物理实验 测量不确定度与数据处理54页PPT
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测量不确定度与数据处理课件
样品的不均匀性
对于某些测量对象，其内部不 同部位可能存在差异，这也会 导致测量结果的不确定度增加
。
测量不确定度的评估方法
根据历史数据建立不确定 度评估模型
通过对历史数据进行统计分析 ，可以建立不确定度评估模型 ，用于预测未来测量结果的不 确定度。
利用仪器设备的校准证书
仪器设备的校准证书通常会提 供有关仪器设备的不确定度信 息，可以用于评估测量结果的 不确定度。
数据整理包括对采集到的数据进行清洗、整理和转换等操作，使其满足后续分析的 要求。
制定数据采集计划：根据研究目的和范围，制定详细的数据采集计划，包括数据采 集的方法、时间、人员和预算等。
数据清洗与预处理
数据清洗包括去除重复数据、处 理缺失值、检测并处理异常值等 操作，以提高数据的质量和准确
性。
数据预处理包括对数据进行转换 、标准化和归一化等操作，以消 除数据间的尺度差异和提高数据
不确定度的来源
分析实验过程中可能产生的误差和不确定度的来源，如仪器设备的 精度、环境因素、操作误差等。
不确定度的计算
根据实验数据的分布和误差传递公式，计算实验结果的合成不确定 度和扩展不确定度。
实际生产中的数据处理与不确定度评估
实际生产中的数据处理
对实际生产过程中的数据进行处理和分析，以发现潜在的 质量问题并采取措施进行改进。
根据标准物质进行比较分 析
通过将测量对象与标准物质进 行比较分析，可以估算测量结 果的不确定度。
采用概率统计方法进行评 估
对于某些测量，可以采用概率 统计方法对测量结果的不确定 度进行评估，如通过重复测量 获取平均值和标准差等。
02
数据处理基础
数据采集与整理
明确数据采集的目的和范围：在数据采集前，需要明确研究的目的和数据的需求， 选择合适的数据来源和采集方法。
对于某些测量对象，其内部不 同部位可能存在差异，这也会 导致测量结果的不确定度增加
。
测量不确定度的评估方法
根据历史数据建立不确定 度评估模型
通过对历史数据进行统计分析 ，可以建立不确定度评估模型 ，用于预测未来测量结果的不 确定度。
利用仪器设备的校准证书
仪器设备的校准证书通常会提 供有关仪器设备的不确定度信 息，可以用于评估测量结果的 不确定度。
数据整理包括对采集到的数据进行清洗、整理和转换等操作，使其满足后续分析的 要求。
制定数据采集计划：根据研究目的和范围，制定详细的数据采集计划，包括数据采 集的方法、时间、人员和预算等。
数据清洗与预处理
数据清洗包括去除重复数据、处 理缺失值、检测并处理异常值等 操作，以提高数据的质量和准确
性。
数据预处理包括对数据进行转换 、标准化和归一化等操作，以消 除数据间的尺度差异和提高数据
不确定度的来源
分析实验过程中可能产生的误差和不确定度的来源，如仪器设备的 精度、环境因素、操作误差等。
不确定度的计算
根据实验数据的分布和误差传递公式，计算实验结果的合成不确定 度和扩展不确定度。
实际生产中的数据处理与不确定度评估
实际生产中的数据处理
对实际生产过程中的数据进行处理和分析，以发现潜在的 质量问题并采取措施进行改进。
根据标准物质进行比较分 析
通过将测量对象与标准物质进 行比较分析，可以估算测量结 果的不确定度。
采用概率统计方法进行评 估
对于某些测量，可以采用概率 统计方法对测量结果的不确定 度进行评估，如通过重复测量 获取平均值和标准差等。
02
数据处理基础
数据采集与整理
明确数据采集的目的和范围：在数据采集前，需要明确研究的目的和数据的需求， 选择合适的数据来源和采集方法。
大学物理实验测量不确定度及数据处理基础知识.ppt
2019-8-13
谢谢欣赏
16
1.系统误差
(1)定义：在同一条件下，多次测量同一量值时，误差绝对值 和符号保持不变，或在条件改变时，按一定规律变化的误差。 (2)性质：带有系统性和方向性 (3)产生的原因： 测量仪器方面的因素。 测量方法方面的因素： 环境方面的因素。 测量人员方面的因素。
