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史錦順
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在測(cè)量計(jì)量領(lǐng)域,誤差是極其重要的概念。
誤差是測(cè)得值與被測(cè)量真值的差距。這不很簡(jiǎn)單嗎?是的,理解對(duì),很簡(jiǎn)單;稍有誤解,就出問(wèn)題。
也許有人說(shuō):沒(méi)那么嚴(yán)重吧?老史夸大其詞。
好,咱們來(lái)看看近二十年的國(guó)際計(jì)量界。
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1993年,國(guó)際計(jì)量委員會(huì)通過(guò)以GUM為標(biāo)志的“不確定度論”。由于七大國(guó)際學(xué)術(shù)組織(后來(lái)是八個(gè))的聯(lián)合推薦,整個(gè)國(guó)際計(jì)量界,風(fēng)云突變。
一場(chǎng)不確定度風(fēng)潮,攪得周天寒徹。八大國(guó)際學(xué)術(shù)組織聯(lián)合推薦,國(guó)家計(jì)量主管部門(mén)強(qiáng)力推行。宣貫、宣講,學(xué)習(xí)班如雨后春筍;考試、考核、督導(dǎo)、檢查,轟轟烈烈;這二十年,說(shuō)話,要說(shuō)不確定度論專用的語(yǔ)言;干事,要按不確定度論特定的方法。幾乎是一場(chǎng)大規(guī)模的運(yùn)動(dòng),一場(chǎng)測(cè)量計(jì)量界的“概念大革命”。許多人有意見(jiàn),沒(méi)人理;但凡說(shuō)個(gè)“不”字,就可能被扣個(gè)“不合格”,夠你受的。但是,人們的意見(jiàn)越來(lái)越多,怨氣越來(lái)越大。為什么?人們逐漸認(rèn)識(shí)到:不確定度論不是好東西!
人們不禁要問(wèn):這場(chǎng)風(fēng)是怎么刮起來(lái)的呢?
原來(lái),如此巨大風(fēng)暴,竟起源于一個(gè)小小的誤解。那就是把誤差僅僅理解為“測(cè)得值減真值”。這就和網(wǎng)上最近的討論聯(lián)系起來(lái)了。前邊的引語(yǔ),話題大了些;但也說(shuō)明,本次討論有比問(wèn)題本身更重要的意義。我們說(shuō)清平均值誤差比單值誤差小的道理,也就刺穿了不確定度論那個(gè)大大的肥皂泡。
一些人認(rèn)為:?jiǎn)未螠y(cè)量有一半的機(jī)會(huì)是隨機(jī)誤差抵消系統(tǒng)誤差,因此單次測(cè)量與多次測(cè)量的誤差那個(gè)大,不一定。這種不定說(shuō),本是錯(cuò)誤的意見(jiàn),卻似乎有理而占了上風(fēng)。為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的議論呢?筆者認(rèn)為,這是近二十年來(lái)推行不確定度論的壞影響。推行不確定度論以來(lái),“不確定”的思想泛濫,本來(lái)多次測(cè)量誤差小、精密測(cè)量要進(jìn)行多次測(cè)量,這是測(cè)量計(jì)量業(yè)的行規(guī),是極確定的觀念,是基本常識(shí),現(xiàn)在也“不確定”了。
從學(xué)術(shù)理論來(lái)說(shuō),國(guó)際規(guī)范GUM與VIM,都把誤差定義為測(cè)得值減真值,是個(gè)可正可負(fù)的量,這樣就抹煞了“誤差范圍”的地位與作用。而測(cè)量計(jì)量的本質(zhì)與核心,正是“恒正”的“誤差范圍”,而不是“可正可負(fù)”的誤差。要糾正國(guó)際規(guī)范的誤導(dǎo),老史的辦法有兩條:第一區(qū)分誤差概念為誤差元與誤差范圍兩個(gè)概念;第二,反復(fù)強(qiáng)調(diào)誤差范圍概念的重要性。
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要講清道理,我得耐心地講;誰(shuí)想弄明白,也得耐心地看。其中核心是誤差范圍的概念與地位。
