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計(jì)量論壇

標(biāo)題: 計(jì)量器具的基本特性有哪些 [打印本頁(yè)]

作者: vtoall 時(shí)間: 2015-7-17 10:18
標(biāo)題: 計(jì)量器具的基本特性有哪些
1.計(jì)量器具的測(cè)量范圍和量程
計(jì)量器具的測(cè)量范圍，即計(jì)量器具的誤差處在規(guī)定極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值，標(biāo)稱(chēng)范圍兩極限之差的模就是量程，即測(cè)量范圍的最高值與最低值之差。
2.計(jì)量器具的靈敏度
是指計(jì)量器具響應(yīng)的變化除以對(duì)應(yīng)的激勵(lì)變化，可以理解為計(jì)量器具對(duì)被測(cè)量變化的反應(yīng)能力。
3.計(jì)量器具的準(zhǔn)確度、示值誤差
計(jì)量器具的準(zhǔn)確度是計(jì)量器具給出接近真值的響應(yīng)的能力。
計(jì)量器具的示值誤差是指計(jì)量器具示值與對(duì)應(yīng)輸入量的真值之差。
4.計(jì)量器具的重復(fù)性
是指在相同的測(cè)量條件下，重復(fù)測(cè)量同一個(gè)被測(cè)量，測(cè)量?jī)x器提供相近示值的能力。

