史锦顺
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(一)误差范围的知识
测量是对量的认识。测量的目的是得到尽可能接近真值的测得值。测得值接近真值的程度是准确度,因此测量的目的是得到准确度够格的测得值。
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测得值与真值的差距用误差来描述。
测得值减真值是误差元。
误差元构成误差范围。误差范围是测量的性能。测量的性能,就是测量的能力,测量的水平,就是接近真值的程度,就是准确度。
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测量分两种类型:普通测量和精密测量。普通测量,分辨力低,几次测量是同一个测得值,于是有一个确定的误差元。普通测量,只一个误差元,这是误差范围的蜕化形式。
精密测量,分辨力高,N次测量有N个测得值,每个测得值有一个误差元,于是就有N个误差元。怎样表达精密测量的性能呢?不能取测得值平均值的误差元。因为它只表达系统误差,随机误差全淹没了。也不能取最大误差元,因为此值随N的增大而增大。要用贝塞尔公式计算标准偏差。3倍西格玛是随机误差的范围,随机误差范围加上系统误差范围,就是误差范围。
实用中,误差范围有误差范围实际值和误差范围标称值的区分。
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误差范围是测量的性能,也是仪器的性能、计量的性能、标准的性能、基准的性能。误差范围的褒称是准确度;误差范围的确切称呼是不准确度。无论历史上还是现实中,人们通常把误差范围称为准确度。
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(二)误差范围是测量性能
以下专谈测量场合,即只有测量者、被测量和选定的测量仪器A。
在测量场合,误差范围是依据,是性能,是水平。
在测量场合,只有测得值和测量仪器的误差范围值。测量者无法得知误差元(误差元等于测得值减真值,真值不知,也没有高等级的标准值),于是也就无法知道此时此地的测量的误差范围Δ(实)。但测量者知道测量仪器的误差范围Δ(标)。测量仪器是经过计量的,因此必有Δ(实) ≤Δ(标),这样就可以用测量仪器的误差范围来表征测量的误差范围。
测量仪器的误差范围就是测量的误差范围,就是测量的性能。
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测量就是要得到准确度够格的测得值。够不够格,就看测得值的误差范围是否小于要求的误差值。要求的误差值是名义值、纸面上的值。要求的误差是误差元的概念。达到的误差性能,是误差范围的概念。因为实测得到的有多个误差元,没必要也不可能一个一个地比,只用误差范围的值(就是包含区间的半宽。可能的最大误差元的值,比测得的最大值要大些),就可以了,也足够了。误差范围的值,小于等于测量仪器的误差范围。测量仪器的误差范围就是测量的性能。而测量仪器的误差范围是在选定测量仪器时就知道的。
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现代的精密测量,测量的水平取决于测量仪器。人的作用是正确选用并正确使用测量仪器,不需要技巧性操作。一套复杂的宇航测量系统,一个普通技术员操作,和一位院士操作,测量结果是一样的。所谓的操作,不过是按几下按钮。过去买菜称重,用杆秤,杆秤平衡靠人调,因此人的作用明显。现在称菜用电子秤,不需要人的调控技能,测量是否准确取决于电子秤。
测量的水平,即测量的性能,取决于测量仪器的性能。测量仪器的误差范围,就是测量的误差范围。
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知道了测量的误差范围,这对测量数据的需求方与数据的提供方(通常数据的需求方与提供方,就是测量者自己),就足够了,完全可以满足各种测量目的。从要求的层面来说,不必要求知道那个测得值减真值的误差元,因为误差元必定小于误差范围的值;从可实现的条件来说,测量者只能依据测量仪器的误差范围,给出测量数据的误差范围,不可能也没有必要得出特定的误差元,因为误差元在误差范围中(取3σ,包含概率99.73%)。
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如果现场有高档次测量仪器B,可以得到更准确的测得值的话,必然会用那个准确值MB,而废弃那前一个仪器A的测得值MA,再求前一个仪器测得值MA的误差元,已无必要。这里是测量,而不是计量。 既然有高档仪器给出更准确度的值MB,就必然用此更准确的值MB,接着是用那高档仪器的误差范围,来表征测量的性能。于是,测量结果的性能,还是误差范围,只是误差范围A换成误差范围B。
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