电子测量第二章 测量误差分析与数据处理(教学用).ppt

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1、第2章测量误差分析与数据处理第三节随机误差的统计特性及其估算方法第四节系统误差的特征及其减小的方法第二节测量误差的分类第一节测量误差的基本原理第五节疏失误差及其判断准则第六节测量数据的处理第七节误差的合成与分配第九节最佳测量条件的确定与测量方案的设计HOME第八节测量不确定度2.1测量误差的基本原理一.研究误差的目的任何测量仪器的测得值都不可能完全准确地等于被测量的真值。测量误差自始至终存在于一切科学实验和各种测量活动中。为了充分认识并进而减小或消除误差，必须对测量过程和科学实验中始终存在的误差进行研究。研究误差的意义在于：①正确认识误差

2、的性质，分析误差产生的原因从根本上，消除或减小误差HOME②正确处理测量和实验数据，合理计算所得结果通过计算得到更接近真值的数据③正确组织实验过程，合理设计、选用仪器或测量方法根据目标确定最佳系统测量误差分析与数据处理在科学实验和生产实践中占有极其重要的地位，它是提高测量准确度，保证获取信息可靠性的重要手段。在科学研究中，测量准确度的提高和测量误差的深入研究，往往是重大科学新发现的前导。HOME如英国物理学家瑞利（Rayleigh）在测定氮气的密度时，发现从大气中分离出的氮的密度为1.2978g/L，而用化学方法提取的氮的密度与此相差1/

3、20000。分析结果证明，空气中分离的氮含有其他成分。雷塞姆发现了空气中的惰性气体——氦。在工业生产中，测量准确度不仅对工程技术和工业产品的质量起着监督和保证的作用，而且还是工程成败、产品优劣的一项决定性因素。如发射人造卫星的控制和遥测系统，测量最后一级运载火箭的速度如有2/1000的相对误差，则卫星就会偏离预定轨道100km，真可谓“失之毫厘，谬以千里”。HOME在国际贸易中，对出口货物称重不准会造成很大的损失，多了白白送给外商，少了则要赔款。在日常生活中，也是如此。因此，科学的进步，生产的发展是与测量理论、测量技术与手段以及误差理论与

4、数据处理技术的发展和进步相辅相成，相互促进的。测量理论、测量技术与手段以及误差理论与数据处理技术的水平在一定程度上也体现了一个国家科学技术的水平。HOME为了减小测量误差，提高测量准确度，就必须了解误差来源。而误差来源是多方面的，在测量过程中，几乎所有因素都将引入测量误差。在分析和计算测量误差时，不可能、也没必要将所有因素及其引入的误差逐一计算。因此，要着重分析引起测量误差的主要因素。主要来源测量装置误差测量环境误差测量方法误差测量人员误差二、误差的来源HOME测量装置误差标准器件误差仪器误差附件误差以固定形式复现标准量值的器具，如标准电

5、阻、标准量块、标准砝码等等，任何测量均需要提供比较用的基准器件，他们本身体现的量值，不可避免地存在误差。测量装置在制造过程中由于设计、制造、装配、检定等的不完善，以及在使用过程中，由于元器件的老化、机械部件磨损和疲劳等因素而使设备所产生的误差。测量仪器所带附件和附属工具所带来的误差。设计测量装置时，由于采用近似原理所带来的工作原理误差组成设备的主要零部件的制造误差与设备的装配误差设备出厂时校准与定度所带来的误差读数分辨力有限而造成的读数误差数字式仪器所特有的量化误差元器件老化、磨损、疲劳所造成的误差HOME指针式仪表的零点漂移、刻度误差以

6、及非线性引起误差；数字式仪表的量化误差（如6位半的电压表比3位半量化误差小）；比较式仪表中标准量本身的误差（如天平的砝码）均为仪器误差。1.999999V1.999V非线性μVmV例如HOME测量环境误差指各种环境因素与要求条件不一致而造成的误差。对于电子测量，环境误差主要来源于环境温度、电源电压和电磁干扰等激光光波长测量中，空气的温度、湿度、尘埃、大气压力等会影响到空气折射率，因而影响激光波长，产生测量误差。高精度的准直测量中，气流、振动也有一定的影响通常仪器仪表在规定的正常工作条件所具有的误差称为基本误差，而超过此条件时所增加的误差称

7、为附加误差。减小测量环境误差的主要方法是改善测量条件，对各种环境因素加以控制，使测量条件尽量符合仪器要求。HOME测量方法误差指使用的测量方法不完善，或采用近似的计算公式等原因所引起的误差，又称为理论误差。如用钢卷尺测量大轴的圆周长s，再通过计算求出大轴的直径d=s/π，因近似数π的取值不同，将会引起误差。HOME如：被测电阻Rx，电压表的内阻为RV，电流表的内阻为RAIVRx(a)IVRx(b)对于图(a)：测量人员误差测量人员的工作责任心、技术熟练程度、生理感官与心理因素、测量习惯等的不同而引起的误差。为了减小测量人员误差，就要求测量

8、人员要认真了解测量仪器的特性和测量原理，熟练掌握测量规程，精心进行测量操作，并正确处理测量结果。对于图（a）当电压表内阻RV很大时可选a方案。对于图（b）当电流表内阻RI很小时可用b方案。IV