第二章误差处理PPT讲稿.ppt

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1、第二章误差处理第二章误差处理2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-1第1页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-2（一）（一）测量误差的概念测量误差的概念测量误差测量误差是测量结果与被测量是测量结果与被测量真值真值的差别的差别。被测量所具有的真实大小，被测量所具有的真实大小，在一定时空条件下，是客观在一定时空条件下，是客观存在的确定的数值。存在的确定的数值。第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理误差=M-T 偏差=M-T T为真值（得不到理想的）T 为

2、约是真值，由更高级精密仪器得到。一般认为即。一、误差的定义第2页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-3二、测量误差产生的原因二、测量误差产生的原因：人类对客观规律认识的局限性；人类对客观规律认识的局限性；测量器具不准确；测量器具不准确；测量手段不完善；测量手段不完善；测量条件发生变化；测量条件发生变化；测量人员疏忽或错误等。测量人员疏忽或错误等。第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第3页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院

3、 姜学东2-4 误差的存在有必然性和普遍误差的存在有必然性和普遍。正确认识误差的性质和来源以减小测量误差。正确认识误差的性质和来源以减小测量误差。正确处理测量数据，以得到接近真值的结果。正确处理测量数据，以得到接近真值的结果。合理制定测量方案，正确选择测量仪器。合理制定测量方案，正确选择测量仪器。三、控制测量误差的意义：三、控制测量误差的意义：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第4页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-5四、误差的分类四、误差的分类 按不同的特征

4、分，可有四种分类方法。按不同的特征分，可有四种分类方法。1.系统误差和随机误差系统误差和随机误差系统误差：在相同条件下分次测量同一量时，系统误差：在相同条件下分次测量同一量时，误差的绝对值及符号保持恒定，或在条件改变时误差的绝对值及符号保持恒定，或在条件改变时按条件中确定规律而改变的误差。即包括恒值误按条件中确定规律而改变的误差。即包括恒值误差和按一定规律变化的误差，可进行修正。差和按一定规律变化的误差，可进行修正。来源：仪表零点不准，刻度不准，所依据的理论来源：仪表零点不准，刻度不准，所依据的理论不严密，用了某些近似公式方法等等。不严密，用了某些近似公式方法等等。第5页，共72页，编辑于20

5、22年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-6关于关于系统误差系统误差：（a a）、造成系统误差的原因：）、造成系统误差的原因：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量设备的缺陷、测量仪器不准测量设备的缺陷、测量仪器不准例如电表零点例如电表零点没调好。没调好。测量仪器的安装、放置和使用不当测量仪器的安装、放置和使用不当测量环境变化测量环境变化使用的方法不完善，依据的理论不严密、采用使用的方法不完善，依据的理论不严密、采用近似公式。近似公式。系统误差可分为系统误差可分为仪器误差仪器误差和和环境误

6、差环境误差。例如温度、湿度例如温度、湿度电磁场变化电磁场变化第6页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-7（c c）、种类：）、种类：恒值系差恒值系差变值系差变值系差周期性周期性累进性累进性第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理（b b）、特点）、特点具有一定的规律性。具有一定的规律性。对于仪器系统误差可以采用一些方法避免对于仪器系统误差可以采用一些方法避免：特定的测量应当选择适当的仪器；特定的测量应当选择适当的仪器；确定仪器误差的大小后应用修正系数；确定仪器误差的大

7、小后应用修正系数；用一个标准仪器对仪器进行校准。用一个标准仪器对仪器进行校准。第7页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-8 随机误差：随机误差：在实际相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对在实际相同条件下多次测量同一量时，误差的绝对值和符号以不可确定的方式变化着的误差。值和符号以不可确定的方式变化着的误差。如偶如偶然的不规则的电磁场辐射，噪声干扰等造成随机误然的不规则的电磁场辐射，噪声干扰等造成随机误差没有规律，不可确定，不能控制，也不能用实验差没有规律，不可确定，不能控制，也不能用实验方法加以消除，但多次测量符合统计规律。方法加以消除，但