一句話表明本文的主題:測(cè)量計(jì)量的根基是準(zhǔn)確,準(zhǔn)確度就是誤差范圍。
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(一)誤差概念家族
誤差一詞,是翻譯來(lái)的,就漢語(yǔ)來(lái)說(shuō),不很確切。其實(shí)是“測(cè)差”或“識(shí)差”。誤差是表明測(cè)量得到的值(測(cè)得值)與被測(cè)量的客觀實(shí)際值的差距。“誤差”就是量值上的差別,是必然有的,既不是“錯(cuò)誤”,也不是“差錯(cuò)”。怎么叫,也并非多么重要;一個(gè)科學(xué)概念,關(guān)鍵是下嚴(yán)格的定義,用定義來(lái)明確其內(nèi)涵和外延。
誤差是誤差理論的基本術(shù)語(yǔ)。其前其后加附加成分,就形成關(guān)于誤差的術(shù)語(yǔ)大家族。
1 誤差; 2 誤差范圍; 3 系統(tǒng)誤差; 4 隨機(jī)誤差; 5 分辨力誤差;6 復(fù)現(xiàn)性誤差; 7 基本誤差; 8 附加誤差; 9 最大允許誤差; 10 極限誤差; 11 引用誤差; 12 絕對(duì)誤差;13 相對(duì)誤差; 14 誤差絕對(duì)值; 15 誤差修正值; 16 標(biāo)準(zhǔn)誤差; 17 最可幾誤差; 18 誤差分析; 19 誤差合成; 20 誤差理論……
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(二)誤差元與誤差范圍
誤差,是個(gè)泛指的概念。一般地表示測(cè)得值與真值的差距。誤差包含誤差元與誤差范圍兩個(gè)概念。科學(xué),要求概念明確。術(shù)語(yǔ)必須嚴(yán)格定義。尊重已有歷史習(xí)慣,本文給出如下定義。
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定義一 誤差元
誤差元等于測(cè)得值減真值。可正可負(fù)。
定義二 誤差范圍
誤差范圍是誤差元的絕對(duì)值的一定概率(3σ,99.73%)意義下的最大可能值。恒正。
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有人說(shuō),老史無(wú)故標(biāo)新立異,玩弄新名詞。這話不當(dāng)。誤差一詞的兩個(gè)含義,是誤差理論與人們的日常用語(yǔ)習(xí)慣中早就有的。老史只是說(shuō)清楚而已。
例如,單項(xiàng)的誤差分析,“誤差”指誤差元。
說(shuō)測(cè)量?jī)x器誤差,“誤差”指誤差范圍。《最新電子測(cè)量?jī)x器》一書(shū)列數(shù)十個(gè)“測(cè)量誤差”指標(biāo)值,這里的“誤差”都是指誤差范圍。
說(shuō)誤差理論,其中的“誤差”是個(gè)泛指概念,既包括誤差元,也包括誤差范圍,也包括種種誤差概念。因?yàn)椋v誤差理論,不能只講那個(gè)“測(cè)得值減真值”的誤差元。
只加一個(gè)“元”字,可以澄清許多混淆,為什么不可以?本網(wǎng)那位發(fā)言積極的規(guī)矩灣錦苑版主,對(duì)我這個(gè)“元”字很反感,多次表態(tài)“反對(duì)”,甚至誣陷是老史在制造混亂。我在仔細(xì)考慮之后確認(rèn):元字必須加。不理解是你的事。正確的東西我必須堅(jiān)持。
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一個(gè)“元”字可以破解那個(gè)震撼國(guó)際計(jì)量界的“測(cè)量佯謬”。
GUM說(shuō):“誤差等于測(cè)得值減真值,被測(cè)量真值不知,誤差不可求”。而可以評(píng)估不確定度。描紅的那二十二個(gè)字,是對(duì)誤差理論的嚴(yán)厲的指錯(cuò)、是根本的否定。這是多么厲害的一刀啊,是挖心術(shù),你誤差理論的核心是誤差,誤差不能求,你誤差理論就沒(méi)有用處,就該廢除。不確定度能評(píng),大家都來(lái)學(xué)不確定度、用不確定度。請(qǐng)看官注意,本文開(kāi)頭的那段描述推行不確定度的熱鬧場(chǎng)面,不就是在這種喧囂聲中形成的嗎?