作者: 史錦順 時(shí)間: 2015-7-17 19:59
本帖最后由史錦順于 2015-7-17 20:16 編輯

   測(cè)量與計(jì)量?jī)蓚€(gè)術(shù)語(yǔ)，測(cè)量的含義更廣泛些。計(jì)量則是有關(guān)量值準(zhǔn)確的活動(dòng)，也是測(cè)量，是特殊的測(cè)量。談?wù)搩x器，該稱(chēng)測(cè)量?jī)x器，而談?wù)摌?biāo)準(zhǔn)，該稱(chēng)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
   測(cè)量?jī)x器性能指標(biāo)，核心是量程、分辨力、準(zhǔn)確度。這里重點(diǎn)談?wù)勥@三項(xiàng)。
   1 量程
   儀器能測(cè)量的范圍。在量程的低端，性能通常較差。使用者要注意。
   2 分辨力
   數(shù)字式儀器，例如數(shù)字式電表、數(shù)字式頻率計(jì)，都是一個(gè)脈沖代表一個(gè)最小數(shù)量單元（例如電壓1微伏或頻率1赫茲），儀器不能區(qū)分比最小數(shù)量單元更小的量，計(jì)數(shù)時(shí)不進(jìn)行四舍五入處理。因此，分辨力是1，分辨力誤差范圍（分辨力誤差的最大可能值）就是1。人們熟知的數(shù)字式頻率計(jì)的誤差有“±1”誤差項(xiàng)。請(qǐng)注意，當(dāng)今的不確定度理論，各種規(guī)范、規(guī)程、書(shū)籍、文件，除馬鳳鳴的書(shū)外，都說(shuō)“分辨力是1則分辨力誤差是0.5”，這是錯(cuò)誤的。起源是GUM.
   一個(gè)特殊情況是電子秤。電子秤是通用商業(yè)量具，要求數(shù)據(jù)穩(wěn)定，而分度數(shù)不高（幾千到幾萬(wàn)），電子數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件有充足余量，因此在電子秤顯示位的下一位進(jìn)行了四舍五入處理。這樣，電子秤的分辨力是1，則分辨力誤差范圍是0.5。這是特殊情況。不能把“分辨力是1誤差是0.5”當(dāng)成是一般規(guī)律。
   3 準(zhǔn)確度
   準(zhǔn)確度是誤差范圍。又稱(chēng)最大允許誤差、準(zhǔn)確度等級(jí)等。
   準(zhǔn)確度是定量的。不確定度理論說(shuō)：“準(zhǔn)確度是定性的”，這是指鹿為馬，這是對(duì)誤差理論的誣陷，也是對(duì)幾百年來(lái)測(cè)量計(jì)量工作的否定。
   美國(guó)建國(guó)二百四十多年了。美國(guó)人向世界出售的測(cè)量?jī)x器，無(wú)計(jì)其數(shù)，數(shù)以萬(wàn)億計(jì)。那些儀器都標(biāo)有“準(zhǔn)確度”指標(biāo)。如果說(shuō)準(zhǔn)確度是定性的，而不是定量的，那就等于說(shuō)美國(guó)人歷來(lái)都是騙人的。幾個(gè)炮制不確定度論的美國(guó)人，有意無(wú)意地罵了他們的八輩祖宗（三十年一代，恰為八代）。
   當(dāng)然，幾個(gè)不確定度論炮制者代表不了美國(guó)的學(xué)術(shù)水平。美國(guó)的大型儀器公司安捷倫公司與福祿克公司，至今一直稱(chēng)儀器指標(biāo)為準(zhǔn)確度。而推出不確定度論的美國(guó)NIST（相當(dāng)國(guó)家計(jì)量院）如今則稱(chēng)它的有世界最高水平的銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo)是“不準(zhǔn)確度”，而不是“不確定度”。這些都是對(duì)不確定度論之“準(zhǔn)確度定性說(shuō)”的公開(kāi)否定。
   中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院最近公布測(cè)量能力，共一千零八十一項(xiàng)，指標(biāo)都是準(zhǔn)確度（或其等級(jí)）。
   “準(zhǔn)確度”這個(gè)術(shù)語(yǔ)的生命力真強(qiáng)啊！
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作者: 規(guī)矩灣錦苑 時(shí)間: 2015-7-18 00:51
　　也談?dòng)?jì)量器具的基本特性
　　1.測(cè)量范圍與量程
　　樓主談到的計(jì)量器具測(cè)量范圍和量程的定義是正確的。測(cè)量范圍和量程不是一回事，測(cè)量范圍有上下兩個(gè)極限，上下極限內(nèi)的一組被測(cè)量的值共同組成了計(jì)量器具的測(cè)量范圍，是一群可測(cè)的值。量程則是測(cè)量范圍兩個(gè)極限的差，是上下限之差的“模”，只有一個(gè)非負(fù)的值。例如測(cè)量范圍25mm～50mm的千分尺，25mm～50mm之間所有的量值都屬于該千分尺的測(cè)量范圍，但量程卻只是25mm。
　　2.分辨力與分度值
　　分辨力是所有測(cè)量?jī)x器的一個(gè)計(jì)量特性。數(shù)字式測(cè)量?jī)x器的分辨力有兩個(gè)定義，一個(gè)是顯示裝置的分辨力，另一個(gè)是儀器的分辨力。模擬式儀器也有兩個(gè)與之有關(guān)的術(shù)語(yǔ)，一個(gè)是分辨力，另一個(gè)是分度值。模擬式儀器的分度值與數(shù)字式儀器的儀器分辨力本意相同，理論上不是計(jì)量器具的特性而應(yīng)該是計(jì)量器具的“零部件”，一旦儀器完成制造也就終生不再改變。模擬式儀器的分辨力和數(shù)字式儀器的顯示裝置分辨力本意相同，是儀器分辨最小被測(cè)量值的能力。模擬式儀器的分辨力往往是分度值的若干分之一，最佳測(cè)量者使用此種儀器的分辨力是分度值的1/10。數(shù)字式儀器顯示裝置的分辨力則是儀器分辨力的1/2。
　　3.準(zhǔn)確度與示值誤差
　　準(zhǔn)確度和示值誤差都是計(jì)量器具的特性。準(zhǔn)確度是個(gè)定性排列高低的參數(shù)，排序時(shí)用符號(hào)“準(zhǔn)確度等級(jí)”排列前后順序。定量的準(zhǔn)確性參數(shù)則使用術(shù)語(yǔ)“示值誤差”。限制示值誤差范圍的最大最小極限值稱(chēng)為示值誤差允許值，簡(jiǎn)稱(chēng)示值允差，也有的人稱(chēng)示值允差限定的區(qū)間為“誤差范圍”。但也有將定性參數(shù)準(zhǔn)確度與定量參數(shù)示值誤差或示值允差相混淆的，這種概念混淆造成了概念混亂，使測(cè)量設(shè)備的準(zhǔn)確性高低沒(méi)有合適的術(shù)語(yǔ)加以定性表述。
　　4.不確定度
　　不確定度不是測(cè)量設(shè)備（包含計(jì)量器具）的計(jì)量特性，而是測(cè)量結(jié)果或產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果的測(cè)量方案的特性。但測(cè)量設(shè)備的計(jì)量特性，特別是示值誤差、示值允差等一定會(huì)給測(cè)量結(jié)果或測(cè)量方案引入不確定度分量。“測(cè)量設(shè)備的計(jì)量特性給測(cè)量結(jié)果引入的不確定度分量”說(shuō)起來(lái)太費(fèi)勁，于是有的標(biāo)準(zhǔn)就干脆簡(jiǎn)稱(chēng)為“測(cè)量設(shè)備的不確定度”，并由此派生出“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度”等等。在使用術(shù)語(yǔ)“測(cè)量設(shè)備的不確定度”和“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度”時(shí)，我們必須保持清醒的頭腦，不要被表面文字所迷惑，一定要知道這是測(cè)量結(jié)果的不確定度分量之一，而不是測(cè)量設(shè)備的特性。
　　5.其它計(jì)量特性
　　樓主所說(shuō)的靈敏度、重復(fù)性等也是計(jì)量器具的計(jì)量特性，計(jì)量器具的計(jì)量特性還有一些，因?yàn)檫@些特性大多數(shù)被包容在示值誤差之中因而往往使用的不多，這里也就省略不談了。

