計量系列12:測量誤差中的隨機誤差

2020-12-13 周寶瓏

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隨機誤差的是在重複測量中按不可預見方式變化的測量誤差的分量。

誤差分為系統誤差和隨機誤差,系統誤差是在重複測量中保持不變或按可預見方式變化的測量誤差的分量。

隨機誤差(Random error)的是在重複測量中按不可預見方式變化的測量誤差的分量,是客觀存在的,其來源於環境的影響、人員的操作以及計量器具本身的重複性等。

隨機誤差的參考值是對同一被測量由無窮多次重複測量得到的平均值,也即期望。一組重複測量的隨機測量誤差形成一種分布,該分布可用期望和方差描述,其期望通常可假設為零。測量儀器狀態較好的,隨機誤差的分布呈現正態分布,測量儀器狀態不好的情況下,隨機誤差的分布可能會其他分布形態。

隨機誤差等於測量誤差減去系統測量誤差。

測量wu'cha

隨機誤差主要對應於測量精密度的計算,而測量精密度又引申出測量重複性和測量復現性的計算。

隨機誤差有時大,有時小,有時是正值,有時是負值,就單次測量來說,隨機誤差的大小和正負無法預測,沒有任何規律可言。但多次觀察其出現的規律會發現,其具有均勻性,整體具有規律性,即絕對值相等的正負隨機誤差出現的概率是相同的,通過統計學可知,多次測量疊加可抵消隨機誤差。

隨機誤差是無法徹底消除的,雖然理論上測量無窮多次取算術平均值可以消除隨機誤差,但是現實中無法實現對被測量的無窮多次測量,因此,隨機誤差總是存在的,但可以通過多次測量取平均值的方法減小隨機誤差。這裡把算術平均值作為測量結果的最佳估計值,測量結果中已經抵消了一部分隨機誤差。

正如誤差具有誤差限,隨機誤差也有誤差限,無論多少次測量,其隨機誤差都不會超出某個極限。這也是誤差的一個特徵。

隨機誤差通常用實驗標準偏差來定量表示,用以表示隨機誤差的分散性,實驗標準差通常採用貝塞爾公式計算得到,採用貝塞爾公式時測量次數應不少於10次。測量次數較少時,常採用極差法,但如果數據分布偏離正態分布較大時,應以貝塞爾公式計算結果為準。

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