2误差理论(第二章第三节粗大误差)-2015版教程

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误差理论2

误差理论2
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4) 余切函数形式为: 函数随机误差公式为:
cot ϕ = f (x1, x2,L, xn )
∂f 2 ∂f 2 ∂f 2 σ xn σ x2 +L+ σϕ = sin ϕ σ x1 + ∂x ∂x ∂x 1 2 n
处的误差传播系数 和 ∆y 的量纲或单位相同,则 ∂f ∂xi起到误差放大 或缩小的作用
∆xi
和 ∆y 的量纲或单位不相同,则 ∂f ∂xi起到误差单位 换算的作用
∆xi
第一节
几种简单函数的系统误差 1、线性函数
函数误差
y = a1x1 + a2 x2 +... + an xn
系统误差公式 ∆y = a1∆x1 + a2∆x2 +... + an∆xn
∆y = ∆x1 +∆x2 +... +∆xn 当 ai =1 当函数为各测量值之和时,其函数系统误差亦为各 个测量值系统误差之和
2、三角函数形式
sinϕ = f ( x1, x2 ,..., xn )
cosϕ = f ( x1, x2,..., xn )
1 n ∂f ∆ϕ = ∑∂x ∆xi cosϕ i=1 i
xi 与 xj 虽相互有影响,但其影响甚微,视为可忽略不
第一节
函数误差
可判断 ρij = +1 或 ρij = −1 的情形 断定 xi 与 xj 两分量间近似呈现正的线性关系或负的 线性关系 当一个分量依次增大时,引起另一个分量依次增大或 减小,反之亦然
xi 与 xj 属于同一体系的分量,如用1m基准尺测2m尺, 则各米分量间完全正相关

第二章 误差理论基础

第二章  误差理论基础

1.非线性特性近似地视 为线性
例:激光扫描测径仪

激光光束被工件遮挡 相当于计算电路中的 计数脉冲
•设多面棱镜的转速 和角速度为n,ω, 透镜6的焦距为f •认为激光光速的扫描速度是匀速的
v 2f 4nf
•实际上,在时间t内,光束转过了2 ωt角
y f tg(2t ) f tg(4nt)
第二章 误差理论基础
例:加工一个直径为7.5mm的轴,共150只,原材料相同,同 一台机床,同一个工人 结果:直径在7.4mm到7.5mm之间变化 影响因素: 机床误差:主轴的径向偏摆、导轨的直线度和平行度误差 等 夹具误差:夹具是否有偏心 刀具误差:定尺寸刀具的尺寸误差、刀具在加工过程中的 磨损 机床-刀具-工件的变形,即刚度 温度变形:刀具、机床、工件的温度变形 材料内应力的不均匀 调整误差:特别是自动机床 测量误差 人员误差 其它
则实际速度:
dy v0 4nf sec2 (4nt) dt y 4nf [1 tg 2 (4nt)] 4nf [1 ( ) 2 ] f

V0∝y,则可得到: 离光轴垂直距离越大,扫描速度越高 被遮挡的时间越短 读到的脉冲数越少 测得值总小于被测直径的实际值
原理误差

测量杆1感受被测工件2的尺寸变化 位移s经过一级杠杆传动(正弦机构) 和两级圆柱齿轮传动,使指针l偏转 角度φ 指针末端位移L的理论值
L l l s s sin , arcsin , a a


