de）主要方式。進行準（zhǔn）確地描述和理解，可以大大減少項（xiàng）目執（zhí）行過程中不必要的溝通成本，減少出錯（cuò）風險。
