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恒值不變的或按一定規(guī)律變化的誤差稱為系統(tǒng)誤差或確定性誤差,它的出現(xiàn)一般是有規(guī)律的,可以在測量結(jié)果中消除其影響。然而,已經(jīng)存在的系統(tǒng)誤差如果沒有及時發(fā)現(xiàn),那么對于計量或儀器校準則是危險的,不能像偶然誤差一樣可以通過數(shù)據(jù)處理去發(fā)現(xiàn)和排除,而且有些系統(tǒng)誤差并不容易被發(fā)現(xiàn),這種誤差對計量的危害更大。而且測量的不確定度是用系統(tǒng)誤差表征的。根據(jù)測量的數(shù)據(jù),對被測事物的優(yōu)劣進行評定,測量的精度直接影響到一個產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的經(jīng)濟效益。在經(jīng)濟全球化的,測量精度甚至影響到*的進出口經(jīng)濟效益。近年來,各國的計量學者在研究測量方法的科學性、準確性方面做了很多研究。

隨著科技的發(fā)展以及各種統(tǒng)計理論的成熟,在測量硬件和軟件快速發(fā)展的同時,對儀器計量的準確性提出了更高的要求。由此可見,發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)誤差是很重要的工作。

其中電學測量具有靈敏度高、準確度高、廣泛應(yīng)用于各種計量技術(shù)和控制的特點,但對電學測量的影響因素也很多,而且不易被察覺。在對電學儀器計量的實驗中,測量的結(jié)果并不是被測產(chǎn)品的真實值,*早引用“誤差”的概念引起了不小的爭論。直到1927年,德國物理學家海森伯基于量子力學理論提出了不確定度關(guān)系。隨后,不確定度評定理論被廣泛地引用在對電學的計量中。

1、系統(tǒng)誤差分析

電學測量和計量中的系統(tǒng)誤差及來源可以分為人為因素、方法因素、儀器誤差、測量裝置因素、元件因素、電路特性因素以及環(huán)境因素等,而不同的因素則會產(chǎn)生不同的誤差?，F(xiàn)敘述如下:

人為因素:人員誤差、讀數(shù)誤差、操作誤差以及溫度、濕度等因素;

方法因素:違反規(guī)程操作、使用非標準方法;

儀器誤差:標準量具誤差、顯示特性因素、非平衡測量中指示儀表因素、間隔采樣因素等;

測量裝置因素:實驗設(shè)備因素、靈敏度因素;

元件因素:穩(wěn)定性、線性與非線性;

電路因素:直角誤差、交流電路中模和相角;

環(huán)境因素:磁場、電場、電流熱效應(yīng)、電路穩(wěn)定性等。

 2、不確定度評定方法研究

目前國內(nèi)常用的不確定度評定方法主要分為兩種:基于統(tǒng)計理論的靜態(tài)不確定度評定的傳統(tǒng)方法和基于新模型、新理論的動態(tài)測量不確定度評定方法。不確定度評定過程如圖1所示。

(1) 靜態(tài)不確定度評定

劉智敏等人提出的采用*方差法來對測量結(jié)果的標準不確定度進行評定;宋明順等人給出了測量值為一種*小二乘測量結(jié)果擴展的不確定度評定公式,此測量結(jié)果服從正態(tài)分布且相互獨立,并在實際應(yīng)用中得以驗證,彌補了GUM在該問題表述上的不足。我們對測量不確定度評定模型進行了驗證,用埃奇沃思級數(shù)展開形式來表示測量數(shù)據(jù)的分布函數(shù),然后由蒙特卡羅模擬法產(chǎn)生大量符合此分布函數(shù)的測量數(shù)據(jù)的模擬值,把計算出的模擬值的標準差作為不確定度評定的驗證值,從而能實現(xiàn)對各種不確定度評定模型的驗證。并且用實例分析了此方采用不同的測量儀器和方法對圖2中的電阻進行測量,測量方程及數(shù)據(jù)見表1。

(2) 動態(tài)不確定度評定

動態(tài)測量不確定度的理論是現(xiàn)代誤差理論的精髓,也代表了當代誤差理論的研究方向及進展。在理論上告別了以統(tǒng)計理論為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)方法,彌補了基于統(tǒng)計理論的傳統(tǒng)評定方法的不足。由于起步較晚,動態(tài)不確定度評定不能適用所有統(tǒng)計理論中的不確定度問題,如果把動態(tài)靜態(tài)不確定度結(jié)合使用,效果會更好。

以王中宇提出將灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ),來說明動態(tài)不確定度評定方法。標準不確定度的灰色評定模型,在測量過程中,由于測量誤差的存在,使測量結(jié)果在一定程度上是不確定的,因此測量系統(tǒng)可看作為一個灰色系統(tǒng)。若有一組測量數(shù)據(jù)序列x=[(sk)lk=1,2,…,n],以測量次數(shù)k為橫坐標,以測量值為縱坐標的原始測量序列圖如圖3所示。

3、結(jié)論

通過對不確定度評定的標準研究,得知測量不確定度評定在電學計量中的應(yīng)用是非常重要的,評定算法性、科學性等因素直接影響電學計量的好壞。通過對靜態(tài)不確定度評定與動態(tài)不確定度評定的比較,得到未來測量不確定度的發(fā)展方向為動態(tài)不確定度評定與靜態(tài)測量不確定度評定相結(jié)合,使得電學計量中應(yīng)用測量不確定度進行評定時更加、科學。