z1 z3 z2 z4

机械测微仪的刻度方程式 L和s是非线性的
1 绝对误差
测得值x与被测量真值x0(或相对真值)之差

误差理论第二章

误差理论第二章

三、系统误差的分类和特征
四、系统误差对测量结果的影响 五、系统误差的发现 六、系统误差的消除
2.3 粗大误差
一、粗大误差产生的原因 二、判别粗大误差的准则
七、不等精度测量
八、随机误差的其他分布 九、减小随机误差的技术途径
三、防止与消除粗大误差的方法
2.4 测量结果的数据处理实例 一、等精度测量数据处理 二、不等精度测量数据处理 2.5 三类误差性质与特征小结
x = 1879.64 。
x 1879.65 0.01 =1879.64
l
i 1
10
i
10
v
i 1
n
i
0.01
(二)算术平均值的计算校核
算术平均值及其残余误差的计算是否正确,可用求得的残余误差 代数和来校核。 由 i li x v l nx ,式中的 x 是根据(2-8)计算的, n x 当求得的 为未经凑整的准确数时,则有: vi 0 (2-11)
(一)均方根误差(标准偏差)σ 为什么用σ来作为评定随机误差的尺度?可以从高斯( 1 正态)分布的分布密度 f ( ) 推知:f ( ) ( 2 ) exp[ 2 ]
2 2

h
1 2
,则有: f ( ) 1 exp[ h 2 2 ]

高斯参数h为精密度。由于h值无法以实验中得到,故以 σ值代之。
第2章 误差的基本性质与处理
误差理论与数据处理
教学目标
本章阐述。
误差理论与数据处理
重点与难点

三大类误差的特征、性质以及减小 各类误差对测量精度影响的措施 掌握等精度测量的数据处理方法 掌握不等精度测量的数据处理方法

1 误差理论(绪论)-2015版

1 误差理论(绪论)-2015版
由于在计算中使用了较大误差的地球半径值,使得他测得的月 球加速度的值和理论计算值相差约10%,因而不得不推迟20年 才发表他的引力论文。
《误差理论与数据处理》
第16页
第一节 研究误差理论的意义
瑞利(Rayleigh)发现惰性气体 (科学发明与实验数据处理的关系)
在测定氮的密度时,从大气中分离的氮 与用化学方法制取的氮 二者密度相差1/2000,由于正确估计了误差,导致他发现惰性 气体(氩气)。
具体实验数据(雷莱测定的氮气的密度数 据): ① 化学方法制得的氮,其平均密度和实验 标准偏差分别为:2.29971和0.00041; ② 从大气中分离的氮,其平均密度和实验 标准偏差分别为:2.31022和0.00019
《误差理论与数据处理》 第17页
第一节 研究误差理论的意义
爱因斯坦广义相对论 (科学实验测量结果的可置信度)
完整的测量包括:
① 被测量:测量对象的特定量。 ② 测量单位:以定量表示同种量的量值而约定采 用的特定量。物质形式:光波波长和精密量块。 ③ 测量方法:在实施测量过程中对测量原理的运 用及实际操作。可以理解为测量原理、测量器具(计量器具)
和测量条件(环境和操作者)的总合。
④ 测量精度:测量结果与真值的一致程度。
L L L0
问题:
真值可知吗?真值存在吗? 绝对误差的值可知吗? 绝对误差与误差的绝对值的区别?
《误差理论与数据处理》
第24页
第二节 测量误差的概念
真值:指在观测一个量时,该量本身所具有的真实 大小。
理论真值:仅存在于纯理论之中,如三角形内角和恒为 180°。 约定真值:指由国家设立尽可能维持不变的实物或基准, 以法令的形式指定其所体现的量值。

误差理论课件

误差理论课件

(5)认真记录测量数据,实验记录中的每 一个数据的位数都应符合有效数字的表达规 范,如发现记录的数据有错误,可在错误的 数据上画一直线或打叉。
(6)完成实验后要将实验数据交给教师审 查签字,达到要求后,再将实验仪器整理还 原,方可离开实验室。
(7)离开实验室后不允许修改记录的数据。
3.撰写实验报告
渡到t分布(即学生分
布)。
t分布曲线与正态分布曲线类似,两者的主要区别
是分布的峰值低于正态分布,而且上部较窄、下 部较宽,如图所示,在有限次测量的情况下,就 要将随机误差的估算值取大一些。即在贝塞尔公
式的基础上再乘以一个tp因子,tp与测量次数有关
,也与置信概率有关。
tpSx
tp因子与测量次数、置信概率的对应关系
§1.2.2 随机误差的处理
3、算术平均值和标准偏差
多次测量,x1、 x2、…、xn,测量列的算术平均值为:
1 n
x n i1 xi 其中 xi 为第 i 次测得值。
x

