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误差分析例题

【例1】某电流表测得的电流示值为0.83m A,查该电流表的检定证书,得知该电流表在0.8m A及其附近的修正值都为 -0.02m A,那么被测电流的实际值为多少? 【解】:A x C =+=0.83m A+(-0.02m A)=0.81m A【例2】某电压表的S=1.5,计算它在0V~100V 的量限内的最大绝对误差。

【解】:该表的满量程值为Ym =100V ,由式(1-8)得到△ x m =m γ×Ym =±1.5 %×100=±1.5V【例3】检定一个1.5级、满量程值为10mA 的电流表,若在5mA 处的绝对误差最大且为0.13mA (即其他刻度处的绝对误差均小于0.13mA ),问该表是否合格? 【解】:根据式(1-7),可求得该表实际引用误差为:100%m m mx Y γ∆=⨯=mA mA10130.=1.3 %因为m γ=1.3 % <1.5 %,所以该表是合格的。

根据式(1-6)和式(1-8)可知,S 级仪表在其量限Y m 内的任一示值x 的相对误差为:100%m m mx x Y x xγγ∆⨯==⨯(1-9) 【例4】 某电流表为1.0级,量程100mA ,分别测100mA 、80mA 、20mA 的电流,求测量时的绝对误差和相对误差。

【解】:由前所述,用此表的100mA 量程进行测量时,不管被测量多大,该表的绝对误差不会超过某一个最大值,即△ x m =m γ×Ym =±1.0%×100=±1 mA 对于不同的被测电流,其相对误差为:111%100m x x γ∆±===± 211.25%80m x x γ∆±===±315%20m x x γ∆±===±【例5】某被测电压为10V ,现有量程为150V 、0.5级和量程为15V 、1.5级两块电压表,问选用哪块表更为合适? 【解】:使用150V 电压表,最大绝对误差为:△ x m =±0.5%×150V=±0.75V则测量10V 电压所带来的相对误差为:γ1=(±0.75/10) ×100%=±7.5% 使用15V 电压表,最大绝对误差为:△ x m =±1.5%×15V=±0.225V则测量10V 电压所带来的相对误差为:γ2=(±0.225/10) ×100%=±2.25% 可见,γ2 <γ1,所以应该选用15V 、1.5级的电压表。

【例6】用温度计重复测量某个不变的温度,得11个测量值的序列(见下表),求测量值的平均值及其标准偏差。

【解】:(1)计算平均值:111(528531529527531533529530532530531)11n i i x x n ===++++++++++∑=530.1℃(2)求残余误差:i i v x x =-()x σ=1.767℃(4)计算算术平均值标准偏差:0.53=℃ 【例7】已知随机误差服从正态分布,分别求出误差落在区间[-σ,σ]、[-2σ,2σ]、[-3σ,3σ]内的置信概率。

【解】:由题中所知置信因数K 分别为1、2、3,经查表得:K =1时,P =68 % K =2时,P =95.4 % K =3时,P =99.73%【例8】检查例6中的测量数据有无粗大误差,设置信概率为95%。

【解】:(1)计算得530.1x =℃ ,() 1.767x σ=℃残差中4v =3.1最大,是可疑数据。

(2)用莱特准则检验3σ =3×1.767=5.301>4v ,故可判断测量数据中没有粗大误差。

(3)用格拉布斯准则检验n=11,P=0.95,经查表得G=2.23,G σ=2.23×1.767=3.94041>4v ,故可判断测量数据中没有粗大误差。

【例9】对某电压进行了16次等精度测量,测量数据中已记入修正值,列于表中。

要求给n x x )()(σσ=【解】:(1) 求算术平均值: 1205.3016i i x x ===∑(2) 计算i i v x x =-并列入表中,验证1610ii v==∑(3) 标准偏差的估计值: ()0.04434x σ= (4) 按莱特准则检查有无粗大误差,3σ=1.330,查表5v >3σ,所以第5个测量数据含有粗大误差,为坏值,应剔除(5)对剩余的15个数据重新计算,205.21x =,重新计算残余误差'i v 并列入表中,验证15'10ii v ==∑,重新计算'0.27σ==,再按莱特准则检查有无粗大误差,3σ=0.81,各'i v 均小于3σ,剩余的15个数据无粗大误差(6)对'i v 作图,判断有无变值系统误差,如图1-9所示,从图中可见无明显累进性周期性系统误差图1-9 残差图(7)计算算术平均值的标准偏差 0.27()0.0715x σ===(8)写出最后结果的表达式'()205.20.2x x K x σ=±⋅=±V【例10】用用两种方法测量某电压,第一种方法测量6次,其算术平均值U 1=10.3V ,标准偏差1()0.2U V σ=;第二种方法测量8次,其算术平均值U 2=10.1V ,标准偏差2()0.1U V σ=。

