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儀表測量的5種誤差詳解

嘉峪檢測網        2026-03-11 16:39

誤差指的是化學實驗中測得值與真實值之間的差值。定量分析中的誤差,按性質和來源可分為系統(tǒng)誤差,隨機誤差和過失誤差。由某些固定的原因產生的分析誤差叫系統(tǒng)誤差,其顯著特點是朝一個方向偏離。造成系統(tǒng)誤差的原因可能是試劑不純,儀器不準,分析方法不妥,操作技術較差。由某些難以控制的偶然因素造成的誤差叫隨機誤差或偶然誤差。實驗環(huán)境溫度,濕度和氣壓的波動,儀器性能的微小變化都會產生隨機誤差。 分析化學中,誤差有兩種:系統(tǒng)誤差和隨機誤差。系統(tǒng)誤差包括方法誤差,儀器和試劑誤差,操作誤差。隨機誤差就比較多了,比如環(huán)境引起的誤差,移液時的誤差,讀數(shù)的誤差,滴定終點判定誤差等等。測量誤差包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩類不同性質的誤差。
 
01系統(tǒng)誤差
 
是指“在重復性條件下,對同一被測量進行無限次測量所得結果的平均值與被測量真值之差”。它是在重復測量中保持恒定不變或可按預見方式變化的測量誤差的分量。由于只能進行有限次數(shù)的重復測量,真值也只能是用約定真值代替,因此可能確定的系統(tǒng)誤差也只是估計值。
 
系統(tǒng)誤差的來源可以是已知或未知的,那么怎樣發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)誤差呢?  
 
1、在規(guī)定的測量條件下多次測量同一個被測對量,從所得測量結果與計量標準所復現(xiàn)的量值之差可以發(fā)現(xiàn)并得到恒定的系統(tǒng)誤差的估計值。
 
2、在測量條件改變時,例如隨時間、溫度等街道條件改變時按某一確定的規(guī)律變化,可能是線性的或非線性地增長可減小,就可以發(fā)現(xiàn)測量結果中存在的可變的系統(tǒng)誤差。
 
通常消除或減小系統(tǒng)誤差的方法有以下幾種:
 
(1)采用修正的方法:對系統(tǒng)誤差的已知部分,用對測量結果進行修正的方法來減小系統(tǒng)誤差。修正系統(tǒng)誤差的方法包括在測量結果上加修正值;對測量結果乘修正因子;畫修正曲線;以及制定修正值表等。例如:測量結果為20℃,用計量標準測量的結果是20.1℃,則已知系統(tǒng)誤差的估計值為-0.1℃,也就是說修正值是+0.1℃,已修正測量結果等于未修正測量結果加修正值。即已修正測量結果為20℃+0.1℃=20.1℃。    
 
(2)在實驗過程中盡可能減少或消除一切產生系統(tǒng)誤差的因素。例如在使用儀器時,應該對中的未能對中,應該調整到水平、垂直或平行理想狀態(tài)的未能調好等等,都會帶來系統(tǒng)誤差,操作者要仔細調整,以便減小誤差等。     
 
(3)選擇適當?shù)臏y量方法,使系統(tǒng)誤差抵消而不致帶入測量結果中。例如:對恒定系統(tǒng)誤差消除法,可采用異號法,即改變測量中的某些條件,例如測量方向、電壓極性等,使兩種條件下的測量結果中的誤差符號相反,取其平均值以消除系統(tǒng)誤差。交換法,即將測量中的某些條件適當交換,例如被測物的位置相互交換,設法使兩次測量中的誤差源對測量結果的作用相反,從而抵消了系統(tǒng)誤差。替代法,即保持測量條件不變,用一已知量值的標準器替代被測件再作測量,使指示儀器的指示不變或指零,這時被測量等于已知的標準量,達到消除系統(tǒng)誤差的目的。  
   
對可變的系統(tǒng)誤差的消除,合理地設計測量程序可以消除測量系統(tǒng)的線性漂移或周期性變化引入的系統(tǒng)誤差。
 
02隨機誤差
 
隨機誤差是“測量結果與在重復性條件下,對同一被測量進行無限多次測量所得結果平均值之差”。事實上,多次測量時的條件不可能絕對地完全相同,多種因素的起伏變化或微小差異綜合在一起,共同影響而致使每個測得值的誤差以不可預定的方式變化。
 
