昌暉儀表對測量中真值、指定值、實(shí)際值、標(biāo)稱值、示值、測量誤差、等精度測量和非等精度測量的概念做介紹,方便儀表人輕松理解和區(qū)分這些概念,在儀表測量和應(yīng)用過程中獲得最佳測量結(jié)果。
測量是人類對自然界的客觀事物取得數(shù)量觀念的一種認(rèn)識過程。在一定的時(shí)空條件下,被測量的真值是一個(gè)客觀存在的確定值。但是人們通過實(shí)驗(yàn)的方法來求被測量的真值時(shí),由于測量工具不準(zhǔn)確、測量手段不完善以及測量工作中的疏忽或錯(cuò)誤等原因,都會使測量結(jié)果與真值不同而造成失真,這種失真就叫測量誤差。
測量誤差在任何測量中總是存在的。對不同的測量,對其誤差大小要求往往是不同的。根據(jù)科研生產(chǎn)的需要,在很多測量中對減小誤差提出了越來越高的要求。對很多測量來說,測量工作的價(jià)值完全取決于測量的準(zhǔn)確度。
對誤差理論的研究,就是要根據(jù)誤差的規(guī)律,在一定測量條件下盡力設(shè)法減小誤差,并根據(jù)誤差理論合理地設(shè)計(jì)和組織實(shí)驗(yàn),正確地選用儀器儀表和測量方法。
誤差測量中的基本概念如下:
1、真值
一個(gè)物理量在一定條件下所呈現(xiàn)的真實(shí)數(shù)值稱作它的真值,真值表示客觀的大小,是一個(gè)理想化的概念,又是未知的。要想得到真值必須利用理想的量具或測量儀器進(jìn)行無誤差的測量,這是無法測得的。因?yàn)椤袄硐搿绷烤呋驕y量儀器即測量過程的參考比較標(biāo)準(zhǔn)(或叫計(jì)量標(biāo)準(zhǔn))只是一個(gè)純理論值,例如電流的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)安培,按國際計(jì)量委員會和第九屆國際計(jì)量大會的決議,定義為“安培是一恒定電流,若保持在處于真空中相距l(xiāng)m的兩根無限長而圓截面可忽略的平行直導(dǎo)線內(nèi),則此兩導(dǎo)線之間產(chǎn)生的力為每米長度上等于2×10-7牛頓”,顯然這樣的電流計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)理想的而實(shí)際上無法實(shí)現(xiàn)的理論值,因而,某電流的真值我們無法實(shí)際測得,因?yàn)闆]有符合定義的可供實(shí)際使用的測量參考標(biāo)準(zhǔn)。
在某一時(shí)空條件下,被測量的真值雖然是客觀存在的,但要確切地說出真值的大小卻很難。
①真值可由理論給出或由計(jì)量學(xué)規(guī)定。例如理論上指出三角形內(nèi)角和為180°,就是說三角形內(nèi)角和的真值為180°。
②真值可用高一等級的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所測得的實(shí)際值來代替。
③除了實(shí)際值以外,還可以用已修正過的多次測量值的算術(shù)平均值來代替真值使用。
盡管隨著科技水平的提高,可供實(shí)際使用的測量參考標(biāo)準(zhǔn)可以越來越逼近而絕不能等于理想的理論定義值。其次,在測量過程中由于各種主觀、客觀因素的影響,做到無誤差的測量也是不可能的。
2、指定值
由于理想上的理論值真值是不可知的,所以一般由國家設(shè)立各種盡可能維持不變的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)(或基準(zhǔn)),以法令的形式指定其所體現(xiàn)的量值作為計(jì)量單位的指定值。例如指定國家計(jì)量局保存的鉑銥合金圓柱體重量為1kg,指定國家天文臺保存的銫鐘組所產(chǎn)生的特定條件下銫-133原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間為1s(秒)等。國際間通過互相比對保持一定程度的一致。指定值也叫約定真值,一般就用來代替真值。