作者: csln 時(shí)間: 2015-7-18 07:40
本帖最后由 csln 于 2015-7-18 07:42 編輯

電子秤把被測(cè)量的重量數(shù)字顯示時(shí)使用的是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，即ADC，電子秤也同一般此類(lèi)數(shù)顯儀器一樣，ADC的位數(shù)或者分辨力決定了儀器的分辨力，ADC的積分非線(xiàn)性誤差、微分非線(xiàn)性誤差決定了儀器的分辨力誤差，ADC的這種非線(xiàn)性誤差典型值一般為±1/2 LSB，因此分辨力誤差是分辨力一半，但這不是普遍規(guī)律

作者: 規(guī)矩灣錦苑 時(shí)間: 2015-7-18 17:51
　　不同的數(shù)字式儀器有不同的工作原理，但在使用基本計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)方面，大家都是一樣的。JJF1001的7.14是“分辨力”定義，7.15是“顯示裝置的分辨力”定義。7.14定義的“分辨力”前面沒(méi)有任何定語(yǔ)，泛指數(shù)字式儀器和模擬式儀器都具有的分辨力，7.15冠以“顯示裝置的”定語(yǔ)，單指數(shù)字式儀器才有。
　　那么對(duì)于數(shù)字式儀器而言，分辨力和顯示裝置的分辨力之間區(qū)別是什么呢？顯示裝置的分辨力類(lèi)同于模擬式儀器的“分度值”，這個(gè)分辨力相當(dāng)于儀器的零部件之一，是在儀器設(shè)計(jì)制造中就固化或“安裝在”儀器上了。使用中人們可以在儀器讀得的，或可以分辨的最小量值的能力才是在不確定度評(píng)定中需要考慮的“分辨力”因素。對(duì)模擬式儀器而言，一般就按分度值的1/10，對(duì)數(shù)字式儀器而言就是顯示裝置的分辨力的1/2，其它復(fù)雜的工作原理可以不必考慮。

作者: 史錦順 時(shí)間: 2015-7-19 11:06
本帖最后由史錦順于 2015-7-19 11:21 編輯

規(guī)矩灣錦苑發(fā)表于 2015-7-18 17:51
　　不同的數(shù)字式儀器有不同的工作原理，但在使用基本計(jì)量名詞術(shù)語(yǔ)方面，大家都是一樣的。JJF1001的7.14是 ...

