Полное руководство по погрешности измерения

Измерения необходимы во всех видах физических экспериментов и процессов разработки технологий, и пока результат измерения, ошибка измерения неизбежна. Ошибка влияет на точность измерения, поэтому соответствующий технический персонал должен изучить и овладеть теорией ошибки, иметь всестороннее и систематическое понимание характеристик, характера и классификации ошибки и, наконец, найти разумный и научный способ ее устранения.

★ Каково определение истинного значения и погрешности измерения?

Значение истинности, также известное как теоретическое значение, является объективным, реальным значением, которое отражает характеристики чего-либо в определенных условиях времени и пространства. При измерении существует определенное отклонение, более или менее, между измеренным результатом и истинным значением, и это отклонение является ошибкой измерения.

Значение истинности является идеальным понятием и, в самом строгом смысле, не может быть получено путем фактического измерения, и поэтому ошибка не может быть получена точно. В фактическом процессе оценки ошибок обычное значение истинности часто используется в качестве значения истинности, которое само по себе может быть неточным, и поэтому может быть получена только оценка ошибки.

Например, стандартный метр определяется как расстояние, пройденное светом за 1/299792458 секунд в вакууме. Из-за неизменности скорости света условным значением истинности является один стандартный метр, но на практике мы измеряем его не со скоростью света, а с помощью шкалы. Тогда показание шкалы - это измеренное значение, а его отклонение от одного стандартного метра - это ошибка конкретного измерения.

★ Почему есть ошибка измерения?

Измерения основаны на определенных теориях или методах с использованием определенных инструментов в определенной среде и проводятся конкретными людьми. Влияние таких факторов, как приближения в экспериментальной теории, трудности методологического совершенствования, ограничения чувствительности и разрешающей способности экспериментальных приборов, а также нестабильность окружающей среды. Все эти нежелательные условия наблюдения являются первопричиной ошибки.

В частности, ошибки измерения возникают из следующих четырех основных источников.

1 Погрешность измерения прибора

Инструменты, находящиеся в процессе обработки и сборки, не могут гарантировать, что структура инструмента может соответствовать множеству геометрических соотношений, такие инструменты неизбежно вносят ошибки в измерения. Например, нулевая точка или характеристики прибора не точны.

2 Погрешность измерения влияние на окружающую среду

В основном относится к окружающей среде наблюдения: температура, давление воздуха, влажность и ясность воздуха, ветер и атмосферная рефракция и другие факторы, которые постоянно меняются, что приводит к ошибкам в результатах измерений.

В основном это относится к температуре, атмосферному давлению, влажности и прозрачности воздуха, ветру и атмосферной рефракции и другим факторам постоянного изменения среды наблюдения, что приводит к ошибке измерения.

3 Погрешность измерения метода испытаний

Это связано с приближением теоретических формул, на которых основано само измерение, или несоответствием условий испытаний требованиям, изложенным в теоретических формулах, или несовершенством самого метода испытаний. Например, тепловое испытание не учитывает потери тепла, вызванные отводом тепла, вольтамперометрический метод измерения сопротивления не учитывает влияние внутреннего сопротивления электросчетчика на результаты испытаний и т. Д.

4 Погрешность измерения человека

Из-за ограничений сенсорной дискриминации наблюдателя и различных уровней технической подготовки, которые могут приводить к отклонениям во время юстировки, выравнивания и прицеливания инструмента, это варьируется от человека к человеку и зависит от психического состояния наблюдателя в данный момент.

★ Типы ошибок измерения

Ошибки измерения делятся на три основные категории: систематические ошибки, случайные ошибки и грубые ошибки.

1 Систематическая ошибка

Систематическая ошибка также называется регулярной ошибкой, она бывает в определенных условиях измерения, результаты теста всегда показывают аналогичную картину, когда один и тот же объект измеряется несколько раз.

Характеристики систематической ошибки: в одних и тех же условиях измерения результаты повторных измерений всегда бывают большими или малыми, множественные измерения для среднего значения не могут устранить систематическую ошибку. Мы должны определить основные причины систематической ошибки в соответствии с конкретными условиями испытаний и характеристиками систематической ошибки и принять соответствующие меры для уменьшения ее воздействия.

Существует множество причин систематических ошибок, включая ошибки прибора, теоретические ошибки, эксплуатационные ошибки и т. Д. Некоторые из этих систематических ошибок являются постоянными, например неточность нулевой точки прибора, а некоторые - кумулятивными, например, при измерении с помощью стальная окалина, подвергшаяся тепловому расширению, показания малы.