直接测量和间接测量的关系
对某一物理量进行测量时，采用一种方法时，可能为直接 测量量，而采用另一种方法是由可谓间接测量量。当时用万用 表测量电阻时得到的测量值就为直接测量值，而非间接测量值 了。
2019-8-13
谢谢欣赏
13
2.等精度测量和非等精度测量
等精度测量：
在相同的条件下，对某一物理量 X进行多次测量得到的一组
◇实验报告的内容包括：
实验名称、实验目的、实验原理、实验步骤、原始数据记录、实验数据处理、 实验结论以及实验的时间、地点、实验合作者等。 ①注明实验日期和具体时间，地点，天气、温度、气压和同组者。 ②实验题目 ③实验目的
即在实验中要解决的问题。 ④实验原理
用自己的语言简短扼要地阐述实验原理，表示出实验原理图、电路图 ，写出实验 所用的主要公式 ，说明式中各物理量的意义和单位，以及公式适用条件(或实验必 要条件)。
秩和检验法等方法。
2019-8-13
谢谢欣赏
19
(6)系统误差的减小和消除
由于测量方法、测量对象、测量环境及测量人员不尽相同，因而没有一 个普遍适用的方法来减小或消除系统误差。下面介绍几种减小和消除系统 误差的方法和途径。
①从产生系统误差的根源上消除
这是消除系统误差最根本的方法，通过对实验过程中的各个环节进行 认真仔细分析，发现产生系统误差的各种因素。
测量不确定度与数据处理ppt
根据各个影响因子（如仪器设备误差、环境条件影响等）的标准不 确定度，通过合成得到合成标准不确定度。
扩展不确定度
在合成标准不确定度的基础上，考虑分布系数或置信因子，计算扩 展不确定度。
03 数据处理基础
数据清洗
数据清洗是数据处理的重要步骤，主要涉及检查数据一致性，处理无效值和缺失 值等。
具体方法包括但不限于，处理缺失值，如填充缺失值或删除含有缺失值的记录； 处理异常值，如用平均值、中位数或标准差等方法进行平滑处理；数据规范化， 如将数据转换为统一尺度或单位。
测量不确定度与数据处理
目 录
• 引言 • 测量不确定度 • 数据处理基础 • 测量不确定度与数据处理的关系 • 实际应用案例 • 总结与展望
01 引言
主题简介
测量不确定度
测量不确定度是测量结果的可信程度 或可靠性的度量，它反映了测量结果 的不确定性或分散性。
数据处理
数据处理是对数据进行收集、整理、 分析和解释的过程，目的是从数据中 获取有用的信息或知识。
03
提高结果精度。
如何减小测量不确定度对数据处理的影响
优化测量方法和提高测量设备 的精度，可以降低测量不确定 度，从而提高数据处理结果的
可靠性。
通过增加重复测量次数，降低 随机误差的影响，从而减小测 量不确定度对数据处理的影响 。
在数据处理过程中，采用合适 的数学模型和算法，减小误差 传递和累积，提高结果的精度
仪器校准
在仪器校准中，测量不确定度用于评估测量设备的准确性和可靠性。通过对测量设备进行 定期校准，可以确保其性能参数符合要求，从而提高生产效率和产品质量。
过程控制
在过程控制中，测量不确定度用于评估生产过程的稳定性和控制精度。通过实时监测关键 工艺参数的不确定度，可以及时调整工艺参数，确保生产过程的稳定性和产品质量的一致 性。
扩展不确定度
在合成标准不确定度的基础上，考虑分布系数或置信因子，计算扩 展不确定度。
03 数据处理基础
数据清洗
数据清洗是数据处理的重要步骤，主要涉及检查数据一致性，处理无效值和缺失 值等。
具体方法包括但不限于，处理缺失值，如填充缺失值或删除含有缺失值的记录； 处理异常值，如用平均值、中位数或标准差等方法进行平滑处理；数据规范化， 如将数据转换为统一尺度或单位。
测量不确定度与数据处理
目 录
• 引言 • 测量不确定度 • 数据处理基础 • 测量不确定度与数据处理的关系 • 实际应用案例 • 总结与展望
01 引言
主题简介
测量不确定度