1 n
n i1
xi
1 n
n i1
x0 i

1 n
n i1
i
x0
n
n , i 0 误差的对称性和抵偿性 i1
1. 测量的基本概念
测量是利用仪器设备通过一定测量方法,将待测物理 量与一个选做为标准的同类物理量进行比较,确定待测物 理量大小的过程。
测量的目的:获得测量值(数据)。
例如:用最小刻度为mm的米尺测量 物体的长度。
90.70cm
测量三个要素
(1)测量方法;(2)仪器设备;(3)测量结果
比较法
米尺
90.70cm
物理实验报告一般应包括以下几项内容: (1)实验名称。 (2)实验目的。 (3)实验仪器。

第2章 测量误差理论

第2章  测量误差理论
选择合适性能的仪表和量程非常重要,否则导致测量
成本的提高或测量结果的不满意。
26
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三、仪器误差的有关概念
绝对误差与相对误差是误差的基本概念,适用于
所有的测量工作。但是还有针对仪器的误差指标。
一)引用误差
(1) 定义:测量器具的绝对误差与其引用值的比值。
(2) 定义式为
xf xmaxxmin
rf
e xf
100%
引 用 误 差绝 量 对 程 误 差 100%
引用误差又称为基本误差,也是一种相对误差。
国家统一了仪表的精度等级,将引用误差的%及±去掉,便可套 用国家标准了。
0.005-0.5;1.0;2.5;4等。 27
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3)说明:
e 10099.4
rf
xf
100% 0.4%
1500
电压表在100.0V处的相对误 差:
e 10099.4
r
100% 0.6%
x 99.4
30
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【例2-7】用4½位数字式电压表2V档和200V档测量IV电
压,该电压表各档允许误差限均为 士(0.02%x+1digit),分析测量的相对误差。
解: 用2V档测量时:
绝对误差: e 2 V ( 0 .0 2 % 1 0 .0 0 0 1 ) 0 .0 0 0 3 ( V )
相对误差: r2V0.01 003100%0.03%
用200V档测量时:
绝对误差: e 2 0 0 V ( 0 .0 2 % 1 0 .0 1 ) 0 .0 1 0 2 ( V )

粗大误差

粗大误差
中右方) 。 3σ’=3×0.016=0.048
所有 14 个|Vi’|值均小于 3σ’ ,故无再需剔除的坏值。 表 4-4 测量顺序 测 得 值 例 4-1 数据表 (℃) 按 15 个数据计算 按 14 个数据计算
ti
vi = t - t
i
15
vi 2 10 6
vi ' = ti - t14
所有|V i’|值均小于 Z cσ’ ,故已无坏值。 (3)按格拉布斯准则 以 n=15 取置信概率 P ɑ=0.99,查表 4-2 得 G 值为 2.70。
Gσ=2.7×0.033=0.09<|V8|
故 t8 应剔除,再按 n=14,β=0.99 查表 4-2,得 G 值为 2.66。
Gσ’=2.66×0.016=0.04
再取一个 x ' j 值继续判断,直到数据不含粗大误差为止。 表 4-3 t 检验准则中的系数 k 值 ɑ n 4 5 6 7 8 9 10 11 12 ɑ 0.05 4.97 3.56 3.04 2.78 2.62 2.51 2.43 2.37 2.33 0.01 11.46 6.53 5.04 4.36 3.96 3.71 3.54 3.41 3.31 n 13 14 15 16 17 18 19 20 21 0.05 2.29 2.26 2.24 2.22 2.20 2.18 2.17 2.16 2.15 0.01 3.23 3.17 3.12 3.08 3.04 3.01 3.00 2.95 2.93 n 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ɑ 0.05 2.14 2.13 2.12 2.11 2.10 2.10 2.09 2.09 2.08 0.01 2.91 2.90 2.88 2.86 2.85 2.84 2.83 2.82 2.81