2 Случайная ошибка

Случайная ошибка, также известная как случайная ошибка, даже в идеальной ситуации полного устранения систематической ошибки, многократного многократного измерения одного и того же объекта измерения, все равно будет происходить из-за множества случайных, непредсказуемых помех неопределенности и ошибок измерения, называемых случайной ошибкой.

Размер случайной ошибки, плюс или минус случайной ошибки не фиксированы, но несколько измерений обнаружат, что абсолютное значение одной и той же положительной и отрицательной случайной ошибки оказывается примерно равной вероятностью, поэтому они часто могут компенсировать друг друга из можно увидеть закон распределения случайных ошибок, увеличить количество измерений, и согласно статистической теории результаты измерений могут быть обработаны для уменьшения случайной ошибки.

Факторы случайной ошибки очень сложны, такие как электромагнитное поле микровариации, части трения, зазор, тепловые колебания, возмущения воздуха, изменения давления и влажности воздуха, физиологические изменения в органах чувств персонала, выполняющего измерения, и их совокупное влияние может стать фактором возникновения случайной ошибки.

3 Грубая ошибка

При определенных условиях результат измерения значительно отклоняется от истинного значения, т. Е. От ошибки, которая явно искажает результат измерения. Основные причины грубых ошибок заключаются в следующем.

Объективные причины: внезапные изменения напряжения, механический удар, внешняя вибрация, электромагнитные (электростатические) помехи, отказ прибора и т. Д., Вызванные ненормальным измеренным значением измерительного прибора или относительным перемещением положения измеряемого объекта, что приводит к большой ошибке.
Субъективные причины: использование дефектных манометров; халатность и невнимательность в эксплуатации; ошибки при чтении, записи, вычислениях и т. д. Кроме того, эти ошибки вызывают неправильные и внезапные изменения условий окружающей среды.

Грубая ошибка не компенсирует, она присутствует во всех научных экспериментах и ​​не может быть полностью устранена, а лишь в некоторой степени ослаблена. Это выброс и серьезно искажает реальность, поэтому его следует удалить при обработке данных, иначе это окажет серьезное влияние на стандартное отклонение и среднее отклонение.

★ Как уменьшить погрешности измерения?

Поскольку грубые ошибки искажают реальную ситуацию, они должны быть устранены при обработке данных, в то время как случайные ошибки, которые являются результатом бесчисленных неизвестных факторов, влияющих на измерение, соответствуют нормальному распределению и могут быть уменьшены путем увеличения количества измерений и обработки. результаты согласно статистической теории.

Основное внимание здесь уделяется тому, как уменьшить систематическую ошибку.

1 Корректировка результатов измерения

Для известных систематических ошибок с фиксированным значением результаты измерений могут быть скорректированы с помощью значения коррекции; для систематических ошибок переменных величин попытайтесь выяснить характер изменения ошибок и скорректировать результаты измерений с помощью формулы коррекции или кривой коррекции; для неизвестных систематических ошибок они рассматриваются как случайные ошибки.

2 Устранение первопричин систематических ошибок

Перед измерением внимательно проверьте прибор, отрегулируйте и установите его правильно, предотвратите внешние помехи, выберите хорошее место для наблюдения, чтобы устранить параллакс, выберите время, когда условия окружающей среды более стабильны для чтения и т. Д.

3 Коррекция обратной связи в реальном времени

Благодаря применению технологий автоматизированных измерений и компьютеров, коррекция обратной связи в реальном времени может использоваться для устранения сложных изменений систематической ошибки. Во время процесса измерения датчик будет использоваться для преобразования этих изменений погрешности в некоторую форму физической величины (обычно электричество), своевременно в соответствии с его функциональной взаимосвязью, через компьютер для вычисления значения погрешности, влияющей на результаты измерений, а также для автоматической корректировки результатов измерений в реальном времени.

Существуют также методы, специально разработанные для различных ситуаций, такие как альтернативный метод, метод замены, метод компенсации, симметричное измерение, комбинированное измерение и т. Д.

Поскольку ошибки существуют во всех измерениях, важно обсудить ошибки измерений и понять их законы, природу, источники и величину. Анализ ошибок измерения важен для людей, чтобы улучшить свои эксперименты, повысить точность и точность измерений и даже для новых открытий.