测量误差数据处理试验设计分析.ppt

第二章 测量误差与数据处理 主讲人：卞立波 材料工程系 邮箱：bianlibo@bucea.edu.cn 本章内容 2.1 测量误差 2.2 检测数据统计分析与处理 2.3 试验设计与分析 §2.1 测量误差 误差的必然性 研究误差理论的意义 误差的基本概念 误差的来源、分类及表示方法 系统误差 随机误差 粗大误差 误差的必然性 测量的影响因素：测量设备及标准物质、测量方法、测量环境、测量的人 因素受科学技术水平和人的生理条件所制约 结果：测量值与被测对象的客观实际状态存在差异 表现：测量误差（测量值与真值之间存在一定差异） 真值：是通过完善的或完美无缺的测量，才能获得的值。 误差公理：测量结果都有误差，误差自始至终存在于一切科学实验和测量的过程之中。 研究误差理论的意义 确定测量误差是整个测量过程中不可缺少的重要环节，不知测量误差的测量结果无法应用 例：国标规定8mm碳素钢盘条的允许偏差±0.5mm 误差理论是保证和提高测量准确性的必要的理论依据 在检测工作中须设法减小测量误差，提高测量准确性，以对误差系统、全面的研究为前提。 研究误差理论的意义 误差理论是合理选用、设计仪器的必要理论依据 一般情况下测量的准确性越高，测量过程越复杂，对仪器和测量环境越苛求，对测量人员的技术要求也越高，从而耗资、耗时也越多。因此很多测量工作，特别在生产中大量的测量检验，并不盲目追求准确度，而是在满足测量准确度的前提下，求得测量工作简便、经济，有较高的效率，这就需要应用误差理论科学地、合理地选择测量器具。 仪器的设计、加工、装配、调试都必然产生误差，因此在设计中需应用误差理论分析并适当控制这些误差因素，使仪器的测量准确度达到设计要求 误差的基本概念 量和量值 量的真值和实际值 真值：一个量在被测得瞬间，其本身所具有真实大小。 真值是理想概念，仅可通过测量获得接近真值的量值 实际值：满足规定准确度，用来代替真值的量值 测量工作中，通常把标准样品给定值或上级权威机构测量值视为实际值。 误差的主要来源 误差的主要来源 设备误差 标准器误差 测量装置误差 附件误差 环境误差 人员误差 方法误差 误差的主要来源 标准器误差：标准器是提供标准量值的器具，如标准砝码、钢尺、游标卡尺等，他们体现的量值都有误差。 测量装置误差：主要是装置的制造与安装误差，如读数分划板的刻度误差、度盘的安装偏心误差、天平的不等臂误差等 附件误差：为使测量顺利进行而用到的各种辅助设备，如电测中的转换开关、长度测量中的装卡调节器等均会引起测量误差 误差的主要来源 环境误差：环境条件包括温度、湿度、气压、振动、灰尘、电磁场等。测量设备在规定的标准条件下使用时产生的示值误差称为基本误差。超出规定的条件产生的测量设备量值的变化、相互位置的改变等引起的误差称为附加误差 人员误差：测量人员的分辨能力、感觉器官等引起的主观误差 方法误差：测量原理和方法的缺陷而带来的误差。如固定水量法测水泥标准稠度用水量，当S≤13mm时引起的误差，采用近似的测量方法和近似公式所产生的误差。 误差的分类 误差的分类（按性质分） 系统误差：指在偏离测量规定条件时或由于测量方法所引入的因素，按某确定规律所引起的误差 随机误差：在实际测量条件下，多次测量同一量时，误差的符号和绝对值以不可预定方式变化着的误差，随机误差又称偶然误差。 粗大误差：超出在规定条件下预期的误差。 误差的表示方法 绝对误差：被测量的测量结果与其真值之差，简称误差。 误差=测量结果-真值 =（测量结果-总体均值）+（总体均值-真值 =随机误差+系统误差 相对误差：绝对误差与真值的比较。 相对误差=绝对误差/真值×100% 对于相同的被测量，绝对误差可以评定不同的测量方法的测量精度的高低，但对于不同的被测量，就需要相对误差评定不同测量方法的测量精度的高低。 以上计算所用到的真值往往是无法获得的，而实际值与真值之差又可忽略，所以在求算时往往以实际值代替真值。 系统误差 在重复性条件下，对同一对象进行无限多次测量所得结果的平均值与被测值的真值之差。具有规律性、可预测性。 系统误差的分类 定值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和方向始终不变。如计量器具的零位偏差、量具的刻度偏差。 变值系统误差：在整个测量过程中，误差大小和按确定的规律变化。如线性、正弦曲线、复杂规律变化。 系统误差 消除定值系统误差的方法 消除误差源 加修正值法 代替法 抵消法 消除变值系统误差的方法 等时距对称测量法 半周期偶数测量法 随机误差 测量结果与在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。 分布规律：多正态分布 正态分