粗大误差理论(精)

粗大误差理论(精)

一、粗大误差问题概述
1、什么是粗大误差? 粗大误差,亦称过失误差或反常误差, 它是由于测试人员主观因素或者由于测试 条件突然变化引起的明显与测量结果不符 的误差,比如仪器操作不当,读数错误、 记录和计算错误、测试系统的突然故障和 环境条件(如仪器的灵敏度、电源电压和 频率、环境温度)等疏忽因素而造成的误 差,因而又简称粗差。

v
i 1
n
2 i
n2
3、格罗布斯准则
设对某量作多次等精度独立测量,得 x1 , x2 ,..., xn
当x j 服从正态分布时,计算
1 x x n
vi xi x

2 v
n 1
为了检验 xi (i 1,2,...,n)中是否存在粗大误差,将 x i 按大小顺 序排列成顺序统计量 xi ,而 x1 x2 ... xn 格罗布斯导出了gn 及 g1 的分布,取定显著 (一般为0.05或0.01),可以得到格罗布斯系数 g0 (n, ) 度 而 x x1 x x
2、粗大误差对测量数据的影响 ▫可疑数据:在一列重复测量的数据中,有个别数 据xd 与其它数据有明显差异,它可能是含有粗大 误差(简称粗差)的数据。 ▫异常值:确定混有粗大误差的数据。
不恰当地剔除 含大误差的正 常数据,会造 成测量重复性 偏好的假象
未加剔除,必 然会造成极差比的方法,得到简化而严 密的结果。
狄克松研究了x1 , x2 ,..., xn的顺序统计量 xi 的分布,当 x i 服从正 态分布时,得到 xn 的统计量 xn xn1 xn xn1
r10
xn x1
xn xn2 xn x2
xn x
x x1
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《误差理论与数据处理》
第3页
第三节 粗大误差
一、粗大误差产生的原因
定义:
超出在规定条件下预期的误差。是测量过程中操作 者的偶然失误或环境的突发干扰造成的。明显歪曲测 量结果。
或称为“异常值” (abnormal value)。
• 对已确知是在受到外界不正常干扰下测得的数据,或经查 是错读、错记的数据,则应舍弃。
则 因
K 2.24 0.016 0.036 x8 x 20.30 20.411 0.111 0.036
故第八组测量值含有粗大误差,应予剔除。 然后对剩下的14个测得值进行判别,可知这些测得值不再含有粗大误差。
第三节 粗大误差
(三)格拉布斯准则
n vi xi x
• 3σ准则只宜用于重复测量次数较多(有的资料推荐测量 次数n>50)的重要测量中。
第三节 粗大误差
(二)罗曼诺夫斯基准则( t 检验准则)
前提条件:当测量次数较少时,按t分布判断系统误差较为合理
三、粗大误差的统计判别方法
含有粗大误差。 设对某量作多次等精度测量,得x1 , x2 , …, xn ,若认为测量值xj 为可疑数据,将 其剔除后计算平均值为(计算时不包括 x j ) :
重庆大学 光电工程学院 本科课程
误差理论与数据处理
李伟红 副教授
2015/5/1
第二章 误差的基本性质与处理
第一节 第二节 第三节 第四节 随机误差 系统误差 粗大误差 测量结果的数据处理
《误差理论与数据处理》
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第三节 粗大误差
一、粗大误差产生的原因 二、可疑值处理的基本原则 二、粗大误差的统计判别方法 三、防止与消除粗大误差的方法
1 n x xi n 1 i 1
i j
特点:首先剔除一个可疑的测得值,然后按 t 分布检验被剔除的值是否是
v