3、實(shí)際值
實(shí)際測量中,不可能都直接與國家基準(zhǔn)相對比,所以國家通過一系列的各級實(shí)物計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成量值傳遞網(wǎng),把國家基準(zhǔn)所體現(xiàn)的計(jì)量單位逐級比較傳遞到日常工作儀器或量具上,經(jīng)過多次測量比較,其測量結(jié)果的算術(shù)平均值非常接近于真值的值通常稱為實(shí)際值,也叫做相對真值,需要強(qiáng)調(diào)的是,實(shí)際值決不等于真值。
4、標(biāo)稱值
測量器具上標(biāo)定的數(shù)值稱為標(biāo)稱值。如標(biāo)準(zhǔn)砝碼上標(biāo)出的1kg,標(biāo)準(zhǔn)電阻上標(biāo)出的1Ω,標(biāo)準(zhǔn)電池上標(biāo)出來的電動勢1.0186V,標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器度盤上標(biāo)出的輸出正弦波的頻率100kHz等。由于制造和測量精度不夠以及環(huán)境等因素的影響,標(biāo)稱值并不一定等于它的真值或?qū)嶋H值。為此,在標(biāo)出測量器具的標(biāo)稱值時(shí),通常還要標(biāo)出它的誤差范圍或準(zhǔn)確度等級,例如某電阻標(biāo)稱值為1kΩ,誤差±1%,即意味著該電阻的實(shí)際值在990Ω到1010Ω之間;又如低頻信號發(fā)生器頻率刻度的工作誤差≤±3%±1Hz,如果在額定工作條件下該儀器頻率刻度是100Hz,這就是它的標(biāo)稱值,而實(shí)際值是100±100×3%±1Hz,即實(shí)際值在96Hz到104Hz之間。
5、示值
由測量儀器指示(顯示)的被測量值稱為示值,也稱測量器具的測得值或測量值。它包含數(shù)值和單位。一般地說,示值和測量儀表的讀數(shù)有區(qū)別,讀數(shù)是儀器刻度盤上直接讀到的數(shù)字。例如以100分度表示50mA的電流表,當(dāng)指針指在刻度盤上的50處時(shí)讀數(shù)是50,而值是25mA。又如萬用表R×100擋時(shí),指針指向1000,此時(shí)讀數(shù)為1000,而示值為100×1000=100kΩ。對于數(shù)字顯示儀表,通常示值和讀數(shù)是統(tǒng)一的。
6、測量誤差
儀器儀表的測量值與被測量真值之間的差,稱為測量誤差。
測量誤差的存在具有必然性和普遍性,人們只能根據(jù)需要和可能將其限制在一定范圍內(nèi),而不可能完全加以消除。人們進(jìn)行測量的目的,通常是為了獲得盡可能接近真值的測量結(jié)果,如果測量誤差超出一定限度,測量工作及由測量結(jié)果所得出的結(jié)論就失去了意義。在科學(xué)研究及現(xiàn)代生產(chǎn)中,錯(cuò)誤的測量結(jié)果有時(shí)還會使研究工作誤入歧途,至帶來災(zāi)難性后果,可謂之“差之毫厘,失之千里”。因此,人們不得不認(rèn)真對待測量誤差,研究誤差產(chǎn)生的原因,誤差的性質(zhì),減小誤差的方法以及對測量結(jié)果進(jìn)行處理等。
在實(shí)際測量中,由于測量器具不準(zhǔn)確、測量手段不完善、環(huán)境影響、測量操作不熟練及工作疏忽等因素,都會導(dǎo)致測量結(jié)果與被測量真值不同。
7、等精度與非等精度測量
等精度測量:在同等測量條件下,對被測量進(jìn)行多次重復(fù)測量過程稱為等精度測量。
非等精度測量:在多次測量中,測量條件發(fā)生變化(主觀、客觀),影響測量結(jié)果的精度,這樣的測量稱為非等精度測量。
精度是用誤差來衡量的,誤差越小,則精度越高;而誤差越大,則精度越低。