测量不确定度是测量结果的可信程度 或可靠性的度量，它反映了测量结果 的不确定性或分散性。
数据处理
数据处理是对数据进行收集、整理、 分析和解释的过程，目的是从数据中 获取有用的信息或知识。
03
提高结果精度。
如何减小测量不确定度对数据处理的影响
优化测量方法和提高测量设备 的精度，可以降低测量不确定 度，从而提高数据处理结果的
可靠性。
通过增加重复测量次数，降低 随机误差的影响，从而减小测 量不确定度对数据处理的影响 。
在数据处理过程中，采用合适 的数学模型和算法，减小误差 传递和累积，提高结果的精度
仪器校准
在仪器校准中，测量不确定度用于评估测量设备的准确性和可靠性。通过对测量设备进行 定期校准，可以确保其性能参数符合要求，从而提高生产效率和产品质量。
过程控制
在过程控制中，测量不确定度用于评估生产过程的稳定性和控制精度。通过实时监测关键 工艺参数的不确定度，可以及时调整工艺参数，确保生产过程的稳定性和产品质量的一致 性。
不确定度与数据处理ppt课件
3）.测量结果与深圳地区重力加速度比较。
精选ppt课件2021
39
实验2.时间测量中随机误差的分布 规律(第一册教材p62-p69)
1.用电子秒表测量电子节拍器的周期，重复测量200组 以上数据。
2.用统计方法研究随机误差分布的规律 ：
根据电子节拍器周期的测量值，作统计直方图，检 验测量值是否符合正态分布
可以相互抵消，从而可以得到最简单的 形式； 3.系数取绝对值； 4.将微分号变为不确定度符号。
精选ppt课件2021
11
不确定度分析的意义
1.不确定度表征测量结果的可靠程度，反 映测量的精确度。 2.根据对测量不确定度的要求设计实验方 案，选择仪器、测量方法等；在实验过程 和实验后，通过对不确定度大小及其成因 的分析，找到影响实验精确度的原因并加 以校正。
第二讲 测量的不确定度与数据处理
（续）
精选ppt课件2021
1
测量的不确定度与数据处理
（一）测量 （二）测量误差 （三）测量的不确定度 （四）数据处理
精选ppt课件2021
2
测量的不确定度
不确定度：
由于测量误差的存在，测量结果必然存在不 确定成份，如何用科学、合理的方法对实验结 果评价。 -----对测量结果不确定程度的评定。
间接测量方法：间接测量量的不确定度
精选ppt课件2021
4
一 、直接测量量的不确定度
1、直接测量量A类不确定度的估计
平均值
1 n
N n i1 N i
测量列的标准差 (贝塞尔公式)
N
n
(Ni N )2
i 1
n 1
测量列平均值的标准差 ，A类标准不确定度
uA
大学物理实验测量不确定度及数据处理基础知识中国地质大学课件
饼图
展示整体的构成比例，适用于 显示各部分在整体中的占比。
EXCEL软件在数据处理中的应 用
EXCEL软件功能强大，是数据处理中不可或缺的工具。它能轻松处理各种类型 的数据，并可创建图表进行数据可视化。
EXCEL拥有丰富的公式和函数库，可用于数据分析和计算。它还提供了数据透 视表和数据透视图，方便用户进行数据探索和分析。
视觉美观和易读性
图表的颜色、字体和布局要和谐 统一，避免过多的装饰，保证图 表的清晰易读。
常用的数据绘图类型
折线图
显示数据随时间或其他变量的 变化趋势，适用于展示数据变 化的趋势和规律。
柱状图
用于比较不同类别的数据，适 合显示各类别之间的差异和大 小。
散点图
显示两个变量之间关系，用于 探索数据之间的关联性和趋势 。
结论和思考题
1 1. 总结
本次课程学习了物理实验测量 的不确定度及数据处理的基本 知识，掌握了常见误差类型、 误差估计方法和数据处理技巧 ，为今后开展物理实验打下了 基础。
2 2. 思考
在实际实验中，如何更有效地 控制误差，提高测量结果的准 确度？
3 3. 探索
除了本课程所涉及的知识，还 有哪些测量不确定度及数据处 理方法可以学习？
重复测量法
对同一物理量进行多次测量，然后计算平均值和标准偏差来估计误差。
间接测量误差估计
间接测量是指通过已知物理量之间的关系来计算未知物理量，例如用速度和时 间计算距离。
