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测量误差消除策略

嘉峪检测网        2021-09-10 10:17

在准备测量系统分析课件时,为了更深入地了解测量,无意间看到了计量,我就纳闷了:计量与测量有什么区别呢?

 

查看了计量学基础[1],书中说到计量具备准确性、一致性、溯源性以及法制性四个特点,计量不同于一般的测量。测量是以确定量值为目的的一组操作,一般不具备也不必完全具备上述四个特点。

 

参考书目:[1] 卜雄洙 朱丽 吴健.计量学基础[M]. 北京:清华出版社,2018

 

进而指出:

 

计量是与测量结果置信度有关的、与测量不确定度联系在一起的一种规范化的测量。

 

那么量是个什么样的概念呢,量是指现象、物体或物质的特性,大小用一个数和一个参照对象来表示,参照对象可以是一个测量单位、测量程序、标准物质或其组合。量的真值是指与量的定义一致的量值,但是量的真值是得不到的。

 

能够得到的只有量的测得值,也就是测量结果的量值。能保证测得值和真值一定相等不?上帝可以,人类不行!

 

既然如此就存在测量误差,其被定义为测得值与被测量真值的差值,此差值也可以称为绝对误差,注意哦,这可不是误差的绝对值。

 

测量误差越小越好,最好等于零。如果等于零,意味着我们得到了被测量的真值,但这做不到。既然如此,我们是否可以减小测量误差呢?

 

为此,业界经过研究发现,根据误差的性质可以把测量误差分为三类:系统误差、随机误差、粗大误差。

 

我们可否消除测量误差呢,可以消除部分,但不能全部,我们先来看看三类测量误差的概念。

 

系统误差:在同一条件下多次测量同一量时,误差的绝对值和符号保持恒定或在条件改变时,按某一确定规律变化的误差。

 

随机误差:在同一条件下多次测量同一量时,误差的绝对值和符号随机变化

 

粗大误差:明显歪曲测量结果的误差。这是由于测量者在测量和计算中方法不合理,粗心大意、记错数据等所引起的误差。

 

今天我们将聚焦于系统误差。实验条件一经确定,系统误差就获得一个客观上的恒定值。多次测量的均值也不能削弱它的影响。有点枯燥,我们举个例子吧,一个测量质量的例子。

 

现在有一条黄金项链,有一只等臂天平,还有无数高精度标准砝码。天平与下图长的差不多。怎么得到这一条黄金的质量呢?

 

有人说,直接把黄金项链放在天平的一个托盘里,把砝码放到另外一个托盘里,等两个托盘平衡后,那么黄金项链的质量X就等于另一托盘内的砝码总质量P。

 

事实真的如此吗?能否做到天平的左臂长一定等于右臂长?

 

不可能,一定有误差,那么在这种误差存在的情况下,我们怎么得到黄金项链的更接近其质量的真值呢?来来来,为了研究的方便,用示意图来表示天平测量。

 

测量误差消除策略

 

测量误差消除策略

 

问题在于:假如l2 ≠l1的时候,x就不等于P了,即使按照此种方式,再测量无数次,将测得值的平均值,也不能改变l2 ≠l1的事实,那么在现有条件下是否可以得到更为近似的黄金项链真值呢?答案是可以的。

 

将黄金项链和砝码掉个个,原来放砝码的托盘现在放黄金项链,砝码放到另一个托盘中,继续称重,一直到天平平衡为止,此时得到了平衡时砝码的总质量:P’。示意图如下图

 

测量误差消除策略

 

测量误差消除策略

 

联立两次测量质量得到的公式,得到测量误差消除策略,从而巧妙的规避了左右臂不等长的问题。

 

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来源:制造学习联盟