什么是電子測量儀器?你知道嗎?精確度是衡量電子測量儀器性能最重要的指標(biāo)，通常由讀數(shù)精度、量程精度兩部分組成。本文結(jié)合幾個具體案例，講述誤差的產(chǎn)生、計(jì)算以及標(biāo)定方法，正確理解精度指標(biāo)能夠幫助您選擇合適的儀器儀表。

一、測量誤差的定義

誤差常見的表示方法有：絕對誤差、相對誤差、引用誤差。

1)絕對誤差：測量值x*與其被測真值x之差稱為近似值x*的絕對誤差，簡稱ε。

計(jì)算公式：絕對誤差 = 測量值 - 真實(shí)值;

2)相對誤差：測量所造成的絕對誤差與被測量(約定)真值之比乘以100%所得的數(shù)值，以百分?jǐn)?shù)表示。

計(jì)算公式：相對誤差 =(測量值 - 真實(shí)值)/真實(shí)值×100%(即絕對誤差占真實(shí)值的百分比);

3)測量的絕對誤差與儀表的滿量程值之比，稱為儀表的引用誤差，它常以百分?jǐn)?shù)表示。

引用誤差=(絕對誤差的最大值/儀表量程)×100%

引用誤差越小，儀表的準(zhǔn)確度越高，而引用誤差與儀表的量程范圍有關(guān)，所以在使用同一準(zhǔn)確度的儀表時，往往采取壓縮量程范圍，以減小測量誤差

舉個例子，使用萬用表測得電壓1.005V，假定電壓真實(shí)值為1V，萬用表量程10V，精度(引用誤差)0.1%F.S，此時萬用表測試誤差是否在允許范圍內(nèi)?

分析過程如下：

絕對誤差：E = 1.005V - 1V = +0.005V;

相對誤差：δ=0.005V/1V×100%=0.5%;

萬用表引用誤差：10V×0.1%F.S=0.1V;

因?yàn)榻^對誤差0.005V<0.1V，所以10V量程引用誤差0.1%F.S的萬用表，測量1V相對誤差為0.5%，仍在誤差允許范圍內(nèi)。

二、測量誤差的產(chǎn)生

絕對誤差客觀存在但人們無法確定得到，且絕對誤差不可避免，相對誤差可以盡量減少。

誤差組成成分可分為隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差，即：誤差=測量結(jié)果-真值=隨機(jī)誤差+系統(tǒng)誤差

因此任意一個誤差均可分解為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差的代數(shù)和系統(tǒng)誤差：

1)系統(tǒng)誤差(Systematic error)

定義：在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。

產(chǎn)生原因：由于測量工具(或測量儀器)本身固有誤差、測量原理或測量方法本身理論的缺陷、實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)人員本身心理生理?xiàng)l件的制約而帶來的測量誤差。

特性：是在相同測量條件下、重復(fù)測量所得測量結(jié)果總是偏大或偏小，且誤差數(shù)值一定或按一定規(guī)律變化。

優(yōu)化方法：方法通常可以改變測量工具或測量方法，還可以對測量結(jié)果考慮修正值。

2)隨機(jī)誤差。

定義：隨機(jī)誤差又叫偶然誤差，是指測量結(jié)果與同一待測量的大量重復(fù)測量的平均結(jié)果之差。產(chǎn)生原因：即使在完全消除系統(tǒng)誤差這種理想情況下，多次重復(fù)測量同一測量對象，仍會由于各種偶然的、無法預(yù)測的不確定因素干擾而產(chǎn)生測量誤差。

特點(diǎn)：是對同一測量對象多次重復(fù)測量，測量結(jié)果的誤差呈現(xiàn)無規(guī)則漲落，可能是正偏差，也可能是負(fù)偏差，且誤差絕對值起伏無規(guī)則。但誤差的分布服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，表現(xiàn)出以下三個特點(diǎn)：

?單峰性，即誤差小的多于誤差大的;

?對稱性，即正誤差與負(fù)誤差概率相等;

?有界性，即誤差很大的概率幾乎為零。

優(yōu)化方法：從隨機(jī)誤差分布規(guī)律可知，增加測量次數(shù)，并按統(tǒng)計(jì)理論對測量結(jié)果進(jìn)行處理可以減小隨機(jī)誤差。

三、精密度、精確度與準(zhǔn)確度

精確度和誤差可以說是孿生兄弟，因?yàn)橛姓`差的存在，才有精確度這個概念。儀表精確度簡言之就是儀表測量值接近真值的準(zhǔn)確程度，通常用相對百分誤差(也稱相對折合誤差)表示。

1)測量偶然誤差的大小反映了測量的精密度

用同一測量工具與方法在同一條件下多次測量，如果測量值隨機(jī)誤差小，即每次測量結(jié)果漲落小，說明測量重復(fù)性好，稱為測量精密度好也稱穩(wěn)定度好。

2)系統(tǒng)誤差大小反映了測量可能達(dá)到的準(zhǔn)確程度

根據(jù)誤差理論可知，當(dāng)測量次數(shù)無限增多的情況下，可以使隨機(jī)誤差趨于零，而獲得的測量結(jié)果與真值偏離程度——測量準(zhǔn)確度，將從根本上取決于系統(tǒng)誤差的大小。

3)精確度是測量的準(zhǔn)確度與精密度的總稱

在實(shí)際測量中，影響精確度的可能主要是系統(tǒng)誤差，也可能主要是隨機(jī)誤差，當(dāng)然也可能兩者對測量精確度影響都不可忽略。在某些測量儀器中，常用精度這一概念，實(shí)際上包括了系統(tǒng)誤差與隨機(jī)誤差兩個方面，例如常用的儀表就常以精度劃分儀表等級。

四、儀器精度等級與量程

精確度是儀表很重要的一個質(zhì)量指標(biāo)，常用精度等級來規(guī)范和表示。精度等級就是最大相對百分誤差去掉正負(fù)號和%。按國家統(tǒng)一規(guī)定劃分的等級有0.05，0.02，0.1，0.2，1.5等。數(shù)字越小，說明儀器儀表的精確度越高。

儀表精確度不僅和絕對誤差有關(guān)，而且和儀表的測量范圍有關(guān)。如果絕對誤差相同的兩臺儀表，其測量范圍不同，那么測量范圍大的儀表相對百分誤差就小，儀表精確度就高;反之亦然，精度等級相同的兩臺儀器，量程范圍大的儀表絕對誤差也更大。

五、應(yīng)用精度的選擇

在實(shí)際應(yīng)用過程中，要根據(jù)測量的實(shí)際情況來選擇儀器的量程和精度，并不一定精度等級小的儀器，就一定有最好的測量效果。

例如：測量10V標(biāo)準(zhǔn)電壓，用100V擋、0.1級和15V擋、0.5級的兩塊萬用表測量，哪塊表測量誤差小?

解：第一塊表測的最大絕對允許誤差

△X1=±0.1%×100V=±0.10V。

第二塊表測的最大絕對允許誤差

△X2=±0.5%×15V=±0.075V。

比較△X1和△X2可以看出：雖然第一塊表準(zhǔn)確度比第二塊表準(zhǔn)確度高，但用第一塊表測量所產(chǎn)生的誤差卻比第二塊表測量所產(chǎn)生的誤差大。因此，可以看出，在選用儀器儀表時，并非準(zhǔn)確度越高越好，還要選用合適的量程，只有正確選擇量程，才能發(fā)揮其潛在的準(zhǔn)確度。

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