8、多次测量符合统计规律。第8页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-9关于关于随机误差随机误差：随机误差的绝对值随机误差的绝对值不会超过一定的界限。不会超过一定的界限。绝对值相等的正负误差绝对值相等的正负误差出现的机会相同出现的机会相同*在多次测量中，随机在多次测量中，随机误差相互抵消误差相互抵消（a a）、产生的原因）、产生的原因由影响微小、互不相关的多种因素造成。由影响微小、互不相关的多种因素造成。第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理例如：热骚动、噪声干扰，电磁场

9、微变，空气例如：热骚动、噪声干扰，电磁场微变，空气扰动，大地微震，测量人员感觉器官的各种无扰动，大地微震，测量人员感觉器官的各种无规律的微小变化等。规律的微小变化等。第9页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-10第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理（b b）、特点：）、特点：有界性，对称性，抵偿性。有界性，对称性，抵偿性。（c c）、对测量值的影响。（后续章节再讲）、对测量值的影响。（后续章节再讲）有界性有界性：随机误差的绝对值不会超过一定界限。：随机误差的绝对值

10、不会超过一定界限。对称性对称性：绝对值相等的正负误差出现的机会相同。：绝对值相等的正负误差出现的机会相同。抵偿性抵偿性：随机误差有相互抵消的特性。：随机误差有相互抵消的特性。第10页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-11第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理给出值：给出值：x x真值：真值：x x0 02 2、绝对误差和相对误差绝对误差和相对误差第11页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-12绝对误差绝对误差

11、绝对误差又叫绝对真误差，是示值和真绝对误差又叫绝对真误差，是示值和真值之差。值之差。x0=x-x0 (有量纲有量纲)第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第12页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-131、通过仪器仪表测得的值，例如电压表测得的值。通过仪器仪表测得的值，例如电压表测得的值。2 2、近似值，例如、近似值，例如 的值。的值。3 3、标称值，例如电阻的标称值。、标称值，例如电阻的标称值。1 1、理论上给出的值，例如三角形内角和为、理论上给出的值，例如三角形

12、内角和为1801800 0。2 2、计量学上规定的值，例如秒的数值，它具、计量学上规定的值，例如秒的数值，它具有法律性，作为时间的基准。有法律性，作为时间的基准。3 3、用高一等级的计量标准所测得的量值、用高一等级的计量标准所测得的量值,称为实际值。称为实际值。4 4、修正后的值、修正后的值,称为修正值。称为修正值。修正值修正值C=x0-x 示示值值：真真值值：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第13页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-14第二章第二章第二章第

13、二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理关于修正值：关于修正值：对于较好的仪器，常以表格、曲线或公式的方式随仪对于较好的仪器，常以表格、曲线或公式的方式随仪器带给用户。修正值：器带给用户。修正值：c=x0-x=-x0修正值通常在标准仪器中给出，修正值通常在标准仪器中给出，x0=x+c由得到实际值。由得到实际值。例如：下图为某电流表的修正值曲线例如：下图为某电流表的修正值曲线当电流表示值为当电流表示值为10mA时，时，从曲线可知从曲线可知C=+0.04mA因此，实际值为因此，实际值为10.04mAIC10mA+0.04第14页，共72页，编辑

14、于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-15a a、相对真误差即为通常所说的相对误差，是绝对误差、相对真误差即为通常所说的相对误差，是绝对误差与真值的比值：与真值的比值：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理相相对对误误差差示值相对误差示值相对误差第15页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-16b b b b、分贝误差、分贝误差、分贝误差、分贝误差-相对误差的对数表示相对误差的对数表示相对误差的对数表示相对误差的对数表示因所以可得

15、分贝的定义是依据两种功率电平之比：分贝的定义是依据两种功率电平之比：第16页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-17第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理当传输函数当传输函数A A为电流或电压时：为电流或电压时：（1 1）（2 2）（1 1）式与（）式与（2 2）式相比较，得到下式：）式相比较，得到下式：分贝误差分贝误差第17页，共72页，编辑于2022

