第3章测量误差分析及处理精选PPT.ppt

第第3章测量误差分析及处理章测量误差分析及处理第1页，本讲稿共22页第三章第三章 测量误差分析及处理测量误差分析及处理第一节第一节 误差的来源与分类误差的来源与分类一、误差的来源与误差的概念 被观测量客观上存在一个真实值，简称真值。对该量进行观测得到观测被观测量客观上存在一个真实值，简称真值。对该量进行观测得到观测值。观测值与真值之差为真误差，即值。观测值与真值之差为真误差，即真误差真误差=观测值观测值-真值真值在测量工作中，对某量的观测值与该量的真值间存在着必然的差异，这个差异称在测量工作中，对某量的观测值与该量的真值间存在着必然的差异，这个差异称为误差。但有时由于人为的疏忽或措施不周也会造成观测值与真值之间的较大差为误差。但有时由于人为的疏忽或措施不周也会造成观测值与真值之间的较大差异，这不属于误差而是粗差。误差与粗差的根本区别在于前者是不可避免的，而异，这不属于误差而是粗差。误差与粗差的根本区别在于前者是不可避免的，而后者是有可能避免的。后者是有可能避免的。第2页，本讲稿共22页2 2 2 2、测量误差的来源、测量误差的来源、测量误差的来源、测量误差的来源 测量工作是在一定条件下进行的，外界环境、观测者的技测量工作是在一定条件下进行的，外界环境、观测者的技测量工作是在一定条件下进行的，外界环境、观测者的技测量工作是在一定条件下进行的，外界环境、观测者的技术水平和仪器本身构造的不完善等原因，都可能导致测量术水平和仪器本身构造的不完善等原因，都可能导致测量术水平和仪器本身构造的不完善等原因，都可能导致测量术水平和仪器本身构造的不完善等原因，都可能导致测量误差的产生。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界误差的产生。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界误差的产生。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界误差的产生。通常把测量仪器、观测者的技术水平和外界环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想环境三个方面综合起来，称为观测条件。观测条件不理想和不断变化，是产生测量误差的根本原因。通常把观测条和不断变化，是产生测量误差的根本原因。通常把观测条和不断变化，是产生测量误差的根本原因。通常把观测条和不断变化，是产生测量误差的根本原因。通常把观测条件相同的各次观测，称为同精度观测；观测条件不同的各件相同的各次观测，称为同精度观测；观测条件不同的各件相同的各次观测，称为同精度观测；观测条件不同的各件相同的各次观测，称为同精度观测；观测条件不同的各次观测，称为不同精度观测。次观测，称为不同精度观测。次观测，称为不同精度观测。次观测，称为不同精度观测。误差通常通过多余观测产生的差异表现出来。误差通常通过多余观测产生的差异表现出来。误差通常通过多余观测产生的差异表现出来。误差通常通过多余观测产生的差异表现出来。第3页，本讲稿共22页具体来说，测量误差主要来自以下三个方面：具体来说，测量误差主要来自以下三个方面：(1)(1)外界条件外界条件 主主要要指指观观测测环环境境中中气气温温、气气压压、空空气气湿湿度度和和清清晰晰度度、风风力力以以及及大大气气折折光光等因素的不断变化，导致测量结果中带有误差。等因素的不断变化，导致测量结果中带有误差。(2)(2)仪器条件仪器条件 仪仪器器在在加加工工和和装装配配等等工工艺艺过过程程中中，不不能能保保证证仪仪器器的的结结构构能能满满足足各种几何关系，这样的仪器必然会给测量带来误差。各种几何关系，这样的仪器必然会给测量带来误差。(3)(3)观测者的自身条件观测者的自身条件 由由于于观观测测者者感感官官鉴鉴别别能能力力所所限限以以及及技技术术熟熟练练程程度度不不同同，也也会会在在仪仪器对中、整平和瞄准等方面产生误差。器对中、整平和瞄准等方面产生误差。第4页，本讲稿共22页二、误差的定义及表示法二、误差的定义及表示法绝对误差=测量值-真值相对误差=绝对误差/真值真值 =绝对误差/测量值第5页，本讲稿共22页 三、测量误差的分类三、测量误差的分类三、测量误差的分类三、测量误差的分类 测量误差的分类：根据误差来源的性质，可以将误差分为测量误差的分类：根据误差来源的性质，可以将误差分为测量误差的分类：根据误差来源的性质，可以将误差分为测量误差的分类：根据误差来源的性质，可以将误差分为:1.1.1.1.