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实验室系统误差和随机误差

时间:2020-12-14 来源:计量校准 点击:

实验室系统误差和随机误差
 
  系统误差
  指“对同一被测物体进行无限次测量所得结果的平均值与重复性条件下的实测真值之差”。它是测量误差的组成部分,在重复测量中保持不变或以可预测的方式变化。因为只能进行有限次数的重复测量,真实值只能用约定的真实值代替,所以可能确定的系统误差只是估计值。系统误差的来源可以是已知的,也可以是未知的,那么如何找到系统误差呢?
  1.在规定的测量条件下多次测量相同的被测量,从测量结果与测量标准再现值的差值中找出并得到恒定系统误差的估计值。
  2.当测量条件发生变化时,例如,当时间、温度等街道条件发生变化时,它们按照一定的规律变化,可能线性增加,也可能非线性增加,但会减小,从而可以发现测量结果中的可变系统误差。通常,方法可以消除或减少系统错误,如下所示:
  (1)使用modified  方法:对于系统误差的已知部分,使用modified  方法来减少系统误差。系统误差校正方法包括向测量结果添加校正值;将测量结果乘以校正系数;画出修正曲线;并制作修正值表等。例如,如果测量结果为20,测量结果为20.1,则已知系统误差的估计值为-0.1,也就是说,修正后的测量结果等于未修正的测量结果加上修正值。即校正后的测量结果为200.1=20.1。
  (2)在仪器校验实验过程中尽可能减少或消除所有产生系统误差的因素。比如使用仪器时不要居中,要调整到水平、垂直或平行的理想状态,会带来系统误差,所以操作者要仔细调整,减少误差。
  (3)选择适当的测量值方法来抵消系统误差,而不将其纳入测量结果。比如恒系统误差消除法,可以采用异号法,即改变测量中的一些条件,如测量方向、电压极性等,使两种条件下测量结果中的误差符号相反,取平均值来消除系统误差。交换法,即适当交换测量中的一些条件,例如交换被测物体的位置,试图使两次测量中的误差源对测量结果产生相反的影响,从而抵消系统误差。替代法,即保持测量条件不变,用已知值的标准装置代替被测部分,使指示仪表的指示保持不变或指零。此时,测量值等于已知的标准值,以消除系统误差。
  为了消除可变系统误差,合理地设计测量程序可以消除由测量系统的线性漂移或周期性变化引起的系统误差。
 
  随机误差
  随机误差是“重复条件下无限多次测量的同一测量结果的平均值与测量结果之差”。事实上,多次测量的条件不可能绝对相同,各种因素的波动变化或微小差异组合在一起,导致每个测量值的误差以不可预测的方式变化。所以随机误差可能只决定其估计值,因为测量只能进行有限的次数,就单个随机误差而言,没有确定的规律性;但总的来说,它遵循一定的统计规律。随机误差一般是由影响变量的随机时空变化引起的,导致数据在重复测量中的分散。测量结果的可重复性是由影响测量结果的所有影响因素不能保持恒定造成的。
  随机误差的统计规律性可以概括为对称性、有界性和单峰性。对称是指绝对值相等、符号相反的误差,发生的几率大致相等。即测量值以其算术平均值为中心对称分布。因为所有误差的代数和接近于零,所以随机误差得到补偿。有界性是指测量值误差的绝对值不会超过一个不规则的极限,即不会出现绝对值大的误差。单峰是指绝对值较小的误差比绝对值较大的误差多,即测量值以其算术平均值为中心相对集中分布。
  随机误差是测量误差的一个组成部分,在重复测量中以不可预测的方式变化。随机误差的大小反映在测量值的离散度上,即测量的重复性。测量重复性以实验标准偏差为特征。当使用多次测量的算术平均值作为测量结果时,测量结果的实验标准偏差为测量值的实验标准偏差的1/3倍(n为测量次数)。因此,当重复性较差时,增加测量次数可以减少测量的随机误差。但随着测量次数的进一步增加,算术平均值的实验标准差的降低程度降低,反而会增加人力、时间、仪器磨损等问题,一般可取3~20次。
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