重复性和准确性描述了仪器性能的两个不同方面：重复性是指仪器在相同条件下产生相同读数的一致性程度，而准确性是指该读数与真实值之间的接近程度。如果仪器存在校准偏差、传感器漂移或其他系统误差，即使其重复性很高，也可能是不准确的。
重复性关注一致性；准确性关注正确性。重复试验可以揭示随机波动，而针对已知参考标准的校准则可以揭示系统偏差。可靠的中试工厂数据需要同时评估这两者。
为什么这种区别在中试工厂中很重要
重复性衡量测量的一致性
重复性通常被视为精密度（precision）的一种形式，描述了在操作条件保持不变时，重复读数的分布范围。
例如，如果温度传感器在重复测试中读数为 72.8°C、72.9°C 和 72.8°C，则其读数高度集中。该传感器具有良好的重复性，因为随机噪声和短期波动很小。
重复性通常通过重复试验、读数范围或样本标准差来评估。
准确性衡量与真实值的一致性
准确性描述了仪器读数与公认值或参考值之间的差异。
如果真实温度为 100°C，但传感器始终报告约为 72.8°C，那么即使该传感器的读数具有高度重复性，它也是不准确的。
准确性通过针对可溯源参考（如认证温度计、实验室方法或已知标准）的校准或验证来评估。
误差如何导致不同的结果
随机误差降低重复性
随机误差导致读数围绕中心值分散。其来源可能包括电气噪声、不稳定的信号传输、温度波动和过程变化。
一个在名义上相同条件下报告为 1.02、0.96 和 1.08 bar 的压力变送器，由于测量值差异较大，其重复性较差。
系统误差降低准确性
系统误差使测量值始终向一个方向偏移。常见原因包括传感器漂移、校准不正确、采样问题以及流体流动实验中压力取压口部分堵塞。
一个重复读数比校准参考值高 0.15 bar 的压力传感器可能具有良好的重复性，但不准确。重复测量并不能消除这种偏差。
读数可能既具有重复性又不准确
这是最重要的实际情况。如果仪器测量的是错误的值，一致的读数可能会造成虚假的信心。
在中试工厂中，此类数据可能导致研究人员或学员在相信结果可靠的情况下，计算出错误的流速、传热系数、压降或过程平衡。
评估仪器性能
通过重复测量测试重复性
尽可能保持操作条件恒定，并从同一仪器收集多个读数。
检查读数的分布、范围或标准差。狭窄的分布表明重复性良好，尽管这并不能证明读数是正确的。
对于动态流体，通常应在稳定的过程期间评估重复性。应尽可能将真实的过程波动与仪器噪声分离开来。
通过参考比较测试准确性
将仪器与校准标准或公认的参考方法进行比较。
对于在线分析仪，这可能涉及将预测值与实验室结果进行比较。对于热电偶，可能涉及受控参考，例如标准温度槽。
仪器平均读数与参考值之间的差异表明了校准偏移或偏差。
综合解读两者结果
重复性和准确性的结合比单独使用任何一种衡量指标都能提供更有用的诊断：
| 重复性 | 准确性 | 解读 |
|---|---|---|
| 高 | 高 | 读数一致且接近真实值。 |
| 高 | 低 | 读数一致但存在偏差。可能需要校准或更换传感器。 |
| 低 | 平均值可能较高 | 读数差异很大，即使其平均值接近真实值。应调查噪声或过程不稳定性。 |
| 低 | 低或不确定 | 仪器或测试设置不可靠，需要采取纠正措施。 |
将该区别应用于单元操作
流量和压力测量
在流体流动装置中，部分堵塞的压力取压口可能会在差压测量中引入持续误差。
变送器可能会产生稳定、可重复的值，但压差已不再代表实际过程状态。因此，由此产生的流量计算可能看起来很精确，但实质上是不准确的。
温度测量
分散度低但存在恒定偏移的温度传感器可能表明存在零点或量程校准问题。
相比之下，高分散度可能指向接线故障、电气干扰、信号调节不足或放置位置不稳定。滤波可以减少可见噪声，但无法纠正系统性的校准误差。
过程分析仪
分析仪的准确性可能受到校准模型误差、样品不均匀性、样品不稳定性、计时或时间分配误差以及实验室参考方法误差的影响。
分析仪的精密度反映了同一样品随时间变化的重复预测的可变性。它也可能受到真实过程波动、仪器噪声、漂移和温度不稳定性的影响。
理解权衡
重复不能纠正偏差
重复有偏差的测量只会产生更多证明该偏差的证据。重复试验可以量化一致性，但没有有效的参考标准，就无法确定准确性。
这就是为什么重复性测试和校准具有不同目的的原因。
校准不能保证稳定性
仪器在校准后可能立即准确，但在运行过程中由于漂移、温度变化、结垢或信号噪声可能会变得不稳定。
因此，校准应与定期的验证和测量分散度监测相结合。
动态过程使评估复杂化
中试工厂很少保持完全静态。流量、温度、成分和压力在测试过程中可能会发生变化，这使得区分过程波动和仪器波动变得困难。
应在适当稳定的期间评估测量值，并记录测试条件，以便正确解读观察到的变异性。
精密度可能看起来比准确性更好
在过程分析应用中，重复性通常比准确性更容易证明，因为在稳定条件下影响重复读数的变量较少。
因此，高度集中的结果不足以证明该仪器适用于定量过程结论。
为您的目标做出正确的选择
请同时使用这两种评估方法，因为中试工厂的决策依赖于一致且正确的测量结果。
- 如果您的主要重点是检测随机噪声：在受控、稳定的条件下进行重复测量，并计算范围或样本标准差。
- 如果您的主要重点是验证绝对过程值：将仪器与校准参考或公认的实验室方法进行比较，并量化测量偏差。
- 如果您的主要重点是排查不稳定的读数：在依赖滤波之前，调查接线、电气噪声、温度影响、传感器放置和过程波动。
- 如果您的主要重点是保持长期数据质量：将常规校准与定期的重复性检查以及在代表性操作条件下的验证相结合。
重复性告诉您仪器是否可以被信任以保持一致的行为，而准确性则告诉您其一致的结果是否确实正确。
总结表：
| 性能指标 | 评估内容 | 典型测试 | 常见问题 |
|---|---|---|---|
| 重复性 | 相同条件下读数的一致性 | 重复测量；评估范围或标准差 | 电气噪声、过程波动、接线不稳定 |
| 准确性 | 与真实值或公认参考值的接近程度 | 校准或与可溯源标准进行比较 | 传感器漂移、校准偏移、采样误差 |
| 高重复性，低准确性 | 一致但有偏差的测量 | 将平均读数与参考值进行比较 | 错误的流速、传热值或过程平衡 |
| 低重复性 | 可变的测量值，即使平均值可能正确 | 在稳定过程期间测试并调查分散度 | 噪声、不稳定条件、传感器放置不当 |
| 可靠的性能 | 既一致又正确的测量 | 结合重复测试、校准和定期验证 | 长期漂移、结垢、温度变化 |
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