求电压的估计值和标准偏差,并写出测量结果。

【解】:计算两种测量方法的权:1221()0.2W U λλσ==, 2222()0.1W U λλσ==令λ=1,则110.04W =,210.01W = 电压的估计值为: 1122121110.310.010.040.0110.14110.040.01WU W U U V W W ⨯+⨯+===++电压估计值的标准偏差为:()0.089U V σ==测量结果为:U =10.14±3×0.089=10.14±0.027V【例11】电阻R 1=2KΩ、R 2=3KΩ,相对误差均为±5%,求串联后总的相对误差。

【解】:串联后的总电阻为:12R R R =+12R R R ∆=∆+∆12(5%5%)R R R R R R γ±+∆===125%()R R R±+ =±5%【例12】用间接法测量电阻上消耗的功率。

利用公式P=IU 测量,已知γI 、 γU ,问功率的相对误差是多大?【解】:利用公式【例13】有四个500Ω电阻串联,各电阻的系统误差分别为:ε1=4Ω、ε2=2Ω、ε3=5Ω、ε4=3Ω,求串联后总电阻的系统误差?【解】:1234R R R R R εεεεε=+++=4+2+5+3=14Ω【例14】用某一型号的晶体管毫伏表3V 量程测一个100KHz 、1.5V 的电压,已知该表的固有误差为±5%(1KHz 时),频率附加误差为±3%(20Hz ~1MHz ),分压器附加误差为±10%,求测量总的相对误差。

【解】:(1)求示值相对误差:mx x xγ∆=5%30.15m m m x y V γ∆==±⨯=±0.1510%1.5x γ±==± (2)用绝对值和法计算测量的相对误差:()(10%3%10%)23%ym x f R γγγγ=±++=±++=±UI P ni i i UU I I IU U I I U P P UI I U UU PI I P x x f P γγγ+=∆+∆=∆+∆=∆=∆+∆=∆∂∂+∆∂∂=∆∂∂=∆∑= 1(3)用方和根法计算测量的相对误差:14.5%ym γ==±【例15】当利用公式2P I Rt =测量直流电能量时,要求测量电能的总误差不于±1.2%,误差怎样分配?【解】:(2)P I R t γγγγ=±++若按等准确度分配,()1 1.2%0.3%4I R t γγγ===⨯±=±。

【例16】一整流电路,在滤波电容两端并联一泄放电阻,欲测量其消耗功率,要求功率的测量误差不大于±5%,初测电阻上的电压为10V ,电流80mA ,问选用哪一等级的电压表和电流表测量?【解】: 1080800R R R P U I m W ==⨯=()8005%40P mW ε≤⨯±=±,即总误差不超过40mW ,P U I p PU Iεεε∂∂=+∂∂ U I I U εε=+,按照等作用分配方法,12U P I εε≤,400.25280U V ε±≤=±⨯测量电压应选用1.5级、10V 或1.5级15V 电压表。

同理,402210I mA ε±≤=±⨯,测量电压应选用1.5级100m 电流表。

【例17】测量电阻消耗的功率时,可间接测量电阻两端的电压、流过的电流,采用不同的方案计算得到。

设电阻、电流、电压测量的相对误差为±1%、±2.5%和±2%,问采用哪种测量方案好。

【解】:方案1: P U I = (2% 2.5%) 4.5%P U I γγγ=+=±+=±方案2: 2P I R = 2(2 2.5%1%)6%P I R γγγ=+=±⨯+=± 方案3: 2P U R = 2(22%1%)5%P U R γγγ=-=±⨯+=±【例18】某标准电阻R S 的校准证书说明:标准电阻的标称值为10Ω,在23℃时,电阻大小为10.000742±0.000129,其不确定度区间的置信概率为99%。

求电阻的标准不确定度。

【解】:由校准证书的信息已知置信区间的半宽为α=129μΩ,P=0.99假设概率分布为正态分布,查表得K =2.576 电阻的标准不确定度为:()B S U R =129μΩ/2.576=50μΩ【例19】一台数字电压表出厂时的技术规范说明:“在仪器检定后的一年内,1V 的不确定度是读数的14×10-6倍加量程的2×10-6倍”。

在仪器检定后10个月,在1V 量程上测量电压,得到一组独立重复条件下测量列的算术平均值为0.928571V ,已知其A 类不确定度为14μV ,假设概率分布为均匀分布,计算数字电压表在1V 量程上的合成不确定度。

【解】:计算B 类不确定度:区间半宽α=14×10-6×0.928571+2×10-6×1=15μV概率分布为均匀分布,K()8.7B U U Kα==μV合成标准不确定度为15C U =μV例21】用一套测量系统测电流,其不确定度≤±1%,现等精密度测量11次,得到下表数据,求测量结果。

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