误差传播公式
通过误差传播公式，可以将已知物理量的误差传播到计算结果中，从而估计间 接测量结果的误差。
重复测量误差估计
重复测量
1
多次测量同一个物理量，得到一组数据。
数据绘图的基本要求
测量不确定度PPT
20
对任意实数x1 ,x2( x1＜ x2),有
P(x1 x2) P( x2) P( x1) F(x2) F(x1)
注:
若已知ξ的分布函数F(x),就可求出ξ落在 上的概率. 单独点的概率在连续情况下通常为0。
(x1,x2]
21
对随机变量所有可能的取值x(i=1,2,…),若可列出分布 函数
14
1.3.2 测量不确定度的分类
测量不确定度是与测量结果相关联的参数， 表示合理赋予的被测 量之值的分散性。该参数用标准偏差（或其倍数）表示，或用置信区 间的半宽表示。测量不确定度一般由多个分量组成，把用统计方法评 定的分量称为Ａ类评定，用其它方法评定称为Ｂ类评定．
１、Ａ类评定的不确定度称为Ａ类不确定度。 ２、Ｂ类评定的不确定度称为Ｂ类不确定度。
异常值系统误差41异常值概述42异常值剔除准则43系统误差概述44系统误差的发现45在测量过程中减小系统误差的常用方法46小结51概述52利用方差性质求合成方差53不确定度传播律54不相关的输入量55相关的输入量56小结61扩展不确定度的表示方式62算术平均值的扩展不确定度63包括因子k值的选择64有效自由度v65扩展不确定度的另一种表示方式66用简便方法选择包含因子k值67有效自由度是否大于10的判断68小结71概述72权与加权算术平均值73加权算术平均值的方差74加权算术平均值的实验标准偏差75小结81概述82最小二乘法原理83线性方程的参数最小二乘估计84小结第一章
（注：Ａ类和随机，Ｂ类和系统不一定存在简单的对应关系）
15
1.3.3 测量不确定度的来源
１、被测量的定义不完整、定义值复现不理想及测量方法不 理想。
２、测量设备不完善，在数据处理时所引用常数及其他参数 值不准确。
对任意实数x1 ,x2( x1＜ x2),有
P(x1 x2) P( x2) P( x1) F(x2) F(x1)
注:
若已知ξ的分布函数F(x),就可求出ξ落在 上的概率. 单独点的概率在连续情况下通常为0。
(x1,x2]
21
对随机变量所有可能的取值x(i=1,2,…),若可列出分布 函数
14
1.3.2 测量不确定度的分类
测量不确定度是与测量结果相关联的参数， 表示合理赋予的被测 量之值的分散性。该参数用标准偏差（或其倍数）表示，或用置信区 间的半宽表示。测量不确定度一般由多个分量组成，把用统计方法评 定的分量称为Ａ类评定，用其它方法评定称为Ｂ类评定．
１、Ａ类评定的不确定度称为Ａ类不确定度。 ２、Ｂ类评定的不确定度称为Ｂ类不确定度。
异常值系统误差41异常值概述42异常值剔除准则43系统误差概述44系统误差的发现45在测量过程中减小系统误差的常用方法46小结51概述52利用方差性质求合成方差53不确定度传播律54不相关的输入量55相关的输入量56小结61扩展不确定度的表示方式62算术平均值的扩展不确定度63包括因子k值的选择64有效自由度v65扩展不确定度的另一种表示方式66用简便方法选择包含因子k值67有效自由度是否大于10的判断68小结71概述72权与加权算术平均值73加权算术平均值的方差74加权算术平均值的实验标准偏差75小结81概述82最小二乘法原理83线性方程的参数最小二乘估计84小结第一章
（注：Ａ类和随机，Ｂ类和系统不一定存在简单的对应关系）
15
1.3.3 测量不确定度的来源
１、被测量的定义不完整、定义值复现不理想及测量方法不 理想。
２、测量设备不完善，在数据处理时所引用常数及其他参数 值不准确。
测量的不确定度及数据处理ppt课件
例如：用天平测量物体质量，当天平不等臂时，测出物 体质量总是偏大或偏小；当我们的手表走的很慢时，测出 每一天的时间总是小于24小时；仪器零点未校正；温度引 起阻值的变化。
