更新时间:2022-08-25 15:26
误差是实验科学术语。指测量结果偏离真值的程度。对任何一个物理量进行的测量都不可能得出一个绝对准确的数值,即使使用测量技术所能达到的最完善的方法,测出的数值也和真实值存在差异,这种测量值和真实值的差异称为误差。数值计算分为绝对误差和相对误差。也可以根据误差来源分为系统误差(又称可定误差、已定误差)、随机误差(又称机会误差、未定误差)和毛误差(又称粗差)。
绝对误差和相对误差
绝对误差(Absoluteerror)=测量值-真值。是测量值(单一测量值或多次测量值的均值)与真值之差。若测量结果大于真值时,误差为正,反之为负。
相对误差(RelativeError)=绝对误差÷真值。为绝对误差与真值的比值(可以用百分比(%)、千分比(ppt)、百万分比(ppm)表示,但常以百分比表示)。一般来说,相对误差更能反映测量的可信程度。
例如,测量者用同一把尺子测量长度为1厘米和10厘米的物体,它们的测量值的绝对误差显然是相近的,但是相对误差前者比后者大了一个数量级,表明后者测量值更为可信。
系统误差、随机误差和毛误差
系统误差(Systemerror)分为固定误差与比例误差,原因可能有仪器本身误差(instrumentalerrors)、采用方法的误差(methoderrors)、个人误差(personalerrors)、环境误差(Environmentalerror)。理论上系统误差可以通过一定的手段(如:校正)来消除。举例而言,天平的两臂应是等长的,可实际上是不可能完全相等的;天平配置的相同质量的砝码应是一样的,可实际上它们不可能达到一样。
随机误差(Randomerror),无法控制的变因,会使得测量值产生随机分布的误差。它服从统计学上所谓的“正态分布”或称“高斯分布”,它是不可消除的,在这个意义上,测量对象的真值是永远不可知的,只能通过多次测量获得的均值尽量逼近。系统误差以相同的方式影响所有测量值,将它们推向同一个方向;随机误差,则随着不同次的测量而变化,有时候向上或向下。
毛误差(Grosserror),毛误差主要是由于测量者的疏忽犯下不应有的错误造成的。例如读数错误、记录错误、测量时发生未察觉的异常情况等等,这种误差是可以避免的(如:舍弃有关数据重新测量)。
个人误差又称人员误差,是由于测定人员的分辨力、反应速度的差异和固有习惯引起的误差。这类误差往往因人而异,因而可以采取让不同人员进行分析,以平均值报告分析结果的方法予以限制。
毛误差主要是由于测量者的疏忽所造成的。
用等式可以表达,随机误差中可能存在的结果为,单独测量值=精确值+随机误差。
而系统误差中,则结果为:单独测量值=精确值+偏度+随机误差。
误差的分布情况具有如下性质:
在同一条件下,多次测量同一量值时,误差的绝对值和符号保持不变,或者在条件改变时,误差按一定的规律变化,故多次测量同一量值时,系统误差不具有抵偿性,这是系统偏差与随机误差的本质区别。
根据系统偏差在测量过程中所具有的不同变化特性,将系统偏差分为恒定系统偏差和可变系统偏差两大类。
在整个测量过程中,误差大小和符号均固定不变的系统偏差。
某量块的公称尺寸为10mm,实际尺寸为10.001mm,误差为-0.001mm,若按公称尺寸使用,则始终会存在-0.001mm的系统误差 。
某千分尺零位位置不指零,也会在使用过程中造成对每次测量量值读数的一个常量的零值误差 。
在整个测量过程中,误差的大小和符号随着测量位置或时间的变化而发生有规律的变化。
1.线性变化系统偏差。
2.周期性变化系统偏差。
3.复杂规律变化系统偏差。