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计量基础--测量误差
(2010-03-03)
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  英文名称 measure error
  概念:在测量时,测量结果与实际值之间的差值叫误差。

  在物理实验中,对于待测物理量的测量分为两类:直接测量和间接测量。直接测量可以用测量仪器和待测量进行比较,直接得到结果。例如用刻度尺、游标卡尺、停表、天平、直流电流表等进行的测量就是直接测量。间接测量则是不能直接用测量仪器把待测量的大小测出来,而要依据待测量与某几个直接测量量的函数关系求出待测量。例如重力加速度,可通过测量单摆的摆长和周期,再由单摆周期公式算出,这种类型的测量就是间接测量。

  每一个物理量都是客观存在,在一定的条件下具有不依人的意志为转移的客观大小,人们将它称为该物理量的真值。进行测量是想要获得待测量的真值。然而测量要依据一定的理论或方法,使用一定的仪器,在一定的环境中,由具体的人进行。由于实验理论上存在着近似性,方法上难以很完善,实验仪器灵敏度和分辨能力有局限性,周围环境不稳定等因素的影响,待测量的真值是不可能测得的,测量结果和被测量真值之间总会存在或多或少的偏差,这种偏差就叫做测量值的误差。

  测量误差主要分为三大类:系统误差、随机误差、疏失误差

   (1)系统误差 在同一条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小和符号保持不变或按一定规律变化的这种误差称为系统误差。系统误差主要是由于检测装置本身在使用中变形、未调到理想状态、电源电压下降等原因造成的有规律的误差。一般可通过实验或分析的方法查明其产生的原因,因此,它是可以预测的,也是可以消除的。系统误差的大小表明测量结果的准确度。系统误差来源于传感器误差、放大器和传输线等器件的非线性误差、数据采集系统误差、数学模型误差及校准定标误差等。

  (2)随机误差 在同一条件下,多次重复测量同一量时,误差的大小、符号均呈无规律变化,这种误差称为随机误差。随机误差是许多偶然因素所引起的综合结果。其平均值随观测次数的增加而逐渐趋近于零。随机误差来源于机械干扰(振动与冲击)、温度和湿度干扰、电磁场变化、放电噪声、光和空气及系统元件噪声等。它既不能用实验方法消去,也不能修正。然而,它的变化虽无一定规律可循且难以预测,但是在多次的重复测量时,其总体服从统计规律。实践证明,绝大多数随机误差的统计特性服从正态分布,从随机误差的统计规律中可了解到它的分布特性,并能对其大小及测量结果的可靠性等做出估计。此外,随机误差的大小表明测量结果的精确度。

  (3)疏失误差 明显歪曲测量结果的误差,称为疏失误差。这种误差是由于观测者对仪表的不了解或因思想不集中,疏忽大意导致错误的读数。就数值大小而言,它通常明显地超过正常条件下的系统误差和随机误差。含有疏失误差的测量值称为坏值或异常值。正常的测量结果中不应含有坏值,应予以剔除,但不是主观随便除去,必须根据统计检验方法的某些准则判断哪个测量值是坏值,然后科学地舍弃之。

  为了减少上述误差的影响,可以在软件、硬仵设计中采用技术措施。

  设被测量的真值为N′,测得值为N,则测量误差Δ′N为Δ′N=N-N′。
  误差存在于一切测量之中,而且贯穿测量过程的始终。每使用一种仪器,进行一次测量,都会产生误差,没有误差的测量结果是不存在的。在误差必然存在的情况下,测量的任务是:
  (1)设法将测得值中的误差减至最小。
  (2)求出在测量的条件下,被测量的最近真值(最佳值)。
  (3)估计最近真值的可靠程度(接近真值的程度)。因此要研究误差的性质和来源,以便采取适当的措施,达到最好的结果。

  减小误差的方法:
  1、选用精密的测量仪器;
  2、 多次测量取平均值.
 
 
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