16、年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-18c c、引用误差（满度误差）：用于连续刻度的仪表中，、引用误差（满度误差）：用于连续刻度的仪表中，表示整个量程内仪表的准确程度。表示整个量程内仪表的准确程度。仪表的量程仪表的量程*当传输函数为电压和电流时当传输函数为电压和电流时第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理因此，对于分贝误差有以下两种表示法：因此，对于分贝误差有以下两种表示法：*当为功率传输函数时当为功率传输函数时第18页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工

17、程学院 姜学东2-19常用电工仪表根据引用相对误差的不同分为七级：常用电工仪表根据引用相对误差的不同分为七级：分别表示引用相对误差所不超过的百分比。分别表示引用相对误差所不超过的百分比。仪表等级与测量的相对误差的关系仪表等级与测量的相对误差的关系，有重要公式如下：有重要公式如下：从上式可得到如下结论：从上式可得到如下结论：1 1、xm ，x0 ，第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理引用相对误差；引用相对误差；最大值最大值2 2、不用过分强调、不用过分强调s s小。小。第19页，共72页，编辑于2022年，星期二202

18、3/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-203、静态误差与动态误差静态误差与动态误差第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理静态相对误差是指被测量在稳态时，与其变化静态相对误差是指被测量在稳态时，与其变化速度无关的误差。以上所述都属静态误差。速度无关的误差。以上所述都属静态误差。动态误差是指测量时动态值与静态值之差。动态误差是指测量时动态值与静态值之差。第20页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-214 4、粗大误差粗大误差定义：超出规定条件下预期的误差。即坏

19、定义：超出规定条件下预期的误差。即坏值，通常表示为值，通常表示为x xk k第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第21页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-22第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理在实际应用中在实际应用中系统误差、随机误差、粗大误差三种误差的划分系统误差、随机误差、粗大误差三种误差的划分并非一成不变；并非一成不变；粗大粗大误差误差系统系统误差误差随机随机误差误差较为随机时

20、较为随机时有规律时有规律时较大时较大时较多时较多时较大时较大时较多时较多时第22页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-23五、测量误差对测量结果的影响五、测量误差对测量结果的影响第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理1 1、系统误差的影响：、系统误差的影响：第23页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-24第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据

21、处理当当确定性系差表达式确定性系差表达式当系差为当系差为0 0，则有，则有2 2、随机误差的影响、随机误差的影响当系统误差为零当系统误差为零,有有结论：系统误差使测量值的数学期望偏离被测量的真值结论：系统误差使测量值的数学期望偏离被测量的真值结论：某次测量的随机误差体现测量值对数学期望的偏离。结论：某次测量的随机误差体现测量值对数学期望的偏离。第24页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-25第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理精密度精密度:是用来表示测量结果中随机

22、误差大小的程度是用来表示测量结果中随机误差大小的程度.也可以简称为精度也可以简称为精度.精确度精确度:是用来同时表示测量结果中系统误差和随机是用来同时表示测量结果中系统误差和随机误差大小的程度误差大小的程度.准确度准确度：是表示测量结果中系统误差大小的程度：是表示测量结果中系统误差大小的程度.定义：定义：测量值的精确度、精密度和准确度测量值的精确度、精密度和准确度描述测量数据的分散程度。描述测量数据的分散程度。3.测量误差的评定第25页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-26第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据

23、处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理举例：举例：打靶打靶第26页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-27第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理(a)(a)图准确度高而精密度低图准确度高而精密度低(b)(b)图精密度高而准确度低图精密度高而准确度低(c)(c)图精确度高图精确度高(a)(a)(b)(b)(c)(c)x x0 0第27页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-28第二章第二章第二章第二章 测量

24、误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理目的：目的：用概率论和数理统计的方法研究测量数据的分布用概率论和数理统计的方法研究测量数据的分布规律，及测量数据平均值的性质；规律，及测量数据平均值的性质；用统计平均的方法克服或处理随机误差。用统计平均的方法克服或处理随机误差。采用的方法：采用的方法：概率论和数理统计的方法。概率论和数理统计的方法。（二）（二）测量误差的分析与处理测量误差的分析与处理第28页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-29数学期望数学期望 对被测量对被测量x进行进行n次测量，得到次测