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   先生說(shuō)：“可以分辨的最小量值的能力才是在不確定度評(píng)定中需要考慮的“分辨力”因素。對(duì)模擬式儀器而言，一般就按分度值的1/10，對(duì)數(shù)字式儀器而言就是顯示裝置的分辨力的1/2，其它復(fù)雜的工作原理可以不必考慮”。
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   人云亦云，是學(xué)術(shù)探討的大忌。
   因?yàn)镚UM說(shuō)過(guò)"分辨力是1,分辨力誤差是1/2"，于是眾人就跟著這樣說(shuō)。多數(shù)人不明真相，不懂道理，可以諒解。學(xué)術(shù)討論卻不能這樣。分辨力誤差，雖然小，但畢竟是儀器誤差的一部分。況且，在某些特定條件下，儀器誤差就近似等于分辨力誤差。因此，弄明白“數(shù)字儀器分辨力是1，分辨力誤差到底是1/2，還是1”，乃是測(cè)量計(jì)量學(xué)中必須弄明白的問(wèn)題之一。
   數(shù)字式頻率計(jì)，是脈沖電路，一個(gè)脈沖代表一個(gè)數(shù)量單元，脈沖的單元是“1”，不可能有1/2個(gè)脈沖，因此也就識(shí)別不出1/2個(gè)數(shù)量單元。因此，數(shù)字式頻率計(jì)的分辨力是1，分辨力誤差的范圍（分辨力誤差絕對(duì)值的最大可能值）就是1。
   在眾多文件皆說(shuō)“分辨力是1,分辨力誤差是1/2”的大背景下，馬鳳鳴的《時(shí)間頻率計(jì)量》（計(jì)量檢測(cè)人員培訓(xùn)教材第11分冊(cè)）一書(shū)，多次講解數(shù)字式儀器的±1誤差。涉及多種測(cè)頻、測(cè)時(shí)、比對(duì)器等儀器。多次說(shuō)：分辨力是1，分辨力誤差的最大值就是1！馬先生在同GUM唱反調(diào)！不管?chē)?guó)際權(quán)威怎么說(shuō)，馬氏說(shuō)真話(huà)，講真理。好，贊一個(gè)！
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   除時(shí)間頻率以外的其他場(chǎng)合，如數(shù)字式電表，數(shù)字秤，數(shù)顯長(zhǎng)度量具，要弄明白分辨力誤差的大小，必須明白具體儀器原理中的模/數(shù)轉(zhuǎn)換的具體過(guò)程。像數(shù)字頻率計(jì)那樣，先把周期性的正弦波轉(zhuǎn)換為極窄的脈沖，就必有“分辨力是1，誤差是1”。我在以前的討論中，有把數(shù)字頻率計(jì)的情況一般化的言論，是不妥的。去年已有網(wǎng)友說(shuō)明，電子秤的分辨力誤差是1/2個(gè)字。我聲明過(guò)自己對(duì)電子秤的說(shuō)法錯(cuò)了。我承認(rèn)電子秤分辨力誤差是1/2，但卻想象是最低位的下一位進(jìn)行了（或等效進(jìn)行了）四舍五入處理。看到csln先生的帖子，得知有數(shù)模轉(zhuǎn)化的規(guī)律在里邊。但我確實(shí)弄不懂，如果是非線(xiàn)性的原因，誤差的最大值，為什么是0.5？沒(méi)有出現(xiàn)0.6或0.7的可能嗎？希望熟悉電子秤、數(shù)字電表、數(shù)顯長(zhǎng)度量具的學(xué)者，詳細(xì)講一講分辨力為1，分辨力誤差絕對(duì)值的最大值是1/2或者是1的道理。我很想弄明白，苦于找不到相關(guān)的資料。
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   規(guī)矩灣先生公然說(shuō)“工作原理可以不必考慮”。這是不當(dāng)講法。連工作原理都不考慮，還討論什么學(xué)術(shù)！請(qǐng)問(wèn)這算什么道理？什么邏輯？科學(xué)不是宗教，不能盲從！不該迷信！
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作者: 規(guī)矩灣錦苑 時(shí)間: 2015-7-19 11:28
本帖最后由規(guī)矩灣錦苑于 2015-7-19 11:30 編輯

