基于重复性与线性度的仪器性能指标检验

徐锦丹，吴晓龙

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京市，100190；2.北京京桥热电有限责任公司，北京市，100067）

基于重复性与线性度的仪器性能指标检验

徐锦丹1，吴晓龙2

（1.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京市，100190；2.北京京桥热电有限责任公司，北京市，100067）

对仪器的性能指标进行了一个全面的分类介绍，以分析仪器行业通用的性能指标为例，对重复性和线性度进行了重点详细介绍，以液体自动加样装置为例，对其重复性和线性度进行了一个定量的检验分析。通过检验数据的计算和对比，结果显示相对标准偏差和相关系数能很好地反映仪器的性能指标，能为相关仪器的设计开发和检验提供一定的参考依据。

重复性；线性；仪器

0 引言

精密仪器的技术指标通常比较复杂，理解也比较困难，不论研发设计人员还是购买使用者，都应当全面而细致地考查各项指标，便于仪器达到实用的目的。通常比较直观的是仪器说明书中的技术指标，它以定量的条目解释仪器性能，而且是大批量的同种仪器统计的结果，并非指某一台具体仪器而言，因此，专业技术人员在仪器的设计和检验过程中，需要兼顾其基本性能特性和主要技术指标，使仪器充分满足使用者的需求。

仪器的指标应当具有以下特色：完全符合预期的应用要求，容易理解和使用。为此，本文对仪器的性能指标进行了一个全面的分类介绍和分析，将常用的性能指标分为基本性能特性和主要性能指标两大类。本文以分析仪器行业通用的技术指标为例，对重复性和线性度进行了重点介绍，文中以液体自动加样装置为例，针对其进样量的相对标准偏差和相关系数进行了一个定量的检验分析。

1 仪器主要性能指标

通常仪器性能是指仪器达到预定功能的能力，性能指标是对仪器性能规定的某些参数的定量描述。由于仪器种类不同、应用范围不同，其性能指标的表述和概念也不同，大体上可以分成两类。

1.1 技术参数

技术参数主要是针对仪器分析测量的适用性、可靠性等功能特性，它与仪器的工作范围和工作条件有关。工作范围主要是指测量对象、测量范围等；工作条件包括环境条件、供电供气要求、仪器的防爆性能和防护等级等。针对不同应用领域的仪器，其技术参数的含义也比较广泛。

1.2 性能特性

性能特性是对仪器本身的性能技术指标的定量要求。仪器种类不同，其性能特性的数值、量纲可能不同，但基本定义相同，是评价仪器基本性能的重要参数。它与仪器的测量分析信号，即仪器的响应值有关，这类指标主要有灵敏度、重复性、准确度、分辨率、稳定性、线性范围、响应时间等。

分析仪器从个世纪七十年代开始兴起，广泛应用于科研生产、百姓生活等众多领域，使用自动加样装置替代传统的手工加样，定量地将分析试样送入分析仪器，能免去繁杂的人工操作，提高工作效率，且比手工加样方式精确、样品量少、重复性好。自动加样装置的性能特性通常参照分析仪器的性能特性进行设计和检验，其关键的两个性能特性就是重复性和线性度。为了保证生产过程安全、可靠地运行，要随时对生产过程中使用的仪表进行试验和检定。本文就以液体自动加样装置为例，对其重复性和线性度进行研究和检验。

2 重复性

重复性是指在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。在中国仪器超市中，当测量条件是在以下四个状况下实验时，相同的待测量的测量结果有一致性的称为重复性：a.相同的测量环境；b.相同的测量仪器及在相同的条件下使用；c.相同的位置；d.短时间内的重复。

检验依据参考《GB/T 12519-2010 分析仪器通用技术条件》和《YY/T 0654-2008 全自动生化分析仪》，使用称量法对自动加样装置加样量重复性进行测定，要求每组实验数据的相对标准偏差RSD值不超过2%，RSD计算公式如下：

检测仪器是分析用电子天平，分度值为0.01mg，对其至少提前4个小时开机预热，对1μL、5μL、9μL三个加样量分别进行20次重复加样，用该电子天平对每次实际加样量进行称量，得到实际加样重量，实验结果如下：

表1 标准值1mg实验结果

表2 标准值5mg实验结果

表3 标准值9mg实验结果

由加样数据可看出，仪器实际加样值与标准值存在偏差，但数值都在一定的小范围内波动，整体数据比较一致，计算得出在这三个加样量下仪器的RSD值分别为1.67%、0.987%、0.53%，均小于2%，仪器的重复性符合要求。

3 线性度

线性度是指仪表的输出曲线与理想直线之间的相关一致程度，通过对仪器进行满量程内往复循环测试，得出实际输出曲线，通常，希望这个特性曲线为线性，这对标定和数据处理带来方便，但实际的输出曲线只能接近线性，对比理论直线有偏差，因此需要对仪器的线性度进行检验。仪器的线性度用相关系数来表示，在这里要求最小相关系数大于95%为合格，相关系数的计算公式为：

按照重复性的测试方法，对仪器满量程的10%，20%，...，90%的9个样本量全部测量完成，数据如下：

表4 相关系数实验结果

实验结果相关系数大于要求的95%，说明仪器实际输出曲线与理想直线相关一致度好，仪器的线性度满足设计要求。

4 结束语

经过对液体自动加样装置加样量的相对标准偏差和相关系数的检验分析，结果显示相对标准偏差和相关系数能很好地反映仪器的性能指标，对仪器性能指标的优化具有一定的实际意义。在相关仪器的设计开发和检验中，可以选取这两个性能指标作为参考依据，同时，技术人员可以针对实际应用需求，设定合理的标准偏差和相关系数标准值。

[1] GB/T 12519-2010，分析仪器通用技术条件，[S].

[2] YY/T 0654-2008，全自动生化分析仪，[S].

徐锦丹，女，1984年11月，江西乐平人，专利审查研究实习员，研究生（硕士），研究领域：力的测量与称重；

吴晓龙，男，1985年3月，北京密云人，助理工程师，本科（学士），研究领域：测控技术与仪器。

Testing of Instruments’ Performance Index Based on Repeatability and Linearity

XU Jin-dan, WU Xiao-long
(1.Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office,SIPO, Beijing 100190,China; 2. Beijing Jingqiao Thermal Power Co., Ltd., Beijing 100067,China)

Overall classification introduction is made about instruments’ performance index, repeatability and linearity are introduced in detail as the general performance index of analytical instruments, quantitative tests on repeatability and linearity is made about liquid automatic sampler. Testing results show that Relative Standard Deviation and Correlation Coefficient can reflect instruments’ performance index properly, and can be referenced in instruments’ design and testing.

repeatability; linearity; instrument