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一文弄懂測量誤差、系統(tǒng)測量誤差和隨機(jī)測量誤差

2024/5/19 22:40:05 人評論 次瀏覽 分類:計(jì)量檢定  文章地址:http://prosperiteweb.com/tech/1629.html

測量誤差包括系統(tǒng)測量誤差和隨機(jī)測量誤差兩類不同性質(zhì)的誤差,昌暉儀表網(wǎng)在本文介紹測量誤差、系統(tǒng)測量誤差和隨機(jī)測量誤差相關(guān)概念。

1、測量誤差
測量誤差(measurement error)定義為“測得的量值減去參考量值”,實(shí)際工作中測量誤差又簡稱誤差。

測量誤差的概念在以下兩種情況下均可以使用:
①當(dāng)存在單個(gè)參考量值時(shí),測量誤差是可獲得的。例如:某測得值與測量不確定度可忽略不計(jì)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)比較時(shí),可以用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值作為參考量值,則測得值與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值之差就是該測得值的測量誤差,也就是說此時(shí)測量誤差是已知的;當(dāng)用給定的約定量值作為參考量值時(shí),測量誤差同樣是已知的。由于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的量值或約定量值是有不確定度的,有時(shí)稱其為測量誤差的估計(jì)值。
②當(dāng)參考量值是真值時(shí),由于真值未知,測量誤差是未知的。此時(shí),測量誤差僅是一個(gè)概念性術(shù)語。

2、系統(tǒng)測量誤差
系統(tǒng)測量誤差(systematic measurement error)簡稱系統(tǒng)誤差,是指“在重復(fù)測量中保持不變或按可預(yù)見方式變化的測量誤差的分量”。

系統(tǒng)誤差是測量誤差的一個(gè)分量。當(dāng)系統(tǒng)誤差的參考量值是真值時(shí),系統(tǒng)誤差是未知的。而當(dāng)參考量值是測量不確定度可忽略不計(jì)的測量標(biāo)準(zhǔn)的量值或約定量值時(shí),可以獲得系統(tǒng)誤差的估計(jì)值,此時(shí)系統(tǒng)誤差是已知的。

系統(tǒng)誤差的來源可以是已知的或未知的,對已知的來源,如果可能,系統(tǒng)誤差可以從測量方法上采取措施予以減小或消除。例如在用等臂天平稱重時(shí),可用交換法或替代法消除天平兩臂不等引入的系統(tǒng)誤差。

對于已知估計(jì)值的系統(tǒng)誤差可以采用修正來補(bǔ)償。由系統(tǒng)誤差的估計(jì)值可以求得修正值或修正因子,從而得到已修正的測量結(jié)果。由于參考量值是有不確定度的,因此,由系統(tǒng)誤差的估計(jì)值得到的修正值也是有不確定度,這種修正只能起補(bǔ)償作用,不能完全消除系統(tǒng)誤差。

系統(tǒng)誤差指在重復(fù)測量下是一種可預(yù)見的方式變化,或者說是一個(gè)固定值。打個(gè)比方,一個(gè)鋼卷尺,前面10cm斷掉后,測量我們的身高是180cm,實(shí)際上我們的身高是170cm,那么這10cm就是系統(tǒng)誤差。我們重復(fù)多次測量,也無法消除,而且這10cm是可以預(yù)見的方式呈現(xiàn),我們可以用修正值來消除系統(tǒng)誤差。將測量的180cm加上修正值(-10cm),就是我們的真實(shí)身高。當(dāng)然測量誤差也可能是未知存在的。


系統(tǒng)誤差又分為了恒定系統(tǒng)誤差和可變系統(tǒng)誤差。我們知道了系統(tǒng)誤差的存在,就可以利用修正值或修正因子等方式來減小或者消除系統(tǒng)誤差的存在。修正值和系統(tǒng)誤差估計(jì)值大小相等符號相反。系統(tǒng)誤差估計(jì)值等于不準(zhǔn)的數(shù)減去準(zhǔn)的數(shù),修正值就等于準(zhǔn)的數(shù)減去不準(zhǔn)的數(shù)。

3、隨機(jī)測量誤差
隨機(jī)測量誤差(random measurement error)簡稱隨機(jī)誤差,是指“在重復(fù)測量中按不可預(yù)見方式變化的測量誤差的分量”。

隨機(jī)誤差也是測量誤差的一個(gè)分量。隨機(jī)誤差的參考量值是對同一被測量由無窮多次重復(fù)測量得到的平均值,即期望μ。由于實(shí)際上不可能進(jìn)行無窮多次測量、因此定義的隨機(jī)誤差是得不到的,隨機(jī)誤差是一個(gè)概念性術(shù)語,不要用定量的隨機(jī)誤差來描述測量結(jié)果。

隨機(jī)誤差是由影響量的隨機(jī)時(shí)空變化所引起,它導(dǎo)致重復(fù)測量中數(shù)據(jù)的分散性。一組重復(fù)測量的隨機(jī)誤差形成一種分布,該分布可用期望和方差描述,其期望通常可假設(shè)為零。

測量誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差,從理想的概念上說,隨機(jī)誤差等于測量誤差減系統(tǒng)誤差。實(shí)際上不可能做這種算術(shù)運(yùn)算。

隨機(jī)誤差就等于測量誤差減去系統(tǒng)誤差。隨機(jī)系統(tǒng)誤差是不可預(yù)見的,隨機(jī)誤差主要體現(xiàn)在隨機(jī)上,隨機(jī)出現(xiàn)影響因素眾多,環(huán)境人員儀器性能等等,但經(jīng)過多次重復(fù)測量就會出現(xiàn)正負(fù)出現(xiàn)的隨機(jī)誤差出現(xiàn)的概率幾乎相等,我們通過多次的重復(fù)測量取多次測量的平均值就會減小隨機(jī)誤差。還是用鋼卷尺測量身高,我們測量三次分別是169cm、170cm、171cm、那么取平均值就是170cm,我們就減小了隨機(jī)誤差。

留給大家思考:我的真實(shí)身高是180cm,用鋼卷尺測量出來是185cm,那么這把鋼卷尺的修正值是多少:A:5cm;B:-5cm;C:±5cm?

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