25、量，得到x1xn称为随机变量，称为随机变量，则测量值则测量值x的数学期望为的数学期望为一、随机误差的影响及统计处理一、随机误差的影响及统计处理 测量数据的数学期望与方差测量数据的数学期望与方差第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理则易知：随机误差：则易知：随机误差：系统误差：系统误差：绝对误差：绝对误差：第29页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-30第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理

26、测量值的方差反映了测量值的离散程度，也就是随机误差测量值的方差反映了测量值的离散程度，也就是随机误差对测量值的影响。对测量值的影响。1 1、（1 1）、数据为离散时）、数据为离散时相当于算术平均值相当于算术平均值测量值的数学期望反映了测量值平均的结果；测量值的数学期望反映了测量值平均的结果；第30页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-31第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理（2 2）、数据为连续时）、数据为连续时第31页，共72页，编辑于2022年，星期二2023

27、/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-32第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理2 2、n n为有限次时为有限次时（1 1）、有限次测量时平均值的数学期望和方差）、有限次测量时平均值的数学期望和方差 对于一系列等精密度的测量，当测量系统、测量条件和被测对于一系列等精密度的测量，当测量系统、测量条件和被测量不变，则具有相同的数学期望和标准偏差。量不变，则具有相同的数学期望和标准偏差。第32页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-33第二章第二章第二章第二章 测量

28、误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理概率论中两个定理：概率论中两个定理：一、几个随机变量一、几个随机变量之和的数学期望之和的数学期望等于各随机变量等于各随机变量的的数学期望之和数学期望之和。二、几个相互独立的随机变量二、几个相互独立的随机变量之和的方差之和的方差等于各个等于各个随机变量随机变量方差之和方差之和。当我们对某被测量进行一系列当我们对某被测量进行一系列独立独立的的等精密度等精密度的的测量时，也就是说，从统计学观点来看，测量系统、测测量时，也就是说，从统计学观点来看，测量系统、测量条件、和被测量不变，他们具有相同的数学期望和标量条件、和被

29、测量不变，他们具有相同的数学期望和标准偏差。准偏差。第33页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-34第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理或：或：结论：结论：1 1、平均值的数学期望等于总体数学期望、平均值的数学期望等于总体数学期望标准偏差标准偏差2 2、平均值的方差减少了、平均值的方差减少了n n倍。倍。第34页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-35第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论

30、及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理用平均值估计用平均值估计M(X).M(X).对于方差对于方差,用贝塞尔公式估计用贝塞尔公式估计:或或残差残差（2 2）、用有限次测量估计测量值的数学期望和方差）、用有限次测量估计测量值的数学期望和方差第35页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-36第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理数学期望和方差数学期望和方差总体数学期望总体数学期望总体方差总体方差均值数学期望均值数学期望均值方差均值方差数学期望估计数学期望估

31、计方差估计方差估计1)(12-=nv2Xniis s第36页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-37第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理二、异常数据的剔除二、异常数据的剔除异常数据异常数据：误差绝对值较大的测量数据，它对测量值：误差绝对值较大的测量数据，它对测量值的平均值及标准偏差估计值都有较大的影响。的平均值及标准偏差估计值都有较大的影响。产生原因产生原因：测量仪器、测量方法、测量条件不正常或：测量仪器、测量方法、测量条件不正常或测量人员的错误所造成。测量人员的

32、错误所造成。判别异常数据的思路：给定置信概率、找出相应区间、判别异常数据的思路：给定置信概率、找出相应区间、区间外数据即为异常数据。区间外数据即为异常数据。第37页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-38第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理判别异常数据常用准则：判别异常数据常用准则：莱特准则：莱特准则：肖维纳准则：肖维纳准则：格拉布斯准则：格拉布斯准则：对于均匀分布：对于均匀分布：第38页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学

33、院 姜学东2-39莱特准则莱特准则由于随机误差的影响，测量数据有一定的分散性由于随机误差的影响，测量数据有一定的分散性在正态分布下，由统计学知识在正态分布下，由统计学知识第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第39页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-40 即误差绝对值超过即误差绝对值超过3G（x）的概率分布仅占）的概率分布仅占0.27%，因此常把，因此常把3G（x）作为判别异常数据的界限。）作为判别异常数据的界限。工程技术中工程技术中即置信系数为即置信系数为3、2