系统误差系统误差系统误差系统误差 2.2.2.2.粗大误差粗大误差粗大误差粗大误差 3.3.3.3.随机误差。随机误差。随机误差。随机误差。(1)(1)(1)(1)系统误差系统误差系统误差系统误差:系统误差具有这种特点，在做等精度测量时系统误差具有这种特点，在做等精度测量时系统误差具有这种特点，在做等精度测量时系统误差具有这种特点，在做等精度测量时误差呈现出绝对值与符号保持恒定的规律性，这种误差的误差呈现出绝对值与符号保持恒定的规律性，这种误差的误差呈现出绝对值与符号保持恒定的规律性，这种误差的误差呈现出绝对值与符号保持恒定的规律性，这种误差的影响程度可以确定，并采用控制或修正的方法加以消除。影响程度可以确定，并采用控制或修正的方法加以消除。影响程度可以确定，并采用控制或修正的方法加以消除。影响程度可以确定，并采用控制或修正的方法加以消除。(2)(2)(2)(2)粗大误差粗大误差粗大误差粗大误差:又称过失误差，这显然是又称过失误差，这显然是又称过失误差，这显然是又称过失误差，这显然是种不能容忍种不能容忍种不能容忍种不能容忍的误差，因为它同测量要求本身是不相容的，完全是测量的误差，因为它同测量要求本身是不相容的，完全是测量的误差，因为它同测量要求本身是不相容的，完全是测量的误差，因为它同测量要求本身是不相容的，完全是测量者粗心大意所致者粗心大意所致者粗心大意所致者粗心大意所致 (3)(3)(3)(3)随机误差随机误差随机误差随机误差:对某物理量进行等精度测量时，多次测量对某物理量进行等精度测量时，多次测量对某物理量进行等精度测量时，多次测量对某物理量进行等精度测量时，多次测量的误差的绝对值时大时小，符号时正时负，无确定规律，的误差的绝对值时大时小，符号时正时负，无确定规律，的误差的绝对值时大时小，符号时正时负，无确定规律，的误差的绝对值时大时小，符号时正时负，无确定规律，这种误差叫随机误差，又称偶然误差。这种误差叫随机误差，又称偶然误差。这种误差叫随机误差，又称偶然误差。这种误差叫随机误差，又称偶然误差。第6页，本讲稿共22页第二节第二节 系统误差系统误差系统误差系统误差在在相相同同的的观观测测条条件件下下，对对某某量量进进行行了了n n次次观观测测，如如果果误误差差出出现现的的大大小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。小和符号均相同或按一定的规律变化，这种误差称为系统误差。系统误差一般具有累积性。系统误差一般具有累积性。系统误差产生的主要原因之一，是由于仪器设备制造不完善。系统误差产生的主要原因之一，是由于仪器设备制造不完善。第7页，本讲稿共22页 例如：例如：例如：例如：用一把名义长度为用一把名义长度为用一把名义长度为用一把名义长度为50m50m50m50m的钢尺去量距，经检定钢尺的实际长度为的钢尺去量距，经检定钢尺的实际长度为的钢尺去量距，经检定钢尺的实际长度为的钢尺去量距，经检定钢尺的实际长度为50.005 m50.005 m50.005 m50.005 m，则每量一尺，就带有，则每量一尺，就带有，则每量一尺，就带有，则每量一尺，就带有+0.005 m+0.005 m+0.005 m+0.005 m的误差的误差的误差的误差(“+”表示在所量距离表示在所量距离表示在所量距离表示在所量距离值中应加上值中应加上值中应加上值中应加上)，丈量的尺段越多，所产生的误差越大。所以这种误，丈量的尺段越多，所产生的误差越大。所以这种误，丈量的尺段越多，所产生的误差越大。所以这种误，丈量的尺段越多，所产生的误差越大。所以这种误差与所丈量的距离成正比。差与所丈量的距离成正比。差与所丈量的距离成正比。差与所丈量的距离成正比。第8页，本讲稿共22页系统误差的分类：系统误差的分类：仪器误差、仪器误差、安装误差、安装误差、方法（理论）误差、方法（理论）误差、环境误差、环境误差、人员误差、人员误差、动态误差。动态误差。第9页，本讲稿共22页二、系统误差的特征：二、系统误差的特征：恒值系统误差恒值系统误差变值系统误差：线性系统误差变值系统误差：线性系统误差非线性系统误差非线性系统误差第10页，本讲稿共22页 三三三三.