误差源的消除或削弱

时间：2023-10-19 百科知识版权反馈

【摘要】：在开始测量前尽量发现并消除系统误差来源，或防止测量时受到这些来源的影响，是消除或减弱系统误差的最基本和最积极的方法。产生系统误差的来源多种多样，因此要消除系统误差只能根据不同的测量目的，对测量仪器从根源上加以消除。显然，对于大小恒定的系统误差经这样的处理即可被消除。

2．3．2　误差源的消除或削弱

在开始测量前尽量发现并消除系统误差来源，或防止测量时受到这些来源的影响，是消除或减弱系统误差的最基本和最积极的方法。产生系统误差的来源多种多样，因此要消除系统误差只能根据不同的测量目的，对测量仪器从根源上加以消除。

1）消除或削弱误差源的基本方法

（1）选择合理的测量方法，设计正确的测量步骤，以消除方法误差和理论误差。测量原理与方法要尽力做到正确、严格，不产生方法误差或使所产生的方法误差小于允许范围。

（2）选择准确度等级高的仪器以消除仪器的基本误差。测量中所使用的仪器应按规定期限进行定期检定和校准并注意仪器的正确使用条件和方法，使用前正确调零、预热以消除仪器的附加误差；对仪器的放置位置、工作状态、所用电源情况、接地、附件和导线的使用及连接都应符合规定并正确合理。

（3）注意环境对测量的影响，如温度、振动、交流电源电压、电磁干扰等。可采取一些辅助措施减少环境条件变化所产生的有害影响，如散热、减振、屏蔽等，必要时采用恒温、恒湿、恒压箱及屏蔽室等。

（4）提高测量人员的素质与责任心，克服主观原因所造成的误差。为避免读数或记录出错，可改善测量条件（选用智能化、数字化仪器等）以消除人员误差。

2）消除或削弱系统误差的几种典型测量方法

（1）替代法（置换法）

替代法是比较测量法的一种，先对被测量进行测量，调节测量装置处于某一状态，测量条件不变，然后用与被测量相同的同类已知标准量代替被测量重新测量，并恢复到测量被测量时的状态。这样，被测量就等于标准量的大小。采用这种测量方法，被测量与已知标准量通过测量仪器进行比较，测量仪器的系统误差不带给测量结果，它只起辨别两者有无差异的作用，因此，测量仪器需要有足够的灵敏度和稳定性。

图2．1表示用替代法测量未知电阻R_x的原理图。测量时首先接入被测电阻R_x，调节电桥臂使电桥平衡，得R_x＝（R₁／R₂）R₃，然后用一个可变标准电阻R_N代替被测电阻，保持R₁，R₂，R₃的电阻值不变，调整R_N使电桥保持原来的状态，则R_x与R_N的电阻值相等。只要电桥中检流计的灵敏度足够高，测量误差就主要取决于标准电阻R_N的准确度，而与电桥各臂R₁、R₂、R₃的电阻值及检流计的准确度无关。

图2．1　替代法测量电阻的电路

（2）正负误差抵消法

正负误差抵消法是对同一被测量通过实验进行两次测量，使恒定系统误差在测量结果中一次为正、一次为负，取两次读数的平均值作为测量结果，这样可以消除带有极性的系统误差。例如，为了消除地磁场对仪表的影响，可以在一次测量之后，将仪表调转180°，重新再测一次，前后两次地磁场对仪表的影响方向相反，取其平均值，这种误差也就消除了。显然，对于大小恒定的系统误差经这样的处理即可被消除。

（3）等时距对称消去法

等时距对称消去法可消除与时间成比例变化的系统误差。取某一时刻作为中心，则对称于中心的各对系统误差的算术平均值彼此相等，配以相应的数据处理程序，以得到与该影响无关的测量结果，从而消除系统误差。

（4）差值法（微差法、虚零法）

差值法是将被测量与已知标准量进行比较，测出其差值，进而确定被测量的大小。例如，测量某标准电池的电动势E_x，可令它与另一作为标准的标准电池E_N、进行比较，用直流电位差计测量其差值，如图2．2所示。若电位差计读数为ΔU，则

图2．2　用差值法测量标准电池的电动势

用差值法可以消除或减少指示仪表造成的系统误差。从式2．10不难看出，测量结果的准确度由标准量具的准确度和测量差值的准确度决定，且差值越小，测量差值仪表的误差对测量结果的影响越小。当差值等于0时，测量结果的准确度与测量仪表的准确度无关，而仅与标准量具的准确度有关。差值法的特点是可以大大削弱测量仪表的基本误差对测量结果的影响，也就是说，在特定的条件下可用准确度较低的测量仪表获得准确度较高的测量结果。

（5）补偿法

补偿法是替代法的一种特殊形式，在两次测量中，第一次令标准器的量值N与被测量x相加，在N＋x的作用下，测量仪器给出一个示值；然后去掉被测量x，改变标准器的量值为N′，使仪器在N′的作用下给出与第一次同样的示值，则