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Eine vollständige Anleitung zu Messfehlern

Messungen sind bei allen Arten von physikalischen Experimenten und Technologieentwicklungsprozessen unerlässlich, und solange das Messergebnis vorliegt, sind Messfehler unvermeidlich. Der Fehler beeinflusst die Messgenauigkeit, daher muss das betroffene technische Personal die Fehlertheorie erlernen und beherrschen, ein umfassendes und systematisches Verständnis der Eigenschaften, Art und Klassifizierung von Fehlern haben und schließlich einen vernünftigen und wissenschaftlichen Weg finden, um sie zu beseitigen.

Messung

Was ist die Definition von Wahrheitswert und Messfehler?

Der Wahrheitswert, auch theoretischer Wert genannt, ist ein objektiver, realer Wert, der die Eigenschaften von etwas unter bestimmten zeitlichen und räumlichen Bedingungen widerspiegelt. Bei der Messung gibt es eine gewisse Abweichung, mehr oder weniger, zwischen dem gemessenen Ergebnis und dem Wahrheitswert, und diese Abweichung ist der Messfehler.

Der Wahrheitswert ist ein Idealkonzept und kann im strengsten Sinne nicht durch tatsächliche Messung ermittelt werden, und daher kann der Fehler nicht genau ermittelt werden. Beim eigentlichen Fehlerbewertungsprozess wird oft der herkömmliche Wahrheitswert als Wahrheitswert verwendet, der selbst ungenau sein kann und daher nur eine Schätzung des Fehlers erhalten werden kann.

Längenmaß

Ein Standardmeter ist beispielsweise definiert als die Strecke, die das Licht in 1/299792458 Sekunden im Vakuum zurücklegt. Wegen der Invarianz der Lichtgeschwindigkeit ist ein Standardmeter der übliche Wahrheitswert, aber in der Praxis messen wir ihn nicht mit Lichtgeschwindigkeit, sondern mit Hilfe einer Skala. Dann ist die Ablesung der Skala der gemessene Wert und ihre Abweichung von einem Standardmeter ist der Fehler einer bestimmten Messung.

Warum gibt es einen Messfehler?

Die Messung basiert auf bestimmten Theorien oder Methoden, mit bestimmten Instrumenten, in einer bestimmten Umgebung und wird von bestimmten Personen durchgeführt. Der Einfluss von Faktoren wie Näherungen in der experimentellen Theorie, Schwierigkeiten bei der methodischen Verfeinerung, Einschränkungen der Empfindlichkeit und des Auflösungsvermögens experimenteller Instrumente und Instabilität der Umgebung. All diese unerwünschten Beobachtungsbedingungen sind die Grundursache des Fehlers.

Insbesondere entstehen Messfehler aus den folgenden vier Hauptquellen.

1 Messfehler des Instruments

Instrumente im Prozess der Verarbeitung und Montage können nicht sicherstellen, dass die Struktur des Instruments eine Vielzahl von geometrischen Beziehungen erfüllen kann, solche Instrumente führen unweigerlich zu Fehlern bei der Messung. Wie der Nullpunkt oder die Spezifikationen des Instruments sind nicht genau.

2 Messfehler Umweltbelastung

Bezieht sich hauptsächlich auf die Beobachtungsumgebung in Bezug auf Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Klarheit, Wind und atmosphärische Brechung und andere Faktoren, die sich ständig ändern, was zu Messergebnissen mit Fehlern führt.

Bezieht sich hauptsächlich auf Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit und Klarheit, Wind und atmosphärische Brechung und andere Faktoren der ständigen Änderung in der Beobachtungsumgebung, die zu Messfehlern führen.

3 Messfehler der Prüfmethode

Dies liegt an der Annäherung der theoretischen Formeln, auf denen die Messung selbst basiert, oder daran, dass die Prüfbedingungen die in den theoretischen Formeln festgelegten Anforderungen nicht erfüllen, oder an der Unvollkommenheit des Prüfverfahrens selbst. Zum Beispiel berücksichtigt die thermische Prüfung nicht den Wärmeverlust durch Wärmeableitung, die voltammetrische Methode der Widerstandsmessung berücksichtigt nicht den Einfluss des Innenwiderstands des Stromzählers auf die Prüfergebnisse usw.

4 Messfehler des Menschen

Aufgrund der Einschränkungen der sensorischen Unterscheidung des Beobachters und der unterschiedlichen technischen Fähigkeiten, die zu Abweichungen beim Ausrichten, Nivellieren und Zielen des Instruments führen können, ist diese von Person zu Person unterschiedlich und hängt von der jeweiligen mentalen Verfassung des Betrachters ab.

Fehlerarten bei der Messung

Messfehler werden in drei Hauptkategorien unterteilt: systematische Fehler, zufällige Fehler und grobe Fehler.

1 Systematischer Fehler

Der systematische Fehler wird auch als regulärer Fehler bezeichnet, dh unter bestimmten Messbedingungen zeigen die Testergebnisse immer ein ähnliches Muster, wenn dasselbe Objekt mehrmals gemessen wird.

Systematischer Fehler

Die Merkmale des systematischen Fehlers: Bei gleichen Messbedingungen sind wiederholte Messergebnisse immer groß oder klein, Mehrfachmessungen für den Mittelwert können den systematischen Fehler nicht eliminieren. Wir sollten die Hauptursachen des systematischen Fehlers gemäß den spezifischen Testbedingungen und den Merkmalen des systematischen Fehlers identifizieren und geeignete Maßnahmen ergreifen, um seine Auswirkungen zu verringern.

Es gibt viele Gründe für systematische Fehler, einschließlich Gerätefehler, theoretische Fehler, Betriebsfehler usw. Einige dieser systematischen Fehler sind konstant, wie z Stahlskala, die einer Wärmeausdehnung ausgesetzt wurde, ist die Anzeige gering.

