一、测量误差的定义
测量误差是测量结果与测量真值之间的差值,简称误差。因为真值(也叫理论值)无法准确获得,实际上使用的都是约定真值,而约定真值需要用测量不确定度来表示,所以无法准确获得测量误差。
测量不确定度:表示测量值的离散度,与人们对测量值的认识有关,是通过分析评定得到的一个区间。
测量误差:是表示测量结果偏离真值的差值。它是客观存在的,但人们不能确定它。
例如,测量结果可能非常接近真实值(即误差较小),但由于缺乏知识,人们给出的值落在较大区域内(即测量不确定度较大);测量误差实际上可能很大,但由于分析和估计不充分,给出的不确定度很小。因此,在评定测量不确定度时应充分考虑各种影响因素,必要时应对不确定度的评定进行验证。
第二,误差的产生
误差分为随机误差和系统误差。
误差可以表示为:误差=测量结果-真值=随机误差+系统误差。
因此,任何误差都可以分解为系统误差和随机误差的代数误差和随机误差:随机误差也叫偶然误差。即使在完全消除系统误差的理想情况下,如果对同一测量对象进行多次重复测量,测量误差仍会由各种偶然的、不可预测的不确定因素引起,这种误差称为随机误差。
随机误差的特点是对同一测量对象重复测量,测量结果的误差呈现无规律的波动,可能是正的(测量结果过大),也可能是负的(测量结果过小),误差的绝对值无规律地波动。但误差的分布服从统计规律,表现出以下三个特点:单峰性,即小误差大于大误差;对称,即正误差和负误差的概率相等;有界性,即误差大的概率几乎为零。
从随机误差的分布规律可知,增加测量次数,根据统计理论对测量结果进行处理,可以减小随机误差。
系统错误:
由于测量工具(或测量仪器)的固有误差、测量原理或方法的缺陷、实验操作以及实验者自身心理、生理条件的制约等因素造成的测量误差称为系统误差。
系统误差的特点是在相同的测量条件下,重复测量得到的测量结果总是过大或过小,误差值是确定的或按一定规律变化。减小系统误差的方法通常可以改变测量工具或方法,也可以考虑测量结果的修正值。
三,精密度、准确度和精确度
用同一测量工具和方法在相同条件下进行多次测量,如果测量值的随机误差小,即每次测量结果的波动小,则说明测量重复性好,称为测量精度好,稳定性好。因此,测量偶然误差反映了测量精度。
根据误差理论,当测量次数无限增加时,随机误差将趋于零,测量结果与真值的偏离程度——测量精度将从根本上取决于系统误差的大小,因此系统误差的大小反映了测量的可能精度。
准确度是测量的准确度和精密度的总称。在实际测量中,影响精度的可能主要是系统误差或随机误差。当然,两者可能都不可偏废。在一些测量仪器中,常用精度的概念其实包括系统误差和随机误差。比如常用的仪器往往是按精度分类的。
仪器的准确度简称准确度,也称准确度。而精度和误差可以说是孪生兄弟。因为误差的存在,就产生了精度的概念。简而言之,仪器的准确度就是仪器的测量值接近真值的准确程度,通常用相对百分误差(也叫相对换算误差)来表示。相对百分比误差公式如下:(略)
从公式中可以看出,仪器的精度不仅与绝对误差有关,还与仪器的量程有关。绝对误差越大,相对百分比误差越大,仪器的精度越低。如果两台绝对误差相同的仪器量程不同,量程大的仪器相对百分误差就小,仪器的准确度就高。准确度是仪器的一项重要质量指标,往往用准确度等级来规范和表示。准确度等级是最大相对误差百分比减去符号和%。按照国家
统一规定,等级有0.05、0.02、0.1、0.2、1、5等。数字越小,仪器的精度越高。
四,应用精度的选择
在实际应用过程中,应根据测量的实际情况选择仪器的量程和精度。不确定低精度等级的仪器会有最好的测量效果。以万用表的应用为例,用不同精度的万用表测量同一电压引起的误差。
比如有一个10V的标准电压,用100V档0.5级和15V档2.5级两个万用表测量。哪种仪表测量误差小?
解决方法:第一次测量:最大绝对允许误差
△X1= 0.5%×100V= 0.50V .
第二次测量:最大绝对允许误差
△X2= 2.5%×l5V= 0.375V。
比较△X1和△X2可以看出,虽然一次仪表的精度高于二次仪表,但一次仪表造成的误差大于二次仪表造成的误差。所以可以看出,在选择仪器的时候,精度越高越好。还要选择合适的测量范围。只有正确选择量程,才能发挥通用仪器的潜在精度。
动词 (verb的缩写)准确度校准方法
除了国家统一标准外,随着电子技术的广泛应用,根据不同的性能还有以下几种精度校准方法。
1)显示值x:用于电子显示仪表中,表示当前显示值的最低位有x个字的误差。如果显示值为Y,误差△X=X/Y×100%
2)显示值的X%:用于电子显示仪表,表示当前显示值的X%为当前误差范围。如果显示值为Y误差△X=X%,则误差值为X% × Y。
3)分段量程校准:适用于大量程仪表。在不同的测量区间使用不同的误差校准方法。比如测量0.01-1V的电压时,误差为5%,测量1-10V的电压时,误差为1%,这就是分段校准法。在应用分段校准仪器时,必须选择合适的量程,并仔细检查该量程的误差计算和校准方法。
4)数学模型的误差标定:给出仪器的误差计算公式F(X),根据仪器当前的测量结果Y及其他相关条件计算出当前的误差△X=F(Y)。该方法测得的误差结果与实测值的对应关系多为曲线。由于该方法各点的误差不同,在应用时应特别注意和仔细计算。
从以上条件不难得出结论,不同的误差校准方法对于不同的测量值有不同的实际测量精度。选择时要分析测量情况和仪器在测量点的允许误差,并不一定是低档仪器的测量效果最好。需要根据具体情况选择合适的仪器和测量范围,尽量减少测量误差。