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测量结果的详细表达与示意图
来源:    发布时间: 2017-02-03 09:10   2556 次浏览   大小:  16px  14px  12px
测量结果的详细表达与示意图

引言  基本定义的公式表达
       误差表示测得值与被测量真值的差距。依应用场合的不同,有三种含义:误差元、误差范围或泛指二者。
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       误差元:测得值减真值
                  r = M-Z                                                                              (1)
       误差范围:误差元的绝对值的一定概率(99%以上)意义上的最大可能值
                  R =|r|max = |M-Z|max                                                        (2)
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       误差范围是误差理论的基本概念,它贯通于测量仪器的研制、计量、应用测量三大场合。误差范围又称为:极限误差、准确度、准确度等级、最大允许误差等。
       误差元是构成误差范围的元素。误差元是误差分析的基础。误差元的定义提示:误差分析就是求测得值函数的差分或微分。有了误差元,才能求出误差范围,并使误差范围有明确的物理意义。误差范围的定义,体现了误差量的两大特点:绝对性和上限性,也提示了推导公式的基本方法是解绝对值方程和找绝对值的最大值。
       公式(1)与公式(2)是误差理论的基本公式。是测量计量理论公式化即严格化的基础。
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1 测量结果的简化表达
1.1 公式推导
       从公式(2),可以方便地推导测量结果的公式。
       物理公式是关于真值的关系式。表征仪器物理机制的物理公式为
                  Z = f (X1,X2,……XN)                                                            (1.1)
       Z为被测量的真值。Xi是仪器各构成单元作用量的真值。
       测量仪器的计值公式为
                  M = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)                                           (1.2)
       m表测得值,o表标称值,二取其一。
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       误差元为
                  r = M – Z
                    = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN)                             (1.3)
       误差元的绝对值的最大值为
                  │M-Z│max= │f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN)│max     (1.4)
       这个“误差元绝对值的最大可能值”就是误差范围,记(1.4)式右端为误差范围R(恒正), 有
                  │M –Z│max= R                                                                     (3)
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       公式(3)是一个基本公式。本节前面的推导,是测量仪器误差范围本身的内容表达;下面由误差范围的定义,推导测量结果的公式。
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       去掉(3)式最大值符号,有
                  │M – Z│ ≤ R                                                                      (1.5)
       解绝对值关系式(1.5)
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       当 Z<M时
                  ∵ M – Z ≤ R
                  ∴ Z ≥ M - R                                                                         (1.6)
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       当Z>M时
                  ∵ Z - M ≤ R 
                  ∴ Z ≤ M + R                                                                       (1.7)
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       综合(1.6)式、(1.7)式,有
                 M-R ≤ Z ≤ M + R                                                                  (4)
      (4)式简记为
                 Z = M ± R                                                                            (5)
      (5)式是测量结果的表达式。简称测量结果。
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1.2 测量仪器的误差范围指标值,就用为测量中测得值的误差范围值
       测量仪器示值误差的定义:在正常工作环境下,测量仪器示值与被测量真值之差
                  r仪 = M-Z                                                                           (2.8)
                  R仪= |r仪|max = |M-Z|max                                                  (2.9)
       同一规格型号的仪器,标有误差范围的同一指标值,记为R仪/指标。
       测量误差的定义式是(1)(2),有
                  R测 = R = R仪
                  ∵R仪 ≤ R仪/指标
                  ∴R测 ≤ R仪/指标
       故可用R仪/指标表示R测,保守计算,有:
                   R测 = R仪/指标  
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       用测量仪器测量被测量,在仪器的正常工作条件下,测得值的误差范围不会超过测量仪器的误差范围指标值。因此,用测量仪器的误差范围指标值当测得值的误差范围,是冗余代换。不必另行评定,就认定:
                  R测 = R仪/指标(MPEV)                                                      (6)
       根据公式(6),测量工作中,用测量仪器的误差范围指标值,当做测得值的误差范围.这对实际工作是十分方便的。
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2 测量结果的详细表达
       着眼于全区间的简化表达式为
                 M-R ≤ Z ≤ M + R                                                                   (4)
       M是测得值,Z是被测量的真值,R是误差范围。
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2.1 R的表达      
       定义式
                   R =|r|max = |M-Z|max
                   r = M-Z=M平±3σ - Z
                   r = β±3σ                                                                              (7)
        (7)式之二项取方根,就是一项系统误差与一项随机误差范围的合成,为:
                   R =√[β2+(3σ)2]                                                                   (8)
-
2.2 测量结果的详细表达
       系统误差β的幅度|β|是恒定值;而其符号,可能是正值,也可能是负值。这样,被测量真值存在区间的负极值为
                  -R= -√[(-|β|)2+(3σ)2]                                                           (9)
       被测量真值存在区间的正极值为
                  +R= +√[(+|β|) 2+(3σ)2]                                                       (10)
       关于公式(9)(10)符号的说明:在被测量真值存在区间的表达中,测得值M平是比较标准,是常量,而被测量的真值Z是变量。故下界点是-|β|,而上界点是+|β|。
-
       着眼于全区间的测量结果的详细表达为
                  M平 -√[(-|β|)2+(3σ)2] ≤ Z ≤ M平 +√[(-|β|)2+(3σ)2]              (11)
       (11)式是测量结果,简记为
                  L真= M平±√[β2+(3σ)2]                                                        (12)
        与测量结果详细表达式(11)相应的被测量存在区间的表达式为:
                 【-√[(-|β|)2+(3σ)2] ,+√[(-|β|)2+(3σ)2]】                            (13)

 

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