系统误差的消除：系统误差的消除：系统误差的消除：系统误差的消除：由于系统误差一般有规律可循，其产生的原因一般也由于系统误差一般有规律可循，其产生的原因一般也由于系统误差一般有规律可循，其产生的原因一般也由于系统误差一般有规律可循，其产生的原因一般也 是可预见的，所以系统误差一般可通过改进测量技术、是可预见的，所以系统误差一般可通过改进测量技术、是可预见的，所以系统误差一般可通过改进测量技术、是可预见的，所以系统误差一般可通过改进测量技术、对测量结果加修正值等手段来减小。通常处理系统误差对测量结果加修正值等手段来减小。通常处理系统误差对测量结果加修正值等手段来减小。通常处理系统误差对测量结果加修正值等手段来减小。通常处理系统误差 的方法有以下几种：的方法有以下几种：的方法有以下几种：的方法有以下几种：（1 1 1 1）消除系统误差产生的根源。）消除系统误差产生的根源。）消除系统误差产生的根源。）消除系统误差产生的根源。（2 2 2 2）在测量结果中加修正值。确定出较为准确的修正公）在测量结果中加修正值。确定出较为准确的修正公）在测量结果中加修正值。确定出较为准确的修正公）在测量结果中加修正值。确定出较为准确的修正公 式、修正曲线或修正表格，以便修正测量结果。式、修正曲线或修正表格，以便修正测量结果。式、修正曲线或修正表格，以便修正测量结果。式、修正曲线或修正表格，以便修正测量结果。（3 3 3 3）在测量过程中采取补偿措施。）在测量过程中采取补偿措施。）在测量过程中采取补偿措施。）在测量过程中采取补偿措施。例如：在用热电偶测温时，采用冷端温度补偿器或冷端例如：在用热电偶测温时，采用冷端温度补偿器或冷端例如：在用热电偶测温时，采用冷端温度补偿器或冷端例如：在用热电偶测温时，采用冷端温度补偿器或冷端 温度补偿元件来消除由于热电偶冷端温度变化所造成的温度补偿元件来消除由于热电偶冷端温度变化所造成的温度补偿元件来消除由于热电偶冷端温度变化所造成的温度补偿元件来消除由于热电偶冷端温度变化所造成的 系统误差。系统误差。系统误差。系统误差。（4 4 4 4）采用可以消除系统误差的典型的测量技术。）采用可以消除系统误差的典型的测量技术。）采用可以消除系统误差的典型的测量技术。）采用可以消除系统误差的典型的测量技术。如采用零值法、微差法等等。如采用零值法、微差法等等。如采用零值法、微差法等等。如采用零值法、微差法等等。第11页，本讲稿共22页第三节第三节 随机误差随机误差 随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的基随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的基随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的基随机误差的分布规律，可以在大量重复测量数据的基础上总结出来，它符合统计学上的规律性，具有以下础上总结出来，它符合统计学上的规律性，具有以下础上总结出来，它符合统计学上的规律性，具有以下础上总结出来，它符合统计学上的规律性，具有以下的几个特点：的几个特点：的几个特点：的几个特点：(1)(1)(1)(1)绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；绝对值小的误差比绝对值大的误差出现的机会多；(2)(2)(2)(2)绝对值相等的正误差与负误差出现的机会相等；绝对值相等的正误差与负误差出现的机会相等；绝对值相等的正误差与负误差出现的机会相等；绝对值相等的正误差与负误差出现的机会相等；(3)(3)(3)(3)绝对值很大的误差出现的机会很小，可以认为在绝对值很大的误差出现的机会很小，可以认为在绝对值很大的误差出现的机会很小，可以认为在绝对值很大的误差出现的机会很小，可以认为在定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的定的测量条件下，随机误差的绝对值不会超过一定的界限；界限；界限；界限；(4)(4)(4)(4)随着测量次数的无限增加，随机误差的算术平均随着测量次数的无限增加，随机误差的算术平均随着测量次数的无限增加，随机误差的算术平均随着测量次数的无限增加，随机误差的算术平均值趋于零，即值趋于零，即值趋于零，即值趋于零，即第12页，本讲稿共22页 一、随机误差的正态分布一、随机误差的正态分布一、随机误差的正态分布一、随机误差的正态分布式中式中式中式中:x:x:x:x是测量值与真值之差；是测量值与真值之差；是测量值与真值之差；是测量值与真值之差；y y y y是误差等于是误差等于是误差等于是误差等于 的概率密度；的概率密度；的概率密度；的概率密度；是均方根误差或称标准偏差。