人們不禁要問(wèn):誤差真的不可求嗎?若如此,那人們這近代的測(cè)量計(jì)量又都是咋干的呢?一切科學(xué)技術(shù)、所有工業(yè),全部貿(mào)易,都得用測(cè)量?jī)x器或量具,都與誤差理論有關(guān),難道人們?nèi)e(cuò)了嗎?
在人們冷靜思考之后,必須果斷地說(shuō):不確定度對(duì)誤差理論的攻擊,毫無(wú)道理。不確定度論的指錯(cuò),根本就不是誤差理論的問(wèn)題,而是個(gè)“測(cè)量佯謬”,“佯謬”就是“假錯(cuò)”。
原來(lái),這里就缺少個(gè)“元”字。被測(cè)量真值未知,確實(shí)不能計(jì)算誤差元。但這有什么不妥呢?原來(lái)人們測(cè)量之前是必定根據(jù)準(zhǔn)確度要求而選用測(cè)量?jī)x器的。稱煤炭,用臺(tái)秤;稱肉,用電子案秤;而稱金戒子要用天平。人們是知道測(cè)量?jī)x器的誤差范圍的。而誤差范圍正是誤差元的最大可能值。
大臺(tái)秤的誤差范圍約0.1kg,稱煤可以,稱1kg肉就不行,誤差大。電子案秤誤差范圍大致3 g,稱菜稱肉,都是可以的。如果用電子案秤稱金戒指,誤差就太大了,買賣雙方都不會(huì)同意,而要用誤差范圍10mg以下的天平。
以上的例子很通俗,但和任何精密測(cè)量的道理是一樣的。就是說(shuō):測(cè)量中用的是“誤差范圍”。人類社會(huì)是個(gè)有組織的整體,任何可以應(yīng)用的測(cè)量?jī)x器,都在生產(chǎn)時(shí)確定了“誤差范圍指標(biāo)”,在計(jì)量中確認(rèn)、公證了“誤差范圍指標(biāo)”。計(jì)量就是公證測(cè)量?jī)x器的實(shí)際誤差范圍不大于誤差范圍指標(biāo)值。計(jì)量法規(guī)定:不經(jīng)計(jì)量合格的測(cè)量?jī)x器不得使用(示教儀器除外),因此,人們測(cè)量時(shí),在得知測(cè)得值的同時(shí),是知道測(cè)得值的誤差范圍的。測(cè)量者用測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo)值作為測(cè)得值的誤差范圍,是冗余代換,是方便的,也是合理的。
無(wú)論是普通測(cè)量還是極精密的測(cè)量,道理是一樣的,測(cè)量者知道誤差范圍就足夠了,沒(méi)必要去計(jì)算那個(gè)誤差元。就是說(shuō),誤差元的概念很重要,但由它構(gòu)成的誤差范圍,才是實(shí)用的。因此,“真值未知,誤差元不能計(jì)算”是確實(shí)的,但這種計(jì)算本身,對(duì)測(cè)量者是不必要的。能夠知道“誤差范圍”就足夠了,因?yàn)榭赡艿恼`差元(99.73%的概率)不大于“誤差范圍”。
由上可知,不確定度論對(duì)誤差理論的攻擊,是無(wú)效攻擊。因?yàn)橹勒`差范圍就足夠了,測(cè)量者既沒(méi)可能、也沒(méi)必要去進(jìn)行“測(cè)得值減真值”的操作。
在測(cè)量?jī)x器的研制的場(chǎng)合,在計(jì)量的場(chǎng)合,有時(shí)要計(jì)算誤差元,但研制測(cè)量?jī)x器、計(jì)量測(cè)量?jī)x器,都必須有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),也就是有相對(duì)真值,求誤差元是可以的。當(dāng)然,求得的誤差元自身也有誤差范圍,但可以選用夠格的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),使考察誤差時(shí)的誤差,可以忽略。
二十年的實(shí)踐,我們知道了不確定度論的老底,原來(lái)它也得靠誤差范圍。不知誤差范圍,就一個(gè)不確定度也評(píng)不出來(lái)(單靠A類評(píng)定,只知平均值的σ,不行;B類評(píng)定的核心內(nèi)容是利用已知的誤差范圍指標(biāo))。反對(duì)誤差理論,又不得不用誤差理論的成果,這就是不確定度論的假大空。
區(qū)分誤差元與誤差范圍,竟可以破解測(cè)量樣謬,這個(gè)“元”字不該加嗎?
