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一、测量误差有关术语及基本概念
一般来说,真值不可能确切获知,它是一个理想的概念。然而,在某些情况下,人 们约定俗成,把某些相对意义上来说接近于真值的值,用于替代真值,因此是可知 的。从实用的角度,真值获知的形式如下:
a)理论真值: 往往在定义和公式表达中给出。如:平面三角形的内角和为180度; b)约定真值:对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值,有时该值是约 定采用的。约定真值有时称为指定值、最佳估计值或参考值。在实际的测量中通常 利用被测量的实际值、已修正过的算术平均值、计量标准器所复现的量值以及 计 量学约定值作为约定真值。
解
x x0 =1.60-1.593=+0.007MPa
Hale Waihona Puke 3、特点:1、绝对误差有单位,其单位与测得结果相同; 2、绝对误差与大小(值)和符号(±),表
示测量结果偏离真值的程度; 3、绝对误差不是对某一被测量而言,而是对
该量的某一给出值来讲
如:砝码的误差为+0.002g(错误);10g砝码的误差(或示值)为 +0.002g(正确)
这个差值就是我们所讲的测量误差。
二[测量]误差定义及表达
在测量领域,某给定特定量(确定的、特殊的、
规定的量)的误差,根据其表示方法不同,
可分为: 绝对误差 相对误差 引用误差
(一)绝对误差
绝对误差——所获得结果减去被测量的真值。 绝对误差:
x x0
式中:Δ ——绝对误差;; x ——测量结果; x0 ——真值(如,理论真值、约定真值)。
2、举例
举例1:标称值为10g的二等砝码,经检定其实际值为10.003g, 该砝码的标称值的绝对误差为多少?
解: x x0 =10-10.003=-0.003g=-3mg
例2:用2.5级压力表测量某压力值为1.6MPa,用另一只0.4级精密压 力表测得压力值为1.593MPa,求该压力值的绝对误差。
直接测量法 间接测量法 组合测量法
1、直接测量法(比较法)
不必测量与被测量具有函数关系的其他量, 而能直接得到被测量值的测量方法。为了作 相应的修正需要进行补充测量或计算的确定 影响量的值,这种测量方法仍属于直接测量 法。根据计量器具的量值,须通过查对图表 以确定被测量值的测量也属于直接测量。
修正值C=-Δ 【案例】检查某个标准电阻器的校准证书,该证书上表明标称
值为1MΩ的示值误差为0.001MΩ,由此给出该电阻的修正值 为0.001MΩ。 【案例分析】该证书上给出的修正值是错误的。 修正值与误差的估计值大小相等而符相反。 该标准电阻的示值误差为0.001MΩ,所以该标准电阻标称 值的修正值为-0.001MΩ。其标准电阻的校准值为标称值加 修正值,即:1MΩ十(一0.001MΩ)=0.999MΩ。
1)计量器具即配套设备的环境条件,如温度、湿度、气压、 振动、重力加速度(重力场)或电磁干扰(电磁场)等;
2)被测量的附属特性(源),如:交流电的电压、电频率、 功率等因素和波形失真等;
3)测量设备的特殊工作状态,如电桥的不平衡程度、电源和 负载的匹配状态等。
3.人员误差
测量人员主观因素和操作技术所引起的误差。 人员误差主要是测量人员生理上的最小分辨力、感觉器 官的生理变化,反映速度和固有习惯引起的误差。
例
对某一量重复测量5次,其测量结果分别为 1.101,1.103,1.101,1.104,1.100,真值为 1.103(单位mm)
解
x 1.1011.103 1.1011.104 1.100 1.1018mm; 5
x x0 1.1018 1.103 0.0012mm 1.2m
计量检定中,标准器本身的误差,将以固定 不变的形式,传递给被检计量器具,所以标 准器的误差此时为系统误差。由于系统误差 及其原因不能完全获知,因此通过修正值对 系统误差只能做有限程度的补偿,但不能为 零。系统误差根据其变化与否可分为恒定系 统误差与变值系统误差;按对系统误差掌握 程度不同,可分为已定系统误差和未定系统 误差。
如:用秒表测量时间、用量筒测量液体体积、 用游标卡尺测直径、长度等。
2、间接测量法(分部法)
通过测量与被测量有函数关系的其他量,才 能得到被测量值的测量方法称为间接测量法。
3、组合测量法
对评定一台或多台测量仪器的多个示值,通 过t个待求量以一定函数组合成n个新的量, 对n个新的量进行直接测量并由它们决定t个 待求量的量值。
(三)引用误差
实际工作中,不难发现,在仪表的一个量程的分度线上,当绝对 误差保持不变,相对误差将随着被测量的量值增大而减小,即各 个分度线上的相对误差是不一致的。为了便于划分这类仪表准确 度级别,取某一被测量的量值为特定值。这一特定值一般称为引 用值。由此引出引用误差的概念(引用误差可以看成是一种简化 和实用方便的“相对误差”)
