引言
电测仪表以电测方法实现对各种量的测量。电测仪表种类繁多，根据等级不同，可分为用于现场测量控制的工业用仪表和用于精密测量的高精度测量仪表。本文根据笔者多年工作经验，主要针对热学计量中作为标准器具的电测仪表(多为数字多用表)的等级定义、选用原则等方面对目前存在较大争议的几个问题进行了探讨，对合理表述热学计量用电测仪表的参数、等级以及选取标准器具实现量值传递具有重要意义。
1、电磁学计量中电测仪表的基本情况
数字多用表量值溯源参照JJF 1587-2016《数字多用表校准规范》进行。JJF 1587-2016适用于具有直流电压、直流电流、直流电阻、交流电压和交流电流测量功能的数字多用表的校准，也适用于具有上述单一测量功能或组合测量功能的仪表的校准。数字表按显示位数分为三位半、四位半、五位半、六位半、七位半、八位半等(凡首位显示不足9者称半位)。
JJF 1587-2016中对数字多用表的相对示值误差和最大允许误差定义如下：
式中：γ为相对示值误差；PX为被校数字表的示值；PN为对应输入量的参考值(标准值)；ΔMPE为最大允许误差；YX为被测量的读数值(示值)；Ym为被测量的量程值(量程上限值)；a为与读数值有关的误差系数；b为与量程值有关的误差系数。
根据JJF 1587-2016，现在已使用最大允许误差替代准确度等级用于表达数字多用表技术性能。但GB/T 13978-2008《数字多用表》之5.14.3给出：以规定基本测量不确定度的系数a和b之和作为等级指标。已作废的JJG 315-1983《直流数字电压表》之6.2、6.3给出：准确度等级以基本量程误差系数(a+b)的大小和年稳定误差来划分。各标准对数字表等级定义主要依据如表1所示。
表1 各标准对数字多用表定级主要依据
由表1可以看出，在JJF 1587-2016实施之前，数字多用表均按照(a+b)的值进行定级。
2、热学计量中电测仪表的基本情况
本文以直流电阻信号为例，介绍热学计量中常见项目电测仪表的基本情况。标准铂电阻温度计是-196℃～660℃温度范围内常用的标准器具，是开展工业铂、铜热电阻温度计检定、标准水银温度计检定、温度变送器校准、精密测温的主标准器。用标准铂电阻温度计作为主标准器开展量值传递时，需配接电测设备用于测量其电阻值。常见检定规程/标准规范中对电测设备的要求如表2所示。
表2 检定规程/校准规范对电测仪器的要求
由表2可以看出，除JJG 161-2010外，均使用准确度等级对电测仪表进行定义。
常用数字多用表电阻参数技术指标如表3所示。
表3 常用数字多用表电阻参数技术指标
由表3可以明显地看出，由于各厂家生产的数字多用表技术指标的不同，量程分段、等级指标也各不相同，这就会造成虽然(a+b)相同，即名义上的准确度等级相同，但由于对应量程不同，最大允许误差也就不同。
综上所述，数字多用表每个功能都是多量程的，每个量程中不同值的最大允许误差对该值的百分比也不一样。目前，没有一个合理的、统一的表达方式可以对电测设备技术性能进行表述，尤其是在JJF 1587-2016实施后，数字多用表证书中已不再给出等级结论，继续使用数字多用表的等级来表述电测设备技术指标是不合适的。
3、热学计量中数字多用表的选取
热学计量中数字多用表的选取应从使用要求、仪表量程、允差判断、不确定度评定等方面综合考虑。例如，某计量检定机构拟建立二等标准铂电阻温度计标准装置参照JJG 229-2010、JJF 1908-2021开展-80℃～300℃温度范围内的检定/校准工作。标准铂电阻温度计为Pt25型，被检以最常见的Pt100工业铂电阻温度计为例分析。常用温度点对应的电阻值如表4所示。
表4 温度-电阻关系
各计量检定机构计量技术人员在判定数字多用表是否符合技术指标要求时，通常有以下两种方法：
①根据数字多用表溯源证书，计算证书上各个校准点的示值误差，根据示值误差计算相对误差，近似的以相对误差作为准确度等级与检定规程要求相比较，判断其是否符合要求。