34、。计量技术中取计量技术中取第40页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-41莱特准则莱特准则 在测量数据为正态分布的情况下，如果测量次数足够多，在测量数据为正态分布的情况下，如果测量次数足够多，习惯上取习惯上取3G（x）作为判别异常数据的界限，称为莱特准则。）作为判别异常数据的界限，称为莱特准则。（足够多指（足够多指n10次）次）第41页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-42第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理

35、三、误差的处理三、误差的处理系统误差的处理：系统误差的处理：1 1、确定系统误差是否存在；、确定系统误差是否存在；2 2、分析原因，在测量前和测量过程中尽力消除；、分析原因，在测量前和测量过程中尽力消除；3 3、对掌握了大小和方向的系统误差，采用一定、对掌握了大小和方向的系统误差，采用一定的方法对残余的系统误差进行修正；的方法对残余的系统误差进行修正；4 4、对不能掌握大小和方向的系统误差，要尽力、对不能掌握大小和方向的系统误差，要尽力估计大体范围，掌握对测量结果的影响。估计大体范围，掌握对测量结果的影响。采用一些专门的测量技采用一些专门的测量技术和测量方法术和测量方法第42页，共72页，编辑

36、于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-43第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理1 1、恒值系差的判别：、恒值系差的判别：用多次测量的平均值与被测量真值之间是否用多次测量的平均值与被测量真值之间是否存在差异的办法来检验。存在差异的办法来检验。系统误差分为系统误差分为恒值系差恒值系差和和变值系差变值系差。由前述公式可知，测量的绝对误差由前述公式可知，测量的绝对误差第43页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-44对于同时存在的随机误差

37、和系统误差的测量数据，对于同时存在的随机误差和系统误差的测量数据，只要测量次数足够多，各次测量绝对误差的算术平只要测量次数足够多，各次测量绝对误差的算术平均值就等于测量的系统误差均值就等于测量的系统误差。取平均值后，随机误差的影响可以消除。取平均值后，随机误差的影响可以消除。证明：证明：第44页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-45例：用一数字电压表在相同条件下测同一电源的电压得到例：用一数字电压表在相同条件下测同一电源的电压得到几个数据如下。经计量单位鉴定该电源电压的实际值为几个数据如下。经计量单位鉴定该电源电压的实际值为6.189V。

38、求测量的系统误差的估计值（。求测量的系统误差的估计值（P24）i123456789101112Vi6.2386.2366.2276.2356.2286.2256.2376.2296.2346.2326.2246.230第45页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-46变值系差变值系差累进性系差累进性系差周期性系差周期性系差2、变值系差的判别：第46页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-47第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理

39、论及数据处理判据：判据：1 1、马利可夫判据：、马利可夫判据：用于累进性系差的判别。用于累进性系差的判别。N N为偶数时为偶数时N N为奇数时为奇数时当当存在累进性系差存在累进性系差第47页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-48第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理2 2、阿卑、阿卑-赫梅特判据赫梅特判据常用于判别周期性系差，也可用来发现累进性系差。常用于判别周期性系差，也可用来发现累进性系差。若若则认为测量中存在变值系差。则认为测量中存在变值系差。第48页，共7

40、2页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-49第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理消除或减弱系统误差的典型测量技术消除或减弱系统误差的典型测量技术根据测量的具体条件和内容，可选择以下几种方法：根据测量的具体条件和内容，可选择以下几种方法：1 1、零示法、零示法G GV VVxVxR1R1R2R2使被测量对指示仪表的作用与某已知的标准量对它的使被测量对指示仪表的作用与某已知的标准量对它的作用相互平衡，使指示仪表示零，被测量等于标准量。作用相互平衡，使指示仪表示零，被测量等于标准

41、量。第49页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-50第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理2 2、代替法（置换法）、代替法（置换法）是在测量条件不变情况下，用一个标准已知量代替是在测量条件不变情况下，用一个标准已知量代替被测量，并调整标准量使仪器的示值不变，那么，被测被测量，并调整标准量使仪器的示值不变，那么，被测量等于标准量的数值。量等于标准量的数值。G GRxRxR3R3R1R1R2R2G GR0R0R3R3R1R1R2R2第50页，共72页，编辑于2022年，

