传感器技术：如何发现实验或测置中存在系统误差
- 2019/7/10 10:42:52 23139
- 来源：传感器专家网
【仪表网 仪表科普】在实验和测量工作中，系统误差的存在是不可避免的，若不能有效地加以消除，就会使测量结果受到歪曲，从而不能保证测量结果的正确性，按照偶然误差理论评定测量结果的精度大小也就失去了意义。因此，在任何一项实验工作和具体测量中，首先必须要想办法大限度地减小和消除一切可能存在的系统误差。由于实验和测量过程中造成系统误差的因素十分复杂，只有弄清其产生的各种原因，才有可能消除和减小它的影响。下面介绍几种发现系统误差的简单方法。
1.分析实验所依据的理论公式所要求的约束条件在测量中是否已被满足
这类例子很多，如伏安法测电阻实验是根据欧姆定律，而公式中的R=V/I和I是代表电阻尺上的电压和流过它的电流。由于两种仪表的互相影响是不可能同时满足这一条件的，因 而会引起系统误差，因此必须按伏安法的不同接线方法(内接和外接)对测量所用公式进行修正。又如测液体内摩擦系数实验是用小球在液体中下落来测定的，由斯托克斯(stoke)定律可导出下落速度V0与内摩擦系数的关系。
但式(4-24)的成立条件是在无限宽广的液体中下落时才正确，但实验时是不可能很好地满足这一条件的，通常都是让小球在一圆筒所盛的液体中下落，其下落高度也是一定的。设圆筒半径为尺，筒内液体高度为则公式应修正为
再如热学实验中所用的许多测量公式，都必须考虑散热或吸热所引起系统误差的修正等。
如0.1级的电桥和电阻箱，它们使用的允许温度范围分别为20℃ 土 5 ℃和20 °C±8 °C。 又如电位差计实验中用到的标准电池，它给出的电动势数值是工作温度为20 ℃的，而一般都不可能被满足，若不对电动势作温度修正，也将给测量结果引人系统误差。又如电磁测量中各类电表都有一定的使用条件，有的要求水平放置，有的要求垂直放置，若使用时不注意这一点就会使电表读数不正确，而给测量结果引入系统误差。这个问题，看来简单，而且每块电表上 也已注明放置方向，但常常却被实验者忽略。再如热力学实验中经常用到天平，而使用天平时，首先必须调节仪器的水平和零点，否则也将给测量结果引人系统误差。
3.对比方法
包括实验方法的对比，仪器的对比，测量方法和测量条件的对比。
实验方法的对比是指用不同实验方法测同一量，看结果是否一致。若不一致，则其中之一必存在系统误差。例如，测电子荷质比，可用磁控管法、螺旋轨道法、塞曼效应或其他方法来测，比较这些测量结果，就可以发现它们是否存在系统误差。
仪器的对比更简单一些，例如用两台电桥同时去测一电阻，若结果相差较大，则说明其中一台或两台有系统误差。若其中一台是经过检定的比较准确的电桥，那就表明另一台存在系统误差。
测量条件和测量方法的对比是指改变测量条件和改变测量方法来观察测量结果有无显著的不同，从而发现有无系统误差存在。
4.数据分析法
数据分析法主要用于发现测量中是否存在变化的系统误差。
若有测量值数列L1，L2，…，Ln，要想求出算术平均值及偏差(也叫残差)，则可用以下方法发现系统误差。
方法的理论依据是：测量的偶然误差多数均服从正态分布，若测量中存在明显的系统误差，则测量结果就不会遵从正态分布，从而可发现有规律变化的系统误差。
判据1：将测量值数列的偏差按测量的先后次序排列，观察其数值和符号的变化，若发现数值的大小向一个方向呈有规律的变化，说明有累进的线性系统误差；若发现的符号作有规律的交替变化，则测量中存在周期性系统误差。应当指出，只有当测量中系统误差远较偶然误差大时，这种方法才有较明显的效果。
判据2：若按测量次序，测量值数列前一半数据的偏差之和与后一半偏差之和的差值?如果显著不为0，则表明该测量值数列含有线性系统误差；反之，若无系统误差存在，则?值必定趋近于0。
判据2对判断系统误差的存在较判据1有效，因为若测量数据中偶然误差比较大，按判据1所述方法常常会检査不出系统误差的存在。
5.剩余误差观察法
剩余误差观察法是根据测量数据的各个剩余误差大小和符号的变化规律，直接由误差数 据或误差曲线图形来判断有无系统误差。这种方法主要适用于发现有规律变化的系统误差。 若剩余误差大体上是正负相间，且无显著变化规律，则无根据怀疑存在系统误差，如图4 -14 (a)所示;若剩余误差数值有规律地递增或递减，且在测量开始与结束时误差符号相反，则存在线性系统误差，如图4-14(b)所示；若剩余误差符号有规律地逐渐由负变正、再由正变负，且循环交替重复变化，则存在周期性系统误差，如图4 - 14(c)所示；若剩余误差有如图4 - 14(d) 所示的变化规律，则应怀疑同时存在线性系统误差和周期系统误差。图中P为剩余误差，n为测量次数。
(原文标题：传感器技术：如何发现实验或测置中存在系统误差)
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