②根据数字多用表溯源证书，计算证书上各个校准点的示值误差，根据数字多用表的技术指标计算对应的最大允许误差，如果不超过最大允许误差要求，则判定为合格。
以上两种判定方法，第1种可能会造成判定标准过于严格，尤其是电测仪表量程与所需的校准点不合理时。例如，吉时利2002型数字多用表校准25.0000Ω时，电测仪表量程为200Ω，计算其最大允许误差为±1.225mΩ，相对误差为0.005%，而其a+b值为0.0021%，究其原因是数表量程偏大，造成(b×量程)值偏大，最终可能造成误判。第2种判定方法如果对电测设备指标概念把握不清(目前很多计量人员仅以a值作为等级指标)，在电测仪表选型时就会出现错误，造成选配电测仪表不合理，数据超差。
选用吉时利2002型数字多用表作为电测仪表时，其最大允差如表5所示
表5 吉时利2002型数字多用表示值误差计算
通过表5可以看出，选取2002型数字多用表作为标准器，(a+b)均不超过0.003%，在最大误差下计算得到的相对误差也均小于0.005%。针对JJG229-2010，在数字多用表后续溯源结果符合性判定时，只需确认误差不超过最大允许误差即可。当选用2010型数字多用表时，其最大允许误差如表6所示。
表6 吉时利2010型数字多用表示值误差计算
JJG 229-2010要求，A级及以上电测仪表不低于0.005级。显然，选取吉时利2010型数字多用表作为标准器是不合理的。应选取准确度更高的数字多用表作为标准器。
综上所述，在现有检定规程/校准规范的表述下，计量技术机构在选取电测仪表时，首先要明确使用的量程范围，确定等级指标(a+b)值，然后根据量程计算最大允许误差和对应最大误差下的相对误差，进而综合考虑仪表选型。
但目前很多计量技术机构仍将2010型数字多用表作为电测设备，主要是其价格合理、分辨力符合要求、稳定性较好，虽然其等级指标和最大允差超过了检定规程的要求，但目前多数自动检定系统可实现数据自动修正。其稳定性好和数据可修正使得2010型数字多用表仍占有很大市场份额。另外，计量技术机构在开展项目不确定度评定时，经合理修正后，其不确定度结果也可满足检定规程/校准规范对标准装置的要求(装置总不确定度一般不大于被检最大允差要求的1/3～1/5)。
计量技术机构如果使用了吉时利2010型数字多用表，建议在进行符合性判定时，首先要满足不确定度评定报告中评定时使用的技术指标。其次，可以计算溯源证书中所用量程对应校准点示值误差的相对误差，与检定规程的等级指标作对比，相对误差不超过检定规程要求等级，也是符合要求的。采用相对误差判定的方法，实际上是变相缩小了数字多用表的允差指标，所以应着重注意数字多用表的稳定性，尤其是当数字多用表的示值误差接近上、下限时。在开展期间核查时，应对吉时利2010型数字多用表单独核查其稳定性，每年建议不少于4次。
随着JJF 1587-2016的实施，采用准确度等级来定义电测仪表不再合理，2023年6月27日实施的JJG 75-2022《标准铂铑10-铂热电偶》就给出了比较合理的表述方法，其中第6.1.3条热电动势测量仪器技术要求为：低电势直流电位差计的准确度等级不低于0.01级，步进值为0.1μV。如使用直流数字电压表，其应具备100mV或更低的量程；其分辨力不低于0.01μV，在检定点附近示值误差不超过±1.5μV。
综上，合理地表达电测仪表技术指标的方式应至少包含：所使用的量程、分辨力、各点对应最大允许误差或相对误差。各点对应最大允许误差或相对误差是通过不确定度评定，并结合数字多用表量程、技术指标综合考虑的。
另外需特别注意的是，由于历史原因，电磁学中大多数数字多用表，包括许多模拟仪表所说的等级是所有功能中、具有最佳测量能力的量程体现的等级，并不是全部量程和所有功能均可达到此等级。有时也将MPEV对应的相对误差简要定义为等级，例如表6中0～100Ω可称为0.01。
作者：张军明(山东省计量科学研究院)
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