42、星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-51第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理3 3、交换法（对照法）、交换法（对照法）进行两次测量，交换被测量在系统中的位置或进行两次测量，交换被测量在系统中的位置或测量方向使两次测量中误差源对被测量的作用相反，测量方向使两次测量中误差源对被测量的作用相反，对照两次测量值，取平均值，减小系统误差影响。对照两次测量值，取平均值，减小系统误差影响。4 4、微差法、微差法 与零示法类似，不同的是，被测量与标准量存在与零示法类似，不同的是，被测量与标准量存在微差，不能完

43、全消除指示仪表误差带来的影响，但微差，不能完全消除指示仪表误差带来的影响，但不需要标准量连续可调。使用较为广泛。不需要标准量连续可调。使用较为广泛。第51页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-52思想：利用莱特准则，去除粗大误差，求出标准误差思想：利用莱特准则，去除粗大误差，求出标准误差步骤：步骤：a.按测量先后次序列成表格按测量先后次序列成表格 b.计算算术平均值计算算术平均值 c.计算剩余误差计算剩余误差 vi d.计算均方根差（标准误差）计算均方根差（标准误差）1 e.检查有无检查有无3的的vi g.重新整理表格重新整理表格 h.重新

44、求均方根差重新求均方根差2如此循环，直到全部在如此循环，直到全部在3之内。之内。j.结果输出。结果输出。随机误差的处理：随机误差的处理：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第52页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-53利用软件来实现：利用软件来实现：流程图如下：流程图如下：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第53页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气

45、工程学院 姜学东2-54第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理总误差与分项误差的关系：总误差与分项误差的关系：各分项误差各分项误差总误差总误差合成合成限定总误差限定总误差各分项误差各分项误差分配分配一、误差传递公式一、误差传递公式设设若若 y y 在在 附近各阶附近各阶偏导数存在，则可把偏导数存在，则可把y y展开为台劳级数，且略去高阶展开为台劳级数，且略去高阶小量，有：小量，有：（三）（三）测量误差的合成与分配测量误差的合成与分配第54页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院

46、姜学东2-55第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理同理，有同理，有m m个分项时，有个分项时，有（1 1）（1 1）式适用于函数的和、差关系。）式适用于函数的和、差关系。例：例：第55页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-56第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理对于相对误差，有：对于相对误差，有：（2 2）将（将（1 1）式）式代入代入第56页，共72页，编辑于2022年，星期二2023

47、/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-57第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理二、系统误差的合成二、系统误差的合成有：有：（2 2）式适用于函数乘、商、开方和乘方关系。）式适用于函数乘、商、开方和乘方关系。例：例：第57页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-58第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理三、随机误差的合成三、随机误差的合成根据上述的推导，若系差为零，则有：根据上述的推导

48、，若系差为零，则有：如随机误差可以忽略，则有：如随机误差可以忽略，则有：第58页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-59四、分配四、分配对于对于m m项相互独立的分项测量结果，有：项相互独立的分项测量结果，有：第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理常见的误差分配原则常见的误差分配原则:1 1、等准确度分配、等准确度分配指以相等的误差分配到各分项。指以相等的误差分配到各分项。第59页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东

49、2-60第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理第60页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-61第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理2 2、等作用分配、等作用分配指分配给各分项的误差对测量误差总和的作用指分配给各分项的误差对测量误差总和的作用或对总和的影响相同。或对总和的影响相同。第61页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-62第二章第二

50、章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理分配给各分项的误差为：分配给各分项的误差为：第62页，共72页，编辑于2022年，星期二2023/1/24北京交通大学电气工程学院 姜学东2-63第二章第二章第二章第二章 测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理测量误差理论及数据处理一、有效数字及数字的舍入规则一、有效数字及数字的舍入规则有效数字：有效数字：规定误差不得超过末位单位数字的一半，规定误差不得超过末位单位数字的一半，从左边第一个不为零的数字起，到右面从左边第一个不为零的数字起，到右面最后一个数字止，为有