我們必須明確:誤差元是構(gòu)成誤差范圍的元素;由誤差元構(gòu)成的誤差范圍,才是測(cè)量計(jì)量講究的主體概念。
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(三)測(cè)量?jī)x器研制與誤差范圍指標(biāo)
測(cè)量?jī)x器是測(cè)量的工具,是測(cè)量手段的核心。研究制造測(cè)量?jī)x器,是測(cè)量計(jì)量行業(yè)的基礎(chǔ)。測(cè)量?jī)x器的主要指標(biāo)有量程、分辨力、準(zhǔn)確度等。而標(biāo)致測(cè)量?jī)x器水平的是準(zhǔn)確度。準(zhǔn)確度就是誤差范圍。準(zhǔn)確度是褒稱,誤差范圍是實(shí)質(zhì)。誤差范圍又稱最大允許誤差、極限誤差、誤差限、引用誤差、總誤差、準(zhǔn)確度、準(zhǔn)確度等級(jí)等。歷史上還有絕對(duì)值平均誤差、最可幾誤差、均方根誤差等,三者與誤差范圍性質(zhì)相近(恒正),而數(shù)值要乘個(gè)系數(shù)。
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研制測(cè)量?jī)x器,必須實(shí)現(xiàn)誤差范圍指標(biāo)。
首先要找到能實(shí)現(xiàn)測(cè)量準(zhǔn)確度的物理機(jī)制。列出物理公式。寫(xiě)出計(jì)值公式。聯(lián)立物理公式與計(jì)值公式,得到測(cè)量方程。給出測(cè)得值函數(shù)。
在測(cè)量?jī)x器中,被測(cè)量的量值Y是諸Xi的函數(shù),諸Xi是構(gòu)成Y的來(lái)源量。
在測(cè)量方程中,各量成對(duì)。被測(cè)量的測(cè)得值Ym與被測(cè)量Y是一對(duì)。被測(cè)量Y是客觀存在,是常量,而被測(cè)量的測(cè)得值Ym是變量。決定Y的各來(lái)源量Xi,各有一個(gè)Xm或Xo與其對(duì)應(yīng)。如Xi與Xim對(duì)應(yīng),則Xi是常量,Xim是變量;若Xj與Xjo對(duì)應(yīng),則Xj是變量,而Xjo是常量。
設(shè)物理公式為:
Y = f(X1,X2,……XN) (1)
計(jì)值公式為:
Ym= f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) (2)
式中斜杠“/”表示“或”。m表示測(cè)得值,o表示標(biāo)稱值。m/o表示或者是測(cè)得值m,或者是標(biāo)稱值o。例如X1m/o表示是X1m或者是X1o.