第三页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
l 系统误差的消除： 由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）
不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验， 认真分析系统误差产生的原因，采取适当的措施来消除。
系统误差不能通过多次测量取平均值的方式来减小或消 除，但它可归结为一个或几个因素的函数，并可用解析公式、
曲线或列表的方式表示，这些曲线或表格称为误差修正曲线或 误差修正表，。通过这种方法可研究出系统误差的变化规律， 最终达到修正或消除系统误差的目的。
第四页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
2、 随机误差
量的真值是不可测得的。
第一页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
4、 误差：测量值和真值之间总会存在或多或少的 偏差，这种偏差就称为测量值的误差。 设被测量的 真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我 所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差， 因而误差存在于一切测量之中。
5、测量的任务是： （1）设法使测量值中的误差减到最小。 （2）求出在测量条件下被测量的最近真值。 （3）估计最近真值的可靠程度。
由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验，认真分析系统误差产生的原 因，采取适当的措施来消除。
l 随机误差的消除： 当我们的手表走的很慢时，测出每一天的时间总是小于24小时；
设被测量的真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我们所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差，因而误差存在于一切测量之中。
第三页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
l 系统误差的消除： 由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）
不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验， 认真分析系统误差产生的原因，采取适当的措施来消除。
系统误差不能通过多次测量取平均值的方式来减小或消 除，但它可归结为一个或几个因素的函数，并可用解析公式、
曲线或列表的方式表示，这些曲线或表格称为误差修正曲线或 误差修正表，。通过这种方法可研究出系统误差的变化规律， 最终达到修正或消除系统误差的目的。
第四页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
2、 随机误差
量的真值是不可测得的。
第一页，编辑于星期五：十三点 二十六分。
4、 误差：测量值和真值之间总会存在或多或少的 偏差，这种偏差就称为测量值的误差。 设被测量的 真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我 所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差， 因而误差存在于一切测量之中。
5、测量的任务是： （1）设法使测量值中的误差减到最小。 （2）求出在测量条件下被测量的最近真值。 （3）估计最近真值的可靠程度。
由于系统误差主要是由于仪器不完善，方法（或理论）不完善、环境影响而产生，在实验过程中要不断积累经验，认真分析系统误差产生的原 因，采取适当的措施来消除。
