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如何消除實驗中的系統誤差?

放大字體  縮小字體 發布日期:2021-12-31  瀏覽次數:184
核心提示:在日常檢測中,任何物理量的測定,都不可能是絕對準確的,無論設備多么精密,方法多么正確,工作多么認真,所得的檢驗結果中或多或少總會有誤差,但是別急,誤差是客觀存在的,可用來衡量檢測結果準確度,誤差越小,檢測結果的準確度越高。
 系統誤差的定義

 

系統誤差(systematic error)又叫做規律誤差。

它是在一定的測量條件下,對同一個被測尺寸進行多次重復測量時,誤差值的大小和符號(正值或負值)保持不變;或者在條件變化時,按一定規律變化的誤差;在重復性條件下,對同一被測量進行無限多次測量所得結果的平均值與被測量。

 

產生系統誤差的原因

 

系統誤差是由固定不變或因素或按確定規律變化的因素所造成,主要包括以下幾個方面的因素:

1.儀器和裝置方面的因素

因使用的儀器本身不夠精密所造成的測定結果與被測量真值之間的偏差,如使用未經檢定或校準的儀器設備、計量器具等都會造成儀器誤差。


或因檢測儀器和裝置結構設計原理上的缺點,如齒輪杠桿測微儀直線位移和轉角不成比例而產生的誤差;由儀器零件制造和安裝不正確,如標尺的刻度偏差、刻度盤和指針的安裝偏心、天平的臂長不等所產生的誤差。


2.環境因素

待測量值在實際環境溫度和標準環境溫度下測量所產生的偏差、在測量過程中待測量隨溫度、濕度和大氣壓按一定規律變化的產生的偏差。


3.測定方法方面的因素

是由測定方法本身造成的誤差,或由于測試方法本身不完善、使用近似的測定方法或經驗公式引起的誤差。例如,在重量分析中,由于沉淀的溶解,共沉淀現象,灼燒時沉淀分解或揮發等原因都會引起測定的系統誤差。


4.人員因素

由于操作人員的生理缺陷、主觀偏見、不良習慣等到個人特點或不規范操作,如在刻度上估計讀數時,習慣上偏于某一方向、讀滴定管數值時偏高或偏低,滴定終點顏色辨別偏深或偏淺而產生的誤差。由于人員因素而產生的誤差一般稱為操作誤差。


5.使用試劑方面的因素

由于檢驗中所用蒸餾水含有雜質或所使用的試劑不純所引起的測定結果與實際結果之間的偏差。

 

系統誤差的減小和消除方法

 

1.從產生誤差的根源上消除系統誤差

在測定之前,要求檢測人員在檢測過程中可能產生的系統誤差進行認真的分析,必須盡可能預見一切可能產生系統誤差的來源,并設法消除或盡量減弱其影響。


例如,測量前對儀器本身性能進行檢查,使儀器的環境條件和安裝位置符合檢驗技術要求的規定;對儀器在使用前進行正確的調整;嚴格檢查和分析測量方法是否正確等來消除儀器、檢測方法、環境等因素而產生的系統誤差;為防止因儀器長期使用而使其精度降低,及時送計量部門進行周期檢定。


2.用校正方法來消除系統誤差

這種方法是對取測量用的滴定管、移液管、容量瓶等計量器具,在測量前進行修正,做出校正曲線或誤差表,測量后對實際測量值進行修正,從而避免或消除因此而產生的系統誤差。


3.用空白實驗來消除系統誤差

空白試驗是指在不加試樣的情況下,按分析檢驗方法標準或規程在同樣的操作條件下進行的測定。


空白試驗所得結果的數值為空白值。然后再對加入被測試樣按分析檢驗方法標準或規程在同樣的操作條件下進行測定得出試樣的測定值,最后從試樣的測定值中扣除空白值,就得到比較準確的分析結果,這樣可以消除因蒸餾水含有雜質或所使用的試劑不純所產生的系統誤差。


4.采用對照試驗消除系統誤差

對照試驗就是用同樣的分析方法在同樣的條件下,用標樣代替試樣進行的平行測定。通過對照試驗可以校正測試結果,消除系統誤差。


5.不變系統誤差消除方法

對測量過程中存在固定不變的系統誤差,可以采用以下消除方法:

①交換法:

根據誤差產生的原因,將引起系統誤差的某些條件相互交換,其他條件保持不變,使產生系統誤差的因素對測量結果起相反的作用,從而消除系統誤差。


如用等臂天平稱量時,由于天平左右兩個臂長有微小差別,稱量時會產生恒值系統誤差。如果將被稱量物品與砝碼在天平左右稱盤上交換,稱量兩次,取兩次測量結果的平均值為被測物品的最終測量結果,就可以消除天平兩臂不等而帶來的系統誤差。


②抵消法:

即要求進行兩次測量,改變測量中的某些條件,如測量方向、電壓極性等,使前后兩次測量的系統誤差大小相等、符號相反,取兩次測量結果的平均值即可消除系統誤差。


③代替法:

這種方法是在不改變測量條件的前提下,用已知的標準量代替被測量,再次進行測量,得出被測量與標準值的差值,即被測量等于標準值加差值,從而達到消除系統誤差的目的。


④零示法:

為了消除指示儀表不準而造成的系統誤差,在測量過程中使被測量對指示儀表的作用與已知的標準量對它的作用相互平衡,使指示儀表示零,這時被測量的量值就等于標準量值,這就是零示法。例如,電橋電路、電位差計等等都是用這種方法來消除指示儀表不準引起的系統誤差。


6.變化系統誤差的消除法

①半周期消除法:

對于周期性誤差,可以相隔半個周期進行一次測量,然后以兩次讀數的算術平均值作為測量值,即可以有效地消除周期性系統誤差。

例如,指針式儀表,若刻度盤偏心所引出的誤差,可采用相隔180°的一對或幾對的指針標出的讀數取平均值加以消除。


②對稱測量消除法:

對稱測量法可以有效消除隨時間變化而產生的線性系統誤差。

如用電壓表進行電壓測量時,在測量前先將電壓表校準調零后,再對電壓源的電壓進行測量,隨著測量時間的推移,電壓表的零點逐漸漂移而產生線性系統誤差,為了求得待測電壓源與標準電源的電壓之差,可以進行等時間間隔測量,則電壓表所示的待測電壓與標準電壓之差不受系統誤差的影響。


我們應根據具體的實驗條件,掌握系統誤差的特點,找出產生系統誤差的主要原因,采取適當措施降低它的影響。

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編輯:songjiajie2010

 
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