2 Zufälliger Fehler

Zufällige Fehler, auch als Zufallsfehler bekannt, werden selbst in der idealen Situation der vollständigen Beseitigung systematischer Fehler durch wiederholtes Messen desselben Messobjekts viele Male auf eine Vielzahl von zufälligen, unvorhersehbaren Unsicherheitsinterferenzen und Messfehlern zurückzuführen, die als Zufallsfehler bezeichnet werden.

zufälliger Fehler

Die Größe des Zufallsfehlers, das Plus oder Minus des Zufallsfehlers sind nicht festgelegt, aber mehrere Messungen werden feststellen, dass der Absolutwert des gleichen positiven und negativen Zufallsfehlers ungefähr gleich wahrscheinlich erscheint, sodass sie sich oft gegenseitig aufheben können, von das Zufallsfehlerverteilungsgesetz gesehen werden kann, die Anzahl der Messungen erhöht und gemäß der statistischen Theorie der Messergebnisse verarbeitet werden kann, um den Zufallsfehler zu reduzieren.

Zufällige Fehlerfaktoren sind sehr komplex, wie das elektromagnetische Feld der Mikrovariation, Teile der Reibung, Spiel, thermische Schwankungen, Luftstörungen, Luftdruck- und Feuchteänderungen, die physiologischen Veränderungen in den Sinnesorganen des Messpersonals und ihre kombinierte Auswirkung kann zu einem Faktor bei der Erzeugung von Zufallsfehlern werden.

Messfehler
T: Wahrheitswert, X: Messwert

3 Grober Fehler

Das Messergebnis weicht unter Umständen deutlich vom Wahrheitswert ab, also dem Fehler, der das Messergebnis deutlich verfälscht. Die Hauptursachen für grobe Fehler sind wie folgt.

Objektive Gründe: plötzliche Spannungsänderungen, mechanischer Schock, externe Vibrationen, elektromagnetische (elektrostatische) Störungen, Geräteausfall usw. verursacht durch anormale Messwerte des Prüfgeräts oder die relative Bewegung der Position des Messobjekts, wodurch ein grober Fehler erzeugt wird.
Subjektive Ursachen: Verwendung defekter Messgeräte; Fahrlässigkeit und Unachtsamkeit im Betrieb; Fehler beim Lesen, Aufzeichnen, Rechnen usw. Darüber hinaus sind perverse und plötzliche Änderungen der Umgebungsbedingungen Faktoren, die diese Fehler verursachen.

Der grobe Fehler ist nicht ausgleichend, er ist in allen wissenschaftlichen Experimenten vorhanden und kann nicht vollständig eliminiert, sondern nur teilweise abgeschwächt werden. Es ist ein Ausreißer und verzerrt die Realität ernsthaft, daher sollte er bei der Verarbeitung der Daten entfernt werden, da er sonst gravierende Auswirkungen auf die Standardabweichung und die mittlere Abweichung hat.

Wie kann man Messfehler reduzieren?

Da grobe Fehler die tatsächliche Situation verfälschen, sollten sie bei der Verarbeitung der Daten eliminiert werden, während zufällige Fehler, die auf unzählige unbekannte Einflussfaktoren auf die Messung zurückzuführen sind, einer Normalverteilung entsprechen und durch Erhöhung der Anzahl der Messungen und der Verarbeitung reduziert werden können die Ergebnisse nach statistischer Theorie.

Die Hauptdiskussion hier ist, wie systematische Fehler reduziert werden können.

1 Korrektur der Messergebnisse

Bei bekannten systematischen Festwertfehlern können die Messergebnisse mit dem Korrekturwert korrigiert werden; bei systematischen Fehlern mit variablen Werten versuchen, das Variationsmuster der Fehler herauszufinden und die Messergebnisse mit der Korrekturformel oder Korrekturkurve zu korrigieren; für unbekannte systematische Fehler werden sie als zufällige Fehler behandelt.

2 Beseitigen Sie die Grundursachen systematischer Fehler

Überprüfen Sie das Instrument vor der Messung sorgfältig, stellen Sie es richtig ein und installieren Sie es richtig, vermeiden Sie externe Störungen, wählen Sie eine gute Beobachtungsposition, um Parallaxe zu beseitigen, wählen Sie einen Zeitpunkt, zu dem die Umgebungsbedingungen für das Ablesen stabiler sind usw.

3 Echtzeit-Feedback-Korrektur

Durch den Einsatz von automatisierter Messtechnik und Computern kann eine Echtzeit-Feedback-Korrektur verwendet werden, um komplexe Änderungen eines systematischen Fehlers zu eliminieren. Während des Messvorgangs wird der Sensor verwendet, um diese Fehleränderungen in eine physikalische Größe (in der Regel Elektrizität) rechtzeitig gemäß ihrer funktionalen Beziehung durch den Computer umzuwandeln, um den Wert des beeinflussten Fehlers zu berechnen der Messergebnisse und um eine automatische Echtzeitkorrektur der Messergebnisse vorzunehmen.

Es gibt auch Verfahren, die speziell auf unterschiedliche Situationen zugeschnitten sind, wie z.B. Alternativverfahren, Substitutionsverfahren, Kompensationsverfahren, symmetrische Messung, kombinierte Messung etc.

Da es bei allen Messungen Fehler gibt, ist es wichtig, Messfehler zu diskutieren und ihre Gesetze, Art, Quelle und Größe zu verstehen. Die Analyse von Messfehlern ist wichtig für Menschen, um ihre Experimente zu verbessern, die Präzision und Genauigkeit von Messungen und sogar neue Entdeckungen zu erhöhen.

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