是均方根误差或称标准偏差。是均方根误差或称标准偏差。是均方根误差或称标准偏差。第13页，本讲稿共22页（1 1）单峰性）单峰性（2 2）对称性）对称性（3 3）有限性）有限性（4 4）抵偿性）抵偿性第14页，本讲稿共22页极限误差：均方根误差的极限误差：均方根误差的3 3倍。倍。1 1、的概率是的概率是68.72%68.72%68.72%68.72%。2 2、的概率是的概率是95.45%95.45%。3 3、的概率是的概率是的概率是的概率是99.73%99.73%二、二、标准误差和概率积分标准误差和概率积分准则第15页，本讲稿共22页三、三、测量结果的最佳值测量结果的最佳值算术平均值算术平均值（1 1 1 1）在一系列等精度测量中，当测量次数为无）在一系列等精度测量中，当测量次数为无限多时，其最佳值为各观测值的算术平均值限多时，其最佳值为各观测值的算术平均值L L，并且此值十分接近于真值。，并且此值十分接近于真值。（2 2 2 2）各观测值与算术平均值偏差的平方和为）各观测值与算术平均值偏差的平方和为最小。最小。第16页，本讲稿共22页四、有限测量次数中误差的计算及各种误差的四、有限测量次数中误差的计算及各种误差的表示法表示法1 1、有限次测量次数时的标准误差、有限次测量次数时的标准误差2 2、算术平均值的标准误差、算术平均值的标准误差第17页，本讲稿共22页3 3、算术平均值的极限误差、算术平均值的极限误差4 4、相对极限误差、相对极限误差测量结果表示成：测量结果表示成：第18页，本讲稿共22页第四节第四节 可疑测量数据的剔除可疑测量数据的剔除莱伊特准则莱伊特准则格拉布斯准则格拉布斯准则t t检验准则检验准则迪克逊准则迪克逊准则极小概率极小概率事件一般事件一般不可能发不可能发生生第19页，本讲稿共22页第五节第五节 随机误差的计算随机误差的计算计算步骤计算步骤计算步骤计算步骤 1 1 1 1、首先剔除过失（粗大）误差。、首先剔除过失（粗大）误差。、首先剔除过失（粗大）误差。、首先剔除过失（粗大）误差。2 2 2 2、修正系统误差。、修正系统误差。、修正系统误差。、修正系统误差。3 3 3 3、确定不存在粗大误差和系统误差，对随机误、确定不存在粗大误差和系统误差，对随机误、确定不存在粗大误差和系统误差，对随机误、确定不存在粗大误差和系统误差，对随机误 差进差进差进差进行分析和计算。行分析和计算。行分析和计算。行分析和计算。第20页，本讲稿共22页（1 1 1 1）计算各次测量值的平均值：）计算各次测量值的平均值：）计算各次测量值的平均值：）计算各次测量值的平均值：（2 2 2 2）计算各测量值的偏差：）计算各测量值的偏差：）计算各测量值的偏差：）计算各测量值的偏差：（3 3 3 3）计算均方根误差和极限误差：）计算均方根误差和极限误差：）计算均方根误差和极限误差：）计算均方根误差和极限误差：（4 4 4 4）计算算术平均值的均方根误差和极限误差：）计算算术平均值的均方根误差和极限误差：）计算算术平均值的均方根误差和极限误差：）计算算术平均值的均方根误差和极限误差：（5 5 5 5）计算算术平均值的相对极限误差：）计算算术平均值的相对极限误差：）计算算术平均值的相对极限误差：）计算算术平均值的相对极限误差：（6 6 6 6）得出被测量的值为：）得出被测量的值为：）得出被测量的值为：）得出被测量的值为：（7 7 7 7）检查各测量值的偏差有无大于极限误差者，有则予以剔除）检查各测量值的偏差有无大于极限误差者，有则予以剔除）检查各测量值的偏差有无大于极限误差者，有则予以剔除）检查各测量值的偏差有无大于极限误差者，有则予以剔除（过失误差），按上述步骤重新计算。（过失误差），按上述步骤重新计算。（过失误差），按上述步骤重新计算。（过失误差），按上述步骤重新计算。第21页，本讲稿共22页 思考题：思考题：1 1、测量误差可分为哪几种？各类误差的主要特点是什么？、测量误差可分为哪几种？各类误差的主要特点是什么？如何处理这几种误差？如何处理这几种误差？2 2、直接测量误差计算的一般步骤是什么？、直接测量误差计算的一般步骤是什么？3 3、用精度等级为、用精度等级为0.50.5级，量程为级，量程为0-10MPa0-10MPa的弹簧管压力表测量的弹簧管压力表测量管道压力，示值管道压力，示值8.5MPa8.5MPa，试问测量值的最大相对误差和绝对误差，试问测量值的最大相对误差和绝对误差各为多少？各为多少？第22页，本讲稿共22页