　　我覺(jué)得討論“分辨力”是多大的時(shí)候，還是要分清楚什么是JJF1001的7.14定義的儀器“分辨力”，什么是7.15定義的“顯示裝置的分辨力”。什么是數(shù)字式儀器的分辨力和什么是數(shù)字式儀器的顯示裝置的分辨力。
　　馬鳳鳴老先生講數(shù)字式儀器的±1誤差，多次說(shuō)：分辨力是1，這個(gè)“分辨力”正是7.15定義的“顯示裝置的分辨力”。這個(gè)“分辨力”類(lèi)似于模擬式儀器的分度值，相當(dāng)于儀器的“零部件”之一，這個(gè)“分辨力”僅適用于數(shù)字式儀器使用，模擬式儀器沒(méi)有這個(gè)“分辨力”而只有“分度值”。眾多文件皆說(shuō)或大家公認(rèn)的“分辨力”是顯示裝置的分辨力的1/2是指JJF1001的7.14定義的儀器的“分辨力”。模擬式儀器的分度值可以產(chǎn)生誤差±1個(gè)分度值，但人們讀數(shù)時(shí)的最小分辨能力卻可達(dá)1/10個(gè)分度值，同樣的數(shù)字式儀器的分度值（即顯示裝置的分辨力）是1，儀器自身代替人眼讀數(shù)時(shí)能夠分辨的能力最小可達(dá)其1/2。對(duì)于數(shù)字式儀器而言，我們一定要正確識(shí)別使用的“分辨力”到底是JJF1001的7.15定義還是7.14定義，使用的術(shù)語(yǔ)定義必須先搞清楚，此時(shí)還沒(méi)有到涉及儀器工作原理的步驟。

作者: 史錦順 時(shí)間: 2015-7-20 07:46
本帖最后由史錦順于 2015-7-20 08:14 編輯

規(guī)矩灣錦苑發(fā)表于 2015-7-19 11:28
　　我覺(jué)得討論“分辨力”是多大的時(shí)候，還是要分清楚什么是JJF1001的7.14定義的儀器“分辨力”，什么是7.1 ...

