測量誤差包括系統測量誤差和隨機測量誤差兩類不同性質的誤差,昌暉儀表網在本文介紹測量誤差、系統測量誤差和隨機測量誤差相關概念。
1、測量誤差
測量誤差(measurement error)定義為“測得的量值減去參考量值”,實際工作中測量誤差又簡稱誤差。
測量誤差的概念在以下兩種情況下均可以使用:
①當存在單個參考量值時,測量誤差是可獲得的。例如:某測得值與測量不確定度可忽略不計的計量標準比較時,可以用計量標準的量值作為參考量值,則測得值與計量標準的量值之差就是該測得值的測量誤差,也就是說此時測量誤差是已知的;當用給定的約定量值作為參考量值時,測量誤差同樣是已知的。由于計量標準的量值或約定量值是有不確定度的,有時稱其為測量誤差的估計值。
②當參考量值是真值時,由于真值未知,測量誤差是未知的。此時,測量誤差僅是一個概念性術語。
2、系統測量誤差
系統測量誤差(systematic measurement error)簡稱系統誤差,是指“在重復測量中保持不變或按可預見方式變化的測量誤差的分量”。
系統誤差是測量誤差的一個分量。當系統誤差的參考量值是真值時,系統誤差是未知的。而當參考量值是測量不確定度可忽略不計的測量標準的量值或約定量值時,可以獲得系統誤差的估計值,此時系統誤差是已知的。
系統誤差的來源可以是已知的或未知的,對已知的來源,如果可能,系統誤差可以從測量方法上采取措施予以減小或消除。例如在用等臂天平稱重時,可用交換法或替代法消除天平兩臂不等引入的系統誤差。
對于已知估計值的系統誤差可以采用修正來補償。由系統誤差的估計值可以求得修正值或修正因子,從而得到已修正的測量結果。由于參考量值是有不確定度的,因此,由系統誤差的估計值得到的修正值也是有不確定度,這種修正只能起補償作用,不能完全消除系統誤差。
系統誤差指在重復測量下是一種可預見的方式變化,或者說是一個固定值。打個比方,一個鋼卷尺,前面10cm斷掉后,測量我們的身高是180cm,實際上我們的身高是170cm,那么這10cm就是系統誤差。我們重復多次測量,也無法消除,而且這10cm是可以預見的方式呈現,我們可以用修正值來消除系統誤差。將測量的180cm加上修正值(-10cm),就是我們的真實身高。當然測量誤差也可能是未知存在的。
系統誤差又分為了恒定系統誤差和可變系統誤差。我們知道了系統誤差的存在,就可以利用修正值或修正因子等方式來減小或者消除系統誤差的存在。修正值和系統誤差估計值大小相等符號相反。系統誤差估計值等于不準的數減去準的數,修正值就等于準的數減去不準的數。
3、隨機測量誤差
隨機測量誤差(random measurement error)簡稱隨機誤差,是指“在重復測量中按不可預見方式變化的測量誤差的分量”。
隨機誤差也是測量誤差的一個分量。隨機誤差的參考量值是對同一被測量由無窮多次重復測量得到的平均值,即期望μ。由于實際上不可能進行無窮多次測量、因此定義的隨機誤差是得不到的,隨機誤差是一個概念性術語,不要用定量的隨機誤差來描述測量結果。
隨機誤差是由影響量的隨機時空變化所引起,它導致重復測量中數據的分散性。一組重復測量的隨機誤差形成一種分布,該分布可用期望和方差描述,其期望通??杉僭O為零。
測量誤差包括系統誤差和隨機誤差,從理想的概念上說,隨機誤差等于測量誤差減系統誤差。實際上不可能做這種算術運算。
隨機誤差就等于測量誤差減去系統誤差。隨機系統誤差是不可預見的,隨機誤差主要體現在隨機上,隨機出現影響因素眾多,環境人員儀器性能等等,但經過多次重復測量就會出現正負出現的隨機誤差出現的概率幾乎相等,我們通過多次的重復測量取多次測量的平均值就會減小隨機誤差。還是用鋼卷尺測量身高,我們測量三次分別是169cm、170cm、171cm、那么取平均值就是170cm,我們就減小了隨機誤差。
留給大家思考:我的真實身高是180cm,用鋼卷尺測量出來是185cm,那么這把鋼卷尺的修正值是多少:A:5cm;B:-5cm;C:±5cm?