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测量误差及其来源

发布日期:2017-11-27 13:58:49 【关闭】
摘要:

   一、测量误差的几个名词术语

   1.真值
   在一定的时间、空间条件下,被测量的大小是一个客观存在的确定数值,即真值。真值是客观存在的,但是不可测量的。随着科学技术的不断发展,人们对客观事物认识的不断提高,测量结果的数值会不断接近真值。在实际的计算和测量工作中,经常使用“约定真值”和“相对真值”。约定真值是按照国际公认的单位定义,利用科学技术发展的最高水平所复现的单位基准。
   约定真值常常是以法律形式规定或指定的。就给定目的而言,约定真值的误差是可以忽略的,如国际计量局保存的国际千克原器。相对真值也叫实际值,是在满足规定准确度时用来代替真值使用的值。
   2.标称值
   标称值是计量或测量器具上标注的量值。如标准砝码上标出的1kg,标准电池上标出1.0186V。由于制造上不完备、测量不准确及环境条件的变化,标称值并不一定等于它的实际值,因此,在给出量具标称值的同时,通常应给出它的误差范围和准确度等级。
  3.示值
   示值是由测量仪器(设备)给出或提供的量值,也称测量值。
   4.准确度
   准确度是测量结果中系统误差和随机误差的综合,表示测量结果和真值的一致程度。准确度涉及真值,由于真值的“不可知性”,因而它只是一个定性概念,而不能用于定量表达。定量表达应该用“测量不确定度”。这里应注意,过去经常讲的两个术语“测量精密度”和“测量正确度”在《国际通用计量学基本术语》(1993年第二版)中未再列出,故以后最好不用。

   5.重复性

   重复性是指在相同条件下,对同一被测量进行多次连续测量所得结果之间的一致性。所谓相同条件就是重复条件,它包括:

 (1)相同测量程序;
 (2)相同测量条件;

(3)相同观测人员;
(4)相同测量设备;
(5)相同地点。

   6.误差公理
   人们进行测量的目的是确定被测量的量值,并力求准确,但是,由于对客观规律认识的局限性和科学水平的限制,以及被测量的数值形式常常不能以有限位数表示,因此测量结果与真值不可能完全一致,这种差别就是测量误差。随着科学水平的提高和人们的经验、技巧及专业知识的丰富,可以使测量误差愈来愈小,但是不可能使误差降为零。下述误差公理已为实践所证实,并被一切从事科学实验的人们所公认:“一切测量都具有误差,误差自始至终存在于所有科学试验的过程之中”,这就是误差公理。
   人们研究测量误差的目的就是寻找产生误差的原因,认识误差的规律、性质,进而找出减小误差的途径与方法,以求获得尽可能接近真值的测量结果。

   二、研究误差的意义

   不同性质的测量,允许测量误差的大小是不同的,但随着科学技术的发展,对减小测量误差的要求越来越高。在某些情况下误差超过一定限度的测量结果不仅没有意义而且还会给工作造成影响甚至危害。例如,牛顿曾在计算中使用了误差较大的地球半径值,以致测得的月球加速度值与理论计算值相差达10%,致使其引力理论的发表推迟了20年;射程为几千千米的洲际导弹,若航向误差为0.03°,会使导弹偏离目标5~8km;制造炸药的甲苯,在生产中如果所测温度有1 ℃ 的误差,就有可能造成严重事故。
   研究误差理论的目的,就是要根据误差规律改进测量条件和方法,尽量减小误差,以正确认识和改造客观世界;确保科学研究与生产实践的质量;正确与经济地组织实验及促进理论的发展。

   三、测量误差的主要来源

    1.装置误差
  (1)标准器误差。虽然标准器是提供标准量值的测量器具,但它们本身的标称值也有误差。例如,现作为基准器用的1Ω 标准电阻仍有 ±0.5×10-6 Ω范围的基本误差。
  (2)仪器、仪表误差。直接或间接将被测量和测量单位进行比较的各种仪器、仪表,其传输、转换及显示(指示)等环节都会引起误差。常用电测量指示仪表、电子测量仪器的示值都有一定的误差。
  (3)装备、附件误差。为测量创造必要条件或为使测量方便地进行而使用的装备、附件所引起的误差。例如电源波形失真程度、三相电源的不对称程度、连接导线、转换开关、活动触点的使用等都会引起误差。

  (4)安置误差。测试设备和电路的安装、布置或调整不完善,达不到理想条件而产生的误差。

   2.方法误差
   由测量方法不完善,所依据的理论不严密等所引起的误差,称为方法误差。例如,经验公式及公式中各系数确定的近似性;需要瞬时取样测量而实际取样间隔不为零;测量结果中未计及的一些测量过程中实际起作用的因素(如绝缘漏电、珀耳帖效应等)等所引起的误差。
   3.人身误差
   由观测者生理、心理上的特点和固有习惯所引起的误差,称为人身误差。例如,生理上的最小分辨力;记录某一信号时滞后或导前的趋向;对准标志读数时习惯地偏向某一方向等所造成的误差。提高操作技巧和改进测量方法有可能削弱甚至消除人身误差。
   4.环境误差
   环境误差是在测量时的环境因素与要求的标准状态不一致及其在空间上的梯度与随时间变化而引起的误差。如温度、湿度、气压、震动、加速度、电磁场、风效应、阳光照射、透明度及空气含尘量等所引起的误差。
   仪器、仪表按规定的正常工作条件使用所产生的示值误差是基本误差。当使用条件超出规定正常工作条件而增加的误差是附加误差。
   飞行器上所用的仪器、仪表,在一次测量过程中环境条件也可能有较大变化,需要特别注意其附加误差的情况。

 

  

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