i 1 i j
n
2 i
并求得测量列的标准差(计算时不包括 vj xj x ): n2 根据测量次数n 和选取的显著度 ,即可由表2-12查得 t 分布的检验系数K (n, )。 若 x j x K 则认为测量值 x j 含有粗大误差,剔除 x j 是正确的,否则认为 x j 不含有粗大误 差,应予保留。
② 客观外界条件的原因
测量条件意外地改变(如机械 冲击、外界振动、电磁干扰 等)。
第三节 粗大误差
二、可疑值处理的基本原则
两个错误做法:
• 凭主观臆断,轻易地剔除主观认定为反常的数据,从而 人为地使测得数据一致起来;
• 不敢舍弃任一个测得数据,一概当作是正常信息。
处理原则:
• • • • 直观判断、及时处理 增加测量次数、继续观察 用统计的方法继续判断 保留不剔、确保安全
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
测量中出现的随机误差大多服从正态分布,由正态 分布的单峰性和有界限可知,大误差出现的机会很 少(对有限次测量而言,可看做小概率事件) 粗大误差统计判别方法的基本依据:
• 给定一置信概率(如99%); • 确定其随机误差的分布范围; • 凡超出这个范围的误差,就认为是不属于正常测量条件 下测量值所含有的随机误差,而应视为粗大误差予以剔 除。
三、粗大误差的统计判别方法
设对某量作多次等精度独立测量,得 x1 , x2 , xn ,当 xi 服从正态分布时, 1 计算得 x x

v
2
( n 1)
按大小顺序排列成顺序统计量,而
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
(一) 3σ 准则(莱以特准则)
前提条件:测量次数充分大,不会含有系统误差。
, xn 对某量等精度测量n次,得测得值 x1 , x2 ,莱以特准则认为:
如果某测得值的残余误差的绝对值大于三倍的标准差时,即
vi 3
则认为它含有粗大误差,应予剔除。
课堂问题讨论:
•为什么每次只能剔除一个vi最大的测值作为粗大误差?一次剔除两个行不行?
•若vi绝对值最大的测量值同时有两个相同怎么办?
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
例2-18 对某量进行15次等精度测量,测得值如下表2-11所列,设这些测得值 已消除了系统误差,试判别该测量列中是否含有粗大误差的测得值。

v
i 1
n
'2 i
n 1

0.003374 0.016 13
由表2-11知,剩下的14个测得值的残余误差均满足 测得值不再含有粗大误差。
,故可以认为这些 vi' 3 0.048
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
• 特点:
• 3σ准则比较保守,因为在测量次数有限时,出现在靠近 ±3σ界限处的数据极少,除非有较大的粗大误差,否则|v| >3σ而导致数据被剔除的可能性很小。 • 在测量次数小于10次时, 3σ准则失效。为什么?
• 但不能在不知原因的情况下,不加分析就轻易舍弃测量列 中最大或最小的数据,这样可能造成错觉。
对数据中异常值的正确判断与处理,是获得客观的测量结果的重要方法
第三节 粗大误差
一、粗大误差产生的原因
产生粗大误差的原因是多方面的,大致可归纳为: ① 测量人员的主观原因
测量者工作责任感不强、工作 过于疲劳、缺乏经验操作不当, 或在测量时不小心、不耐心、 不仔细等,造成错误的读数或 记录。
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
例2-19 试判断例2-18中是否含有粗大误差。
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
解:首先怀疑第八组测得值含有粗大误差,将其剔除。然后根据剩下的14 个测量值计算平均值和标准差,得:
x 20.411, 0.016 选取显著度 a 0 ,已知 .05 n=15,查表2-12得: K (15,0.05) 2.24
表2-11
第三节 粗大误差
三、粗大误差的统计判别方法
由表2-11可得 x 20.404

0.01496 0.033 n 1 14 3 3 0.033 0.099
i 1
v
n
2 i

根据3σ准则,第八测得值的残余误差为:
v8 0.104 0.099
即它含有粗大误差,故将此测得值剔除。再根据剩下的14个测得值重新计算 ,得: x ' 20.411
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