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测量误差的性质和分类

发布日期:2017-11-28 10:14:06 【关闭】
摘要:根据测量误差的性质及其特点,一般将其分为三类:系统误差、随机误差与粗大误差。

   根据测量误差的性质及其特点,一般将其分为三类:系统误差、随机误差与粗大误差。

   一、系统误差
   系统误差是那些在相同测量条件下多次测量同一被测量时,误差的绝对值与符号保持恒定,或在条件改变时按某种确定规律变化的误差。
   系统误差可以归结为某一个或某几个因素的函数,这种函数一般可以用解析公式、曲线或、数表来表达。
   系统误差按其表现特征可分为以下几种。

   1.恒定系统误差(恒值系统误差)
   它是指误差数值不随某些测量条件变化的系统误差。例如,砝码标准量值的误差及某些仪器的调整偏差都会使测量结果引入恒定的系统误差。
   2.变值系统误差
  (1)累进性系统误差。它是指误差的数值随某些测量系统变化而逐渐增加或逐渐减小。例如,标准电阻在使用中,阻值随温度的升高而逐渐增大引起测量结果变化所产生的误差。
  (2)周期性系统误差。它是指误差的数值随某些测量条件周期性变化。例如,由于电源滤波不好,造成仪器示值随电压周期变化的误差。
 (3)按复杂规律变化的系统误差。它是指误差变化规律很复杂,但其规律经多次测量具有重复性,因而可用曲线、表格或经验公式表示。例如,酸性 H型饱和标准电池的电动势因环境温度变化产生复杂的变化引起测量误差的复杂变化。这种标准电池的“电动势 温度”公式为

  

gooxian-电动势公式

    系统误差具有一定的规律性,可根据系统误差产生的原因采取一定的措施消除或减弱。

   二、随机误差

   随机误差是在实际相同的测量条件下多次测量同一被测量时,误差的绝对值与符号以不可预定方式变化的误差。
   随机误差产生的原因是:测量条件从宏观上或平均来看虽然相同,但不可避免会有一些互不相关的较小因素影响测量结果发生误差(如热扰动、噪声干扰、电磁场的微变、空气扰动、大地微震等),只要测量仪器的分辨力足够高就可发现随机误差现象。
   单次测量的随机误差虽然没有规律,不可预定也不能控制,也不能从测量方法上采取措施予以消除,但是从足够多次测量的总体上看,随机误差服从统计规律。

   三、粗大误差

   粗大误差(粗差)是在一定的测量条件下明显地歪曲测量结果的误差。这主要是由读错、记错、算错、测量方法错误、测量仪器有缺陷等原因造成的。
   含有粗大误差的测量值称之为坏值或异常值。正确的测量结果不应包含粗大误差,所有的坏值均应剔除。在作误差分析时要考虑的误差只有系统误差与随机误差两类。

   四、误差的相互转化

   上述三种误差之间是辩证统一的关系,它们的性质在一定条件下可以互相转化。例如,随着人们对误差来源及其变化规律认识的加深,往往有可能把以往认识不到、掌握不住而归为随机误差的某项误差予以澄清,从而明确为系统误差,并给予技术上的处理。反之,当对其认识不足时,或者虽有所认识而其规律过分复杂时,也常会把这样的一些系统误差当做随机误差而由数据统计分析处理。
   又如,同一等级电测仪表中的一块,其引用误差在规定范围内数值的大小与符号是随机的,但若选定作为标准表校验一批比其等级低的电测仪表,则其误差就会造成被校验的这批电测仪表产生系统误差。
   再如,一块电压表的误差会使得在测量某电源电压时产生系统误差,但若用多块不同的电压表测量此电源电压时,则各电压表误差的随机性使各测量值具有随机性,所以可采用此方法对各测量值进行平均的办法削弱测量误差。

   五、测量的正确度、精密度与准确度

   测量的正确度、精密度、准确度是描述测量结果与被测量真值之间符合状况的三个术语,但是,这三个术语长期以来在国内、外一些书籍与参考资料中的叫法都十分混乱。我国国家计量局颁布,并于1983年1月1日起实施的“中华人民共和国计量检定规程,常用计量名词术语及定义JJG—1001—82”对这三个术语的用法作出了规定。为了便于统一和便于电子计算机检索应使用其中的主名词。

  (1)正确度(Correctness):表示测量结果中系统误差大小的程度,指在规定的测量条件下,测量中所有系统误差的综合。过去曾使用过的其他名称为准确度、精度、正确性、不正确性。
  (2)精密度(Precision):表示测量结果中随机误差大小的程度,指在一定的测量条件下进行多次测量时所得各测量结果之间的符合程度。过去曾使用过的其他名称为不精密性。
 (3)准确度(Accuracy):是测量结果中所有系统误差与随机误差的综合,表示测量结果与真值的一致程度。过去曾使用过的其他名称为精确度、精度、准确性、不准确性。
   在某一具体测量中,可能会出现正确度与精密度一致或不一致的四种状况:正确度高而精密度低;正确度低而精密度高;正确度与精密度都低;正确度与精密度都高。前三种状况准确度都低,只有第四种准确度高。可以用射击为例形象地表示这四种状况,如图2.3所示。

gooxian-以射击比喻测量准确度

   图中以靶心比作真值,靶上的弹着点比作测量结果,图2.3(a)所示弹着点分散,但就总体而言却大致都围绕靶心,正确而欠精密;图2.3(b)所示弹着点密集但都偏在一边,精密而欠正
确;图2.3(c)所示弹着点既分散而又偏离靶心,既不精密也不正确;图2.3(d)所示弹着点密集而又接近靶心,精密而又正确,表示准确度高。
   目前这三个术语使用混乱的状况仍然存在,读者在遇到这些名词时应注意其实际意义。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)中未列出。

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