測量精度是儀器最重要的參數(shù)指標(biāo)之一,大部分的儀器精度基本都是百分之一,、千分之一,、部分可以達(dá)到萬分之一,精度越高,,代表測量的誤差越小,,那么誤差是如何界定出來的呢?
一,、誤差的基本概念及分析
在系統(tǒng)測量中我們知道被測量的真實(shí)值稱為真值。在一定的時間和空間內(nèi),,真值是一個客觀存在的數(shù)值,。在測量過程中,即使選用精度最高的測量器具,、測量儀器和儀表,,并且沒有人為的失誤,要想測得真值也是不可能的,。況且由于人類對客觀事物的認(rèn)識的局限性,、測量方法的不完善性以及測量工作中常有的各種失誤等,更會使測量結(jié)果與真實(shí)值之間存在差別,,這種差別就叫做測量誤差,。
圖 1 測量誤差
二、測量誤差分類
測量誤差按照其性質(zhì)和特點(diǎn),,可分為系統(tǒng)誤差,、偶然誤差(隨機(jī)誤差)和疏失誤差三類。
u系統(tǒng)誤差
在相同的測量條件下,多次測量同一個量時,,誤差的數(shù)值(大小和符號)均保持不變或按某種確定性的規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差,。系統(tǒng)誤差通常是由于測量器具、測量儀器和儀表本身的誤差產(chǎn)生的,。此外,,由于測量方法的不完善性和測試者測試習(xí)慣產(chǎn)生的誤差也稱為系統(tǒng)誤差。
系統(tǒng)誤差的大小可以衡量測試數(shù)據(jù)與真值的偏離程度,,即測量的準(zhǔn)確度,。系統(tǒng)誤差越小,測量的結(jié)果就越準(zhǔn)確,。
u偶然誤差
在測試過程中,,由于某些偶然因素而引起的誤差稱為偶然誤差,也叫做隨機(jī)誤差,。比如:電磁場的微變,、溫度的起伏、空氣擾動,、大地的微震,、測量人員的感官無規(guī)律的微小變化等。這些變化是人們無法掌控的,,是無規(guī)律的,,這導(dǎo)致測量結(jié)果不可能完全相同,如果相同也只能說明儀器靈敏度不夠,。
雖然偶然誤差是不能夠被人們消除的,,但是偶然誤差是符合正態(tài)分布的。即測量誤差小的出現(xiàn)概率大,,而誤差相對大的出現(xiàn)概率小,,并且大小相等的正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率也是相等的。
圖 2 偶然誤差的概率曲線
u疏失誤差
由于測量者的疏忽過失而造成的誤差稱為疏失誤差,。它產(chǎn)生的原因主要有兩點(diǎn):其一是實(shí)驗(yàn)者本身造成的,;其二是由于測量條件造成的。
在測試過程中,,由于操作者的粗心或不正確操作,,例如:讀數(shù)或記錄錯誤、操作方法不對,、測量方法不合理等,,這些測量值誤差太大,一半被稱為“壞值”,,應(yīng)該舍去,。
u三中誤差比較
這三種誤差的不同可以以打靶為例,,圖3-a中的彈著點(diǎn)均勻在靶心,這說明沒有系統(tǒng)誤差,,但分布分散說明偶然誤差較大,。圖3-b中的彈著點(diǎn)偏于靶心,說明系統(tǒng)誤差較大,。圖3-c中的彈著點(diǎn)密集于靶心,,說明只有偶然誤差,沒有系統(tǒng)誤差,。
圖 3 用打靶說明三種誤差
三,、測量誤差的表示方法和儀器精度的標(biāo)定
1)絕對誤差
被測量的測得值X,與其真實(shí)值A(chǔ)之差,,稱為X的絕對誤差,。絕對誤差用表示,即,。
因?yàn)閺臏y量角度講,,真值是一個理想的概念,不可能真正獲得,。因此A通常用準(zhǔn)確測量值代替,,即
,此時通常就稱為絕對誤差,。
2)相對誤差
絕對誤差只能表示某個測量值的近似程度,。但是,兩個不同大小的測量值,,當(dāng)他們的絕對誤差相同時,,準(zhǔn)確程度并不同。例如:測量從北京到廣州的距離,,誤差為1米,,這是誤差就不大,可是如果測量從天安門廣場到人民大會堂的距離,,誤差為1米,這時誤差就比較大了,。為了更加符合習(xí)慣地衡量測量值的準(zhǔn)確程度,,便引入了相對誤差的概念。
絕對誤差與被測量真值之比,,稱為測量值的相對誤差,。即。
3)儀器誤差及準(zhǔn)確度
絕對誤差和相對誤差是從誤差的表示和測量的結(jié)果來反映某一測量值的誤差情況,,但并不能用來評價測量儀表儀器的準(zhǔn)確度,。
當(dāng)儀表在規(guī)定的正常條件下工作時,,其示值的絕對誤差與其量程之比稱為儀表的引入誤差,用表示,,即,,因?yàn)橐谜`差以量程為比較對象,因此也稱為基準(zhǔn)誤差,。測量儀表在整個量程范圍內(nèi)所出現(xiàn)的最大引用誤差,,稱為儀表的容許誤差,即容許誤差為,。儀器儀表的技術(shù)說明書中標(biāo)明的誤差都是指的容許誤差,。
對于指針式儀表,設(shè)容許誤差的絕對值為,,式中---儀表的準(zhǔn)確度等級,,它表明了儀表容許誤差絕對值的大小,也就是我們平時所說的精度,。比如:ZLG致遠(yuǎn)電子的PA8000功率分析儀,,它為0.01級就是萬分之一精度,即=0.01,。
圖 4 0.01級功率分析儀
四,、系統(tǒng)誤差的消除方式
u消除由測量儀器和儀表引入的誤差
在測量過程中,要根據(jù)測量的準(zhǔn)確度的要求選擇不同準(zhǔn)確度等級的儀器,、儀表,;
u消除由于測量方法或理論分析所引起的誤差;
在測量前沒有充分考慮,,但在測量中參與作用的一些因素所導(dǎo)致的誤差,,經(jīng)常是由于理論分析不充分或者時由于采用了近似公式所引起的。這些情況應(yīng)設(shè)法避免,。
u消除由測量人員所引起的誤差
由實(shí)驗(yàn)者的反應(yīng)速度和固有習(xí)慣等生理特點(diǎn)所引起的誤差屬于人為誤差,。如記錄一個信號時,觀測者有超前或滯后的傾向,,而且傾向因人而異,,這必然導(dǎo)致誤差,所以這些因素在測量時必須要考慮,。
五,、總結(jié)
綜上所述,完全準(zhǔn)確無誤的測量在實(shí)際測試中是不存在的,。無論是儀器的系統(tǒng)誤差,、偶然誤差,還是疏失誤差,,都是無法完全避免的,。但是我們可以利用科學(xué)的方法來盡可能的減小誤差,,使測量數(shù)據(jù)更接近于真值,這也是ZLG致遠(yuǎn)電子所致力的目標(biāo),。
PA8000認(rèn)證級功率分析儀,,擁有1ms數(shù)據(jù)更新率,5MHz的帶寬,,2MS/s的采樣率,,精度高達(dá)0.01%,能幫助工程師準(zhǔn)確捕捉異常信號,,是新能源領(lǐng)域高可靠性的測量儀器,。