测量误差理论和数据处理
8页1、第2章测量误差理论及数据处理2.1 测量误差的基本概念教学目的1.掌握测量误差的分类,随机误差、系统误差、粗大误差的概念和来源。2.了解准确度、精密度、精确度,及它们与系统误差、随机误差、总误差的关系。教学重点及难点1. 根据误差的性质,将测量误差分为随机误差、系统误差、粗大误差三类,给出了这三类误差的概念和来源。2.与测量结果有关的三个术语:准确度、精密度、精确度,及它们与系统误差、随机误差和总误差的关系。教学方式:讲授教学过程:2.1.1 测量误差的定义.分类根据测量误差的性质,测量误差可分为随机误差、系统误差、粗大误差三类。1随机误差随机误差的定义:在同一测量条件下(指在测量环境、测量人员、测量技术和测量仪器都相同的条件下),多次重复测量同一量值时(等精度测量),每次测量误差的绝对值和符号都以不可预知的方式变化的误差,称为随机误差随机误差的产生原因:对测量值影响微小但却互不相关的大量因素共同造成。这些因素主要是噪声干扰、电磁场微变、零件的摩擦和配合间隙、热起伏、空气扰动、大地微震、测量人员感官的无规律变化等。随机误差的新定义:随机误差()是测量结果与在重复性条件下,对同一被测量进
2、行无限多次测量所得结果的平均值之差。即 (31) () (32)定义的意义:随机误差是测量值与数学期望之差,它表明了测量结果的分散性随机误差愈小,精密度愈高。2系统误差系统误差的定义:在同一测量条件下,多次测量重复同一量时,测量误差的绝对值和符号都保持不变,或在测量条件改变时按一定规律变化的误差,称为系统误差。系统误差是由固定不变的或按确定规律变化的因素造成的,这些因素主要有:1) 测量仪器方面的因素:仪器机构设计原理的缺点;仪器零件制造偏差和安装不正确;电路的原理误差和电子元器件性能不稳定等。如把运算放大器当作理想运放,而被忽略的输入阻抗、输出阻抗等引起的误差。2) 环境方面的因素:测量时的实际环境条件(温度、湿度、大气压、电磁场等)对标准环境条件的偏差,测量过程中温度、湿度等按一定规律变化引起的误差。3) 测量方法的因素:采用近似的测量方法或近似的计算公式等引起的误差,4) 测量人员方面的因素:由于测量人员的个人特点,在刻度上估计读数时,习惯偏于某一方向;动态测量时,记录快速变化信号有滞后的倾向。系统误差()的定量定义:在重复性条件下,对同一被测量进行无限多次测量所得结果,()的平
3、均值与被测量的真值之差。即 (33)在去掉随机因素(即随机误差)的影响后,平均值偏离真值的大小就是系统误差。系差越小,测量就越准确。所以,系统误差经常用来表征测量准确度的高低。3粗大误差粗大误差是一种显然与实际值不符的误差,又称疏失误差。产生粗差的原因有:(1)测量操作疏忽和失误 如测错、读错、记错以及实验条件未达到预定的要求而匆忙实验等。(2)测量方法不当或错误 如用普通万用表电压档直接测高内阻电源的开路电压,用普通万用表交流电压档测量高频交流信号的幅值等。(3)测量环境条件的突然变化 如电源电压突然增高或降低,雷电干扰、机械冲击等引起测量仪器示值的剧烈变化等。含有粗差的测量值称为坏值或异常值,在数据处理时,应剔除掉。4系差和随差的表达式测量中发现了粗差,数据处理时应将其剔除,这样要估计的误差就只有系统误差和随机误差两类。将式(31)和式(32)等号两边分别相加,得 () (34)即各次测得值的绝对误差等于系统误差和随机误差的代数和。在任何一次测量中,系统误差和随机误差一般都是同时存在的,而且两者之间并不存在绝对的界限。2.1.2 测量结果的表征准确度表示系统误差的大小。系统误差越小
4、,则准确度越高,即测量值与实际值符合的程度越高。精密度表示随机误差的影响。精密度越高,表示随机误差越小。随机因素使测量值呈现分散而不确定,但总是分布在平均值附近。精确度用来反映系统误差和随机误差的综合影响。精确度越高,表示正确度和精密度都高,意味着系统误差和随机误差都小。小结:本结应重点掌握随机误差、系统误差、粗大误差、准确度、精密度、精确度2.2测量误差的估计和处理教学目的1.了解随机变量的数字特征的意义和估算方法。2.掌握算术平均值、实验标准偏差、置信概率、置信区间的概念。3.灵活应用随机误差满足正态分布、均匀分布和t分布时的处理方法。4.掌握系统误差的分类、发现方法和消除方法。5.掌握粗大误差的判断方法和消除方法。6.掌握等精度时测量结果的处理,了解不等精度时测量结果的处理。教学重点及难点1. 算术平均值、实验标准偏差、置信概率、置信区间的概念2. 系统误差的分类、发现方法和消除方法;粗大误差的判断方法和消除方法教学方式:讲授教学过程:2.2.1随机误差的统计特性及减少方法1随机误差的分布规律测量值和测量误差都是随机变量。在很多情况下,测量中随机误差的分布及测量数据的分布大多接近
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