所以隨機誤差可能確定的只是其估計值,因為測量只能進行有限次數(shù),就單個隨機誤差而言,它沒有確定的規(guī)律性;但就整體而言,卻服從一定的統(tǒng)計規(guī)律。
 
隨機誤差一般是由影響量的隨機時空變化引起的,它們導致重復測量中數(shù)據(jù)的分散性。測量結果的重復性就是由于所有影響測量結果的影響量不能完全保持恒定而引起的。 
 
隨機誤差的統(tǒng)計規(guī)律性,主要可歸納為對稱性、有界性和單峰性。對稱性是指絕對值相等而符號相反的誤差,出現(xiàn)的次數(shù)大致相等地。即測得值是以它們的算術平均值為中心而對稱分布的。由于所有誤差代數(shù)和趨近于零,故隨機誤差又具有抵償性。
 
有界性是指測得值誤差的絕對值不會超過一不定期的界限,也即不會出現(xiàn)絕對值很大的誤差。單峰性是指絕對值小的誤差比絕對值大的誤差數(shù)目多,也就是測得值是以它們的算術平均值為中心而相對集中地分布。    
 
隨機誤差是在重復測量中按不可預見的方式變化的測量誤差的分量。隨機誤差的大小程度反映于測量值的分散性,即測量重復性。測量重復性是用實驗標準偏差表征的,當用多次測量的算術平均值作為測量結果時,測量結果的實驗標準偏差是測量值實驗標準偏差的1/ 倍(n為測量次數(shù)),因此,當重復性較差時增加測量次數(shù),可以減小測量的隨機誤差。
 
但隨測量次數(shù)的進一步增加,算術平均值的實驗標準偏差減小的程度減弱,相反會增加人力、時間和儀器的磨損等問題,所以一般取 3~20次為宜。   
 
測量誤差包括了系統(tǒng)誤差與隨機誤差,從概念上存在以下公式:測量誤差 = 系統(tǒng)誤差 + 隨機誤差。通常情況下測量誤差、系統(tǒng)誤差和隨機誤差都是理想的概念性術語,一般不能通過測量得到它們的準確值。
 
除以上兩大類誤差以外,還有因操作事故引起的“過失誤差”,如讀錯刻度,溶液濺出,加錯試劑等。這是可能出現(xiàn)一個很大的“誤差值”,在計算算數(shù)平均值時,此種數(shù)值應與棄去。
 
實際工作中,應根據(jù)需要的準確度選擇測量手段(儀器與方法),如果需要較高的準確度,又無適宜的儀器設備,則可用提高樣品用量的方法來達到。
 
03儀表測量的5種誤差詳解
 
1、使用誤差
 
又稱為操作誤差,是指在使用儀器過程中,因安裝、調節(jié)、布置、使用不當而引起的誤差。比如:按規(guī)定應垂直放置的儀表卻水平放置,儀器接地不良,因測試引線太長而造成損耗或未考慮阻抗匹配,未按操作規(guī)程在沒有預熱、調節(jié)、校正后就迸行測量等,都會產生使用誤差。
 
2、儀器、儀表誤差
 
由儀器、儀表本身及其附件所引入,出于儀器的電氣或機械性能不完善所產生的誤差。比如:電橋中的標準電阻、示波器的探極線等都含有誤差。儀器、儀表的零位偏移,刻度不準確,以及非線性等引起的誤差均屬于儀器誤差。
 
3、方法誤差
 
是指由于使用的測量方法不完善、理論依據(jù)不嚴密、對某些經典測量方法做了不適當?shù)男薷暮喕a生的誤差,即凡是在測量結果的表達式中沒有得到反映的因素,而實際上這些因素又起作用時所引起的誤差,我們又稱為理論誤差。比如:用普通萬用表測量電路中高阻值電阻兩端的電壓時,由于萬用表電壓擋內阻不高而形成分流,就會引起測量誤差。
 
4、人身誤差
 
由于人的感覺器官和運動器官的限制所造成的誤差。對于某些需借助于人眼、人耳來判斷結果的測量,以及需進行人工調節(jié)等的測量工作,均會引入人身誤差。比如:讀錯刻度、念錯讀數(shù)等。
 
5、影響誤差
 
又稱為環(huán)境誤差,是指由于受到溫度、濕度、氣壓、電磁場、機械振動、聲音、光、放射性等影響所造成的附加誤差。
 
儀表測量的5種誤差詳解
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來源:理化檢驗化學分冊

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