l 随机误差的消除： 当我们的手表走的很慢时，测出每一天的时间总是小于24小时；
设被测量的真值为 X,测量值为x,则测量误差为 △=x－X , 我们所测得的一切数据都毫无例外地包含一定的误差，因而误差存在于一切测量之中。
测量不确定度 PPT课件
测量不确定度
1、测量
• 1.1什么是测量
– 测量告知我们关于某物的属性。它可以告 诉我们某物体有多重，或者有多热，或者 有多长。
– 测量就赋予这种属性一个数。 – 测量总是用某种仪器来实现的。
1、测量
• 1.2什么不是测量
– 两根绳子做比较，看那一根长些，这实际 上就不是测量。
– 计数通常也不认为是测量。 – 检测（test）往往不是测量
– 举例来说，你可能需要求得由不同宽度围墙壁 围成围墙的总长度。如果每块围墙壁长度的标 准不确定度（以米为单位）由a、b、c等等给 定，那么就可通过对多不确定度乘方，再将它 们加在一起，然后对总和取平方跟，来求得总 围墙的合成标准不确定度（以米为单位）。即 合成不确定度=
• 5．2．2对乘、除关系的平方和法
• 5．2合成标准不确定度
– 由A类或B类评定所计算的的多个标准不确 定度可以用“平方和法”（众所周知的 “方和根法”）有效地进行合成。这样合 成的结果成为合成标准不确定度，用uc和 uc（y）表示。
– 在用加减法就得到测量结果的场合，平方 和法是最简便的。
• 5．2．1对加、减关系的平方和法
– 测量结果是一些列被测量值之和（或相加或相 减）的情况是最简单的。
• 举例--不确定度的基本算法
– 测量--一根绳子有多长？ – 步骤一：确定你从你的测量中需要得到的
是什么，为产生最终结果，要决定需要什 么样的实际测量和计算。你要测量长度而 使卷尺。除了在卷尺上的实际长度读数外， 你也许有必要考虑：
• （1）卷尺的可能误差
• ◇ 卷尺是否需要修正或者是否有了表明其正 确读数的校准 ◇ 那么校准的不确定度是多少？ ◇ 卷尺易于拉长吗？ ◇ 可能因弯曲而使其缩短吗？从它校准以来， 它会改变多少？ ◇ 分辨力是多少？即卷尺上得分度值是多少？ （如mm）
1、测量
• 1.1什么是测量
– 测量告知我们关于某物的属性。它可以告 诉我们某物体有多重，或者有多热，或者 有多长。
– 测量就赋予这种属性一个数。 – 测量总是用某种仪器来实现的。
1、测量
• 1.2什么不是测量
– 两根绳子做比较，看那一根长些，这实际 上就不是测量。
– 计数通常也不认为是测量。 – 检测（test）往往不是测量
– 举例来说，你可能需要求得由不同宽度围墙壁 围成围墙的总长度。如果每块围墙壁长度的标 准不确定度（以米为单位）由a、b、c等等给 定，那么就可通过对多不确定度乘方，再将它 们加在一起，然后对总和取平方跟，来求得总 围墙的合成标准不确定度（以米为单位）。即 合成不确定度=
• 5．2．2对乘、除关系的平方和法
• 5．2合成标准不确定度
– 由A类或B类评定所计算的的多个标准不确 定度可以用“平方和法”（众所周知的 “方和根法”）有效地进行合成。这样合 成的结果成为合成标准不确定度，用uc和 uc（y）表示。
– 在用加减法就得到测量结果的场合，平方 和法是最简便的。
• 5．2．1对加、减关系的平方和法
– 测量结果是一些列被测量值之和（或相加或相 减）的情况是最简单的。
• 举例--不确定度的基本算法
– 测量--一根绳子有多长？ – 步骤一：确定你从你的测量中需要得到的
是什么，为产生最终结果，要决定需要什 么样的实际测量和计算。你要测量长度而 使卷尺。除了在卷尺上的实际长度读数外， 你也许有必要考虑：
• （1）卷尺的可能误差
• ◇ 卷尺是否需要修正或者是否有了表明其正 确读数的校准 ◇ 那么校准的不确定度是多少？ ◇ 卷尺易于拉长吗？ ◇ 可能因弯曲而使其缩短吗？从它校准以来， 它会改变多少？ ◇ 分辨力是多少？即卷尺上得分度值是多少？ （如mm）