   把分辨力劃分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，本來(lái)就是個(gè)似是而非的說(shuō)法！JJF1001按VIM的說(shuō)法，照搬照抄，怎么理解？別人有什么高見(jiàn)，我不知道；反正我認(rèn)為：對(duì)數(shù)顯儀器來(lái)說(shuō)，儀器的顯示裝置的分辨力，就是儀器的分辨力。二者是不能分的。沒(méi)有數(shù)顯裝置，哪還有數(shù)顯儀器的分辨力？數(shù)顯儀器的分辨力必定體現(xiàn)在儀器的數(shù)顯裝置上。人的視力，必定表現(xiàn)在眼睛的視力上。人的視力和人眼的視力，有區(qū)別嗎？
   盡管JJF1001抄VIM，講兩個(gè)分辨力；但JJF1094《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》就只講一個(gè)分辨力！
   我在帖中只講數(shù)顯儀器，第一，數(shù)顯是發(fā)展方向；第二，數(shù)顯分辨力與分辨力誤差概念明確，結(jié)果肯定，可以有明確結(jié)論。模擬儀器，有人視力好，有人視力差。有人憑眼力，有人用放大鏡。因此1格到底能區(qū)分到多少，難說(shuō)。通常書(shū)上都說(shuō)可區(qū)分到一小格的二分之一，規(guī)矩灣幾次說(shuō)可以區(qū)分到十分之一，夠神的。反正我只爭(zhēng)論數(shù)顯的，而不提模擬的。
   數(shù)字式頻率計(jì)，必定是分辨力是1，則分辨力誤差也是1。頻率定義為一秒鐘的振蕩次數(shù)。頻率計(jì)利用窄脈沖。一個(gè)脈沖是一次振蕩。脈沖數(shù)記為N，采樣時(shí)間記為τ，則頻率的測(cè)得值等于N/τ。數(shù)字N的分辨力是1，代表一個(gè)脈沖。如果采樣時(shí)間是0.1秒，則這個(gè)“1”就代表是10赫茲。也就是說(shuō)，當(dāng)采樣時(shí)間是0.1秒時(shí)，分辨力誤差的絕對(duì)值的最大值就是10赫茲。
   例如被測(cè)頻率為11赫茲，脈沖間隔時(shí)間約為0.09秒。各次測(cè)量，采樣時(shí)間是0.1秒，多數(shù)計(jì)值是N=1，即測(cè)得值是10赫茲，測(cè)量誤差是-1赫茲；也有可能計(jì)到N=2，即測(cè)得值是20赫茲，測(cè)量誤差+9赫茲。若被測(cè)頻率是8赫茲，脈沖間隔時(shí)間是0.125秒。各次測(cè)量，采樣時(shí)間是0.1秒，多數(shù)計(jì)值是N=1，即測(cè)得值是10赫茲，測(cè)量誤差是+2赫茲；也有可能計(jì)到N=0，即測(cè)得值是0赫茲，測(cè)量誤差為-8赫茲。由是，測(cè)量誤差絕對(duì)值的最大可能值是10赫茲。
   這就是對(duì)數(shù)字頻率計(jì)來(lái)說(shuō)，分辨力是“1”，分辨力誤差范圍是“1”的道理。不懂具體儀器工作原理，怎能搞清楚？
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   從GUM開(kāi)始，許多國(guó)際規(guī)范與我國(guó)的規(guī)范，都說(shuō)：“數(shù)字儀器分辨力是1，分辨力誤差是1/2”，都把這個(gè)說(shuō)法當(dāng)作普遍規(guī)律。計(jì)數(shù)式頻率計(jì)的例子，否定了這種說(shuō)法的普適性。這種說(shuō)法，不是普遍規(guī)律，不能通用！

作者: csln 時(shí)間: 2015-7-20 11:52
不同生產(chǎn)廠(chǎng)、不同結(jié)構(gòu)的ADC量化誤差不同，一般在0.3LSB至1LSB間，0.5LSB只是典型值

作者: 規(guī)矩灣錦苑 時(shí)間: 2015-7-21 23:53

史錦順發(fā)表于 2015-7-20 07:46
把分辨力劃分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，本來(lái)就是個(gè)似是而非的說(shuō)法！JJF1 ...

　　把與數(shù)字式儀器有關(guān)的的“分辨力”分為“儀器的分辨力”和“儀器的顯示裝置的分辨力”，并非似是而非，JJF1001的分別給出了7.14儀器“分辨力”和7.15“顯示裝置的分辨力”，兩個(gè)“分辨力”術(shù)語(yǔ)是有道理的。7.14儀器“分辨力”并不是單指數(shù)字式儀器，而是包括數(shù)字式儀器和模擬式儀器等所有儀器均存在的“分辨力”，“顯示裝置的分辨力”只有數(shù)字式儀器才有，模擬式儀器有個(gè)“分度值”，顯示裝置的分辨力就相當(dāng)于模擬式儀器的分度值。如果認(rèn)為“儀器的顯示裝置的分辨力，就是儀器的分辨力”，就如認(rèn)為模擬式儀器的分度值就是其分辨力一樣是錯(cuò)誤的。
　　史老師所說(shuō)JJF1094講的分辨力是其3.7條，條文清清楚楚地用方括號(hào)寫(xiě)明是[顯示裝置的]分辨力。數(shù)字式儀器的分辨力是顯示裝置的分辨力的一半。顯示裝置的分辨力是±1個(gè)字，“儀器的分辨力可以通過(guò)儀器顯示裝置的分辨力”來(lái)評(píng)定，是“最低數(shù)字顯示變化一個(gè)步進(jìn)量時(shí)的示值差”，因此是顯示裝置分辨力的一半，如果都用半寬表示，則顯示裝置的分辨力是末位數(shù)的1個(gè)字，儀器的分辨力是末位數(shù)的半個(gè)字。

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