聯(lián)立(1)(2)二式,二者相除,得:
Ym/Y = f(X1m/O,X2m/O,……,XNm/O)/ f(X1,X2,……XN) (3)
聯(lián)立(1)(2)二式,二者相減,得:
Ym―Y = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)―f(X1,X2,……XN) (4)
(3)、(4)都是測(cè)量方程,依應(yīng)用方便而選用。
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測(cè)得值函數(shù)為
Ym = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) – f(X1,X2,……XN) + Y (5)
誤差元函數(shù)為
Ym – Y = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) – f(X1,X2,……XN)
合成誤差元的絕對(duì)值的最大值為
│Ym – Y│max= │f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)-f(X1,X2,……XN)│max (6)
這個(gè)“合成誤差元絕對(duì)值的最大可能值”就是誤差范圍,記(6)式右端為R, 有
│Ym – Y│max= R (7)
解絕對(duì)值方程(7)
當(dāng)Ym>Y時(shí),有
Ym = Y + R (8)
當(dāng)Ym<Y時(shí),有
Ym = Y– R (9)
綜合(8)式、(9)式,有
Ym = Y ± R (10)
(10)式由(5)式推得,(10)與(5)等效。因此,測(cè)得值公式(10)是測(cè)得值函數(shù)式的簡(jiǎn)化表達(dá)。
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將(10)式表為相對(duì)值形式,記R/Y = δ
Ym = [1 ± δ ]Y (11)
Ym/Y通常表為M/Z,M是測(cè)得值,Z是被測(cè)量的真值。測(cè)得值函數(shù)的理想情況是M/Z等于1。[1 ±δ]表明測(cè)得值與真值之間的函數(shù)關(guān)系,而其參量就是誤差范圍。因此誤差范圍就代表了測(cè)得值函數(shù),就表明了測(cè)量?jī)x器的性能。
(10)式、(11)式都是測(cè)得值函數(shù)的簡(jiǎn)化表達(dá)式。這種表達(dá)式具有非常簡(jiǎn)明的形式,參數(shù)就是誤差范圍。原來(lái),誤差范圍竟是測(cè)得值函數(shù)的體現(xiàn)。
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上述分析表明,誤差范圍表征測(cè)量?jī)x器的測(cè)得值函數(shù),表達(dá)了測(cè)得值對(duì)真值的函數(shù)關(guān)系。誤差范圍指標(biāo)由制造廠給出,是測(cè)量?jī)x器性能的總的表達(dá)。在以后的計(jì)量與測(cè)量中,檢查的是誤差范圍指標(biāo),測(cè)量中應(yīng)用的也是誤差范圍指標(biāo)。
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(四)計(jì)量與誤差范圍
計(jì)量是檢驗(yàn)測(cè)量?jī)x器的合格性,就是實(shí)測(cè)測(cè)量?jī)x器的性能,看它是否符合誤差范圍指標(biāo)。
4.1 計(jì)量中的測(cè)得值區(qū)間
計(jì)量的基本概念是真值、誤差元、誤差范圍。測(cè)得值區(qū)間。
誤差范圍是測(cè)得值區(qū)間的半寬。關(guān)于計(jì)量中的測(cè)得值區(qū)間,推導(dǎo)如下。
設(shè)被測(cè)量(計(jì)量標(biāo)準(zhǔn))的真值為Z,測(cè)得值為M,誤差元為r,誤差元絕對(duì)值的最大值為R。計(jì)量時(shí),真值唯一,而測(cè)得值是個(gè)變量。
R=│r│max=│M–Z│max (12)
解絕對(duì)值方程(12)
當(dāng)M>Z,有
R=(M–Z)max=M(大)–Z
M(大)=Z+R (13)
當(dāng)M<Z,有
R=(Z–M)max=Z–M(小)
M(小)=Z–R (14)
由(13)(14)式,得到測(cè)得值M的范圍是
[Z–R,Z+R] (15)
計(jì)量中的測(cè)量結(jié)果為