当用多次测量的算术平均值作为测量结果时,测量结果的实 验标准偏差是测量值实验标准偏差的1/ n 倍(n为测量次 数)。因此可以说,当重复性较差时可以增加测量次数取算 术平均值作为测量结果,来减小测量的随机误差。
下一章节将讲到实验标准偏差的知识
四、测量方法
测量方法很多,按被测量与实测量之间的关 系,测量方法分为
3)偏差(d)
某值减去其标称值。某值可以是计量器具的 测得值、实际值等。
如:用户需要一个准确值为1kg的砝码,并将 此应有的值标示在砝码上,而工厂加工时由 于诸多因素影响,所得的实际值为1.002kg, 此时的偏差为+0.002g
偏差=实际值-标称值
(二)相对误差
对于同种量,如果给出量值相同,用绝对误差就足以评 定其准确度的高低。例如,两个标准值均为100g的砝 码,其示值误差一个是+0.001g,另一个是+0.002g, 显然,前者绝对误差小准确度高,后者绝对误差大,准 确度低。然而,对不同给出量值,用绝对误差难以比较 他们的准确度高度。例如,有两只砝码,其示值误差都 是+0.001g,但对100g砝码而言,该绝对误差占给出 值得+0.001%;对200g砝码而言,仅占+0.0005%。 很明显,后者的准确度高。因此,为了评价计量器具和 测量方法的准确度,反映其测量品质的优劣,有必要引 入误差率即相对误差的概念
1、定义
(1)所获得结果——由测量所得到的赋予被测量的值。它取决于赋予的被测量的 值,可为测得值、测量结果、实验值、示值、标准值、计算近似值以及猜测的值等;
(2)真值——与给定的特定量定义一致的值。对于测量而言,人们把一个量本身 所具有的真实大小认为是被测量的真值。当对某一量的测量不完善时,通常就不能 获得真值。因为只有“当某量被完善地确定并能排除所有测量上的缺陷时,通过测 量所获得到的量值:才是量的真值。
使用以引用误差确定准确度级别的仪表时,从提高测量 准确度考虑,应尽可能使被测量的示值落在测量范围上 限的邻近或量程的2/3以上(使用弹性元件仪表如压力 表应另外考虑),同时在选择这类仪表进行测量时,不 能单纯最求仪表的准确度,应根据仪表的级别、标准范 围(或量程)以及被测量值的大小、合理选用。
例
1、定义
相对误差(△r)——绝对误差与被测量的[约定]真
值之比,即:
△r = x0 x
相对误差呈无量纲形式,一般用百分数(%)表示,也 可以表示为A×10-n的形式。
例
有一标称范围为0~300V的电压表,在示值 为100V处,其实际值为100.50V,则该电 压表示值100V处的相对误差为
4.方法误差
测量方法不完善所引起的误差。即所用测量原 理以及根据该原理在实施测量中的运用和实际 操作的不完善所引起的误差。
如在测量过程中不遵守计量检定规程规定方法, 实验方法选择不合理;经验公式函数类型及各 种系数的近似值选择不当;在测量过程中实际 起作用的一些因素引起误差以及由于只是不足 或研究部充分引起方法误差。
引用误差(r)——计量器具的绝对误差与其特定值χN之比,即
r=
xN
例
某台标称范围为0~150V的电压表,当其示值为 100.0V时,测得电压的实际值为则该表在示值为 100.0V处引用误差为
r=Δ/ χN=(100.0-99.4)/150=+0.4% 该点的相对误差为
△r = Δ/ χ0=(100.0-99.4)/99.4=+0.6%
第一章 测量误差有关术语 及基本概念
一、概述
测量——以确定量值为目的的一组操作。
在进行测量时,常借助各式各样的仪器设备,按一定方 法(如:检定规程或规范中规定的方法)、在一定的环 境条件下通过检测人员的操作,得出(或读出)测量的 数值。
由于在操作过程中不可避免存在对测量结果有影响的因 素,例如计量器具本身的准确度,测量对象不稳定,测 量方法的不完善,测量环境不理想,测量人员本身素质 和经验,使得在对各类量值进行测量时,所得结果与被 测对象的真实量值(即真值)不一致,存在一定的差值,
4其他相关概念
1)误差绝对值(∣Δ∣) 2)修正值(c)——用代数方法与未修正测量
结果相加,以补偿其系统误差的值。 3)偏差(d)——某值减去其标称值。即某值
与其参考值之差
2)修正值(c)
使含有误差的测量结果加上修正值,以补偿系统误差的影响, 其大小等于绝对误差,但符号相反。
x0 x x c
△r =(100.00V-100.50V)/100.50V
≈(100.00V-100.50V)/100V =-0.5%(或-5×10-3)
2、特点
相对误差与绝对误差相比,有如下特点: 相对误差表示的是给出值所含有的误差率;
绝对误差表示的是给出值减去真值所得的量 值;
相对误差只有大小和正负号,而无计量单位 (无量纲);而绝对误差不仅有大小、正负 号,还有计量单位
(二)测量误差的分类
根据测量误差的不同特性,人们将测量误差 划分为系统误差、随机误差等。