M = Z±R (16)
(16)式表達(dá)的是這樣一種事實(shí):依靠一個(gè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)去計(jì)量一大批同一型號(hào)的測(cè)量?jī)x器;各臺(tái)儀器的測(cè)得值不同,而真值(標(biāo)準(zhǔn)的值)只有一個(gè)。
由上,計(jì)量中有標(biāo)準(zhǔn),以其值當(dāng)真值,則測(cè)量?jī)x器的測(cè)得值區(qū)間,是以真值為中心、以測(cè)量?jī)x器誤差范圍為半寬的測(cè)得值區(qū)間。
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4.2 計(jì)量的定量計(jì)算
測(cè)量是用測(cè)量?jī)x器測(cè)量被測(cè)量,以確定被測(cè)量的量值;計(jì)量時(shí)的具體操作是用測(cè)量?jī)x器測(cè)量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),因已知標(biāo)準(zhǔn)的量值,由此來(lái)考察測(cè)量?jī)x器的測(cè)得值對(duì)真值的偏差。
設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的真值為Z,標(biāo)稱值為B,儀器示值為Mi,測(cè)量N次。
1 求平均值M(平)
2 按貝塞爾公式求單值的σ
3 求平均值的σ(平)
σ(平) = σ/√N
4 求測(cè)量點(diǎn)的系統(tǒng)誤差
R(系)= │M(平)-B│ (17)
5 平均值的隨機(jī)誤差是3σ(平)
6 被檢測(cè)量?jī)x器示值的隨機(jī)偏差是3σ
7 被檢測(cè)量?jī)x器的誤差范圍由系統(tǒng)誤差R(系)、確定系統(tǒng)誤差時(shí)的測(cè)量誤差3σ(平)與示值的隨機(jī)誤差3σ合成。因有第3項(xiàng),第二項(xiàng)可略。因系以標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為參考得出,稱其為誤差范圍實(shí)驗(yàn)值,記為
R(實(shí)驗(yàn))= R(系) + 3σ (18)
8 被檢測(cè)量?jī)x器的誤差范圍(以真值為參考的真誤差范圍)
R = R(實(shí)驗(yàn)) + R(B)
= R(系) + 3σ+R(B) (19)
R(B)是所用標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍。
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4.3合格性判別與操作的注意事項(xiàng)
由于測(cè)量?jī)x器的可能測(cè)量點(diǎn)很多,任何測(cè)量點(diǎn)不合格就是儀器不合格,計(jì)量必須找誤差范圍的最大可能值。合格性的判別式為
R(實(shí)驗(yàn)) max ≤ R(標(biāo)稱) – R(B) (20)
注意,誤差范圍是誤差元絕對(duì)值的最大可能值,因此計(jì)量時(shí)要找誤差元的最大可能值。測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo)是就量程的各個(gè)點(diǎn)而言的,因此要找各點(diǎn)的誤差范圍值的最大值。
在檢定工作中,為簡(jiǎn)化計(jì)算,可采用如下計(jì)算與判別方式:設(shè)Δ是儀器測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱值之差,若
│Δ│max ≤ R(標(biāo)稱) – R(B) (21)
則被檢測(cè)量?jī)x器合格。若標(biāo)準(zhǔn)的誤差可略,(18)式簡(jiǎn)化為
│Δ│max ≤ R(標(biāo)稱) (22)
為充分顯現(xiàn)誤差元的最大可能值,要根據(jù)測(cè)量?jī)x器的特點(diǎn),合理的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值。標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值要有足夠的細(xì)度、足夠的量值范圍,合理的分布。檢定中,要有足夠的采樣點(diǎn),有足夠的測(cè)量次數(shù)。要重點(diǎn)針對(duì)測(cè)量?jī)x器的薄弱點(diǎn)。總的原則是要找到測(cè)量?jī)x器誤差的最大可能值。
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在上述關(guān)于計(jì)量的討論中,核心概念是誤差范圍。因?yàn)橛?jì)量場(chǎng)合有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),誤差元是可以求的,但求誤差元是過(guò)渡,最后都要落實(shí)到誤差范圍上。
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(五)測(cè)量與誤差范圍
測(cè)量得到測(cè)得值,又知道所用測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo)。測(cè)量者就用測(cè)量?jī)x器的誤差范圍指標(biāo)當(dāng)做測(cè)得值的誤差范圍,這是合理的,也是方便的
測(cè)量時(shí),得到確定的測(cè)得值,是唯一值(單一的讀數(shù)值或N個(gè)讀數(shù)值的平均值)。而被測(cè)量的真值,有多種可能,從可能值Z(小)到可能值Z(大)。
解絕對(duì)值方程(12)
當(dāng)Z>M,有
R=(Z–M)max=Z(大)–M
Z(大)=M+R (23)
當(dāng)Z<M,有
R=(M–Z)max=M–Z(小)
Z(小)=M–R (24)
由(23)(24)式,得到真值的范圍是
[M–R,M+R] (25)
測(cè)量中的測(cè)量結(jié)果是
Z = M ± R (26)
(26)式通常記為
L= M ± R (27)
(26)式很重要。這就是測(cè)量給出的測(cè)量結(jié)果。測(cè)量結(jié)果是真值范圍。
真值就是實(shí)際值。測(cè)量結(jié)果就是被測(cè)量的實(shí)際值范圍。測(cè)量結(jié)果等于測(cè)得值加減誤差范圍。測(cè)量結(jié)果在一定概率(99.73%)意義下包含真值。
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(六)談測(cè)量誤差,著眼點(diǎn)應(yīng)該是誤差范圍,不能講究誤差元。
回到網(wǎng)上討論的問(wèn)題,比較單次測(cè)量值和平均值的誤差,關(guān)鍵就是要講究誤差范圍,而不能看誤差元。人們用的是誤差范圍,比較也必須比較誤差范圍。平均值的標(biāo)準(zhǔn)隨機(jī)誤差,是σ(平),σ(平)等于單值的σ的根號(hào)N分之一。
設(shè)測(cè)量?jī)x器的系統(tǒng)誤差范圍為R(系),多次測(cè)量,用貝塞爾公式算σ。單次測(cè)量,隨機(jī)誤差范圍為3σ;而N次測(cè)量,平均值的隨機(jī)誤差范圍為3σ(平)。
甲測(cè)量一次,測(cè)量的誤差范圍是 R(單)= R(系)+ 3σ
乙測(cè)量N次,用平均值當(dāng)測(cè)得值,測(cè)得值的誤差范圍是R(N)=R(系) + 3σ(平)
甲乙的系統(tǒng)誤差相同。而乙的隨機(jī)誤差范圍是甲的根號(hào)N分之一。
因此,精密測(cè)量要進(jìn)行多次測(cè)量,取平均值,誤差范圍小。也就是準(zhǔn)確度高。
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還有一個(gè)問(wèn)題是“誤差元”這個(gè)量的特殊性。一般的量,要求量值確定得準(zhǔn)確。上偏差與下偏差的不利影響,大致對(duì)稱。誤差元這個(gè)量與一般量不同,有個(gè)上限要求,可以小,而不能大。當(dāng)誤差元小于誤差范圍范圍要求時(shí),誤差小雖然好,但好處不明顯。而一旦誤差大到一定程度,誤差增大的害處,十分嚴(yán)重。因此,對(duì)稱分布的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差合成,單值誤差元使總誤差減小的那一側(cè),作用微弱,幾乎不起實(shí)際作用;而單值誤差元使總誤差增大的另一側(cè),則可能影響嚴(yán)重,甚至可能有災(zāi)難性的后果,因此,不能等同地看待單次測(cè)量誤差元在兩側(cè)的作用。
結(jié)論:精密測(cè)量要進(jìn)行多次測(cè)量。平均值的誤差范圍比單次測(cè)量的誤差范圍小。
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