精密度(精確)是指重復(fù)測量同一事物時,測量值相互一致的程度。重合度,即變異度,用來反映測量過程中隨機(jī)誤差的大小。精密度的值用標(biāo)準(zhǔn)差表示。
如果測量的隨機(jī)誤差(精密度)為σ,則
根據(jù)上述公式,在允許重復(fù)測量的情況下,只要重復(fù)測量的次數(shù)足夠大,隨機(jī)誤差可以任意小。但是測量系統(tǒng)有一定的分辨率,所以一個測量系統(tǒng)實(shí)際隨機(jī)誤差的下限就是測量系統(tǒng)的分辨率。
每次測量結(jié)束時,測量的隨機(jī)誤差是確定值,但在分析測量誤差的性質(zhì)時,我們總是將其視為隨機(jī)變量,原因有二:
第一,每次測量前,隨機(jī)誤差是不確定的,屬于隨機(jī)變量;
其次,雖然每次測量后的隨機(jī)誤差是一個確定的值,但是這個值是未知的,只能通過可能的分布范圍來測量,所以可以看作是一個隨機(jī)變量。當(dāng)隨機(jī)誤差被視為隨機(jī)變量時,用標(biāo)準(zhǔn)差來反映其大小。
2 、準(zhǔn)確度
準(zhǔn)確度(精確)是指多次測量的平均值與真實(shí)值一致的程度,反映了測量過程中系統(tǒng)誤差的大小。準(zhǔn)確度的值用偏差(偏差)表示,準(zhǔn)確度與測量值相關(guān)。
在較低范圍區(qū)域(測量值較小),偏差較小;
在范圍較大的位置(測量值較大),偏差會較大。
通常,偏差與測量值呈線性關(guān)系,即
偏差=a+bx測量值
如果測量儀器的零點(diǎn)準(zhǔn)確,即a=o,則偏差與測量值成正比。比如用一把標(biāo)稱長度為lm的尺子,其實(shí)際長度為高級標(biāo)準(zhǔn)尺認(rèn)可的0.990m,測量長度為1m的物體的實(shí)際長度為0.990m,偏差為0.010 m,按比例比例系數(shù)B為0.010。用這把尺子測量一個長度為L的物體,其實(shí)際偏差為0.010L
比如用這種尺子測量物體的長度為L=0.5m,其測量偏差。
偏置=bL=0.010x0.5=0.005m .
實(shí)際長度應(yīng)為0.5-0.005 = 0.495米..
系統(tǒng)誤差不能通過重復(fù)測量來減小,但可以通過校準(zhǔn)和校正來減小。
3.隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差
從上圖可以看出,如果測量值誤差較小,則隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差必須同時減小。
圖(A)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差都很大,因此應(yīng)采用重復(fù)測量來減少隨機(jī)誤差。但是重復(fù)測量并不能減少系統(tǒng)誤差,因此需要同時校準(zhǔn)或校正測量儀器的系統(tǒng)誤差。
圖(b)的隨機(jī)誤差很小,但系統(tǒng)誤差很大。只需要幾次重復(fù)測量就可以使隨機(jī)誤差非常小。同時,采用校準(zhǔn)或校正方法來減小系統(tǒng)誤差。
圖(c)的隨機(jī)誤差較大,系統(tǒng)誤差很小。關(guān)鍵是通過重復(fù)測量減少隨機(jī)誤差。
圖(d)的系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差較小,只需少量重復(fù)測量,就能保證測量值非常接近真實(shí)值。
隨機(jī)誤差包括讀數(shù)誤差、操作變化引起的誤差和儀器穩(wěn)定性誤差。如果測量儀器本身穩(wěn)定性高,那么隨機(jī)誤差主要由讀數(shù)誤差和操作變化引起的誤差組成。比如用秒表測量百米賽跑的時間,可以認(rèn)為手表在短時間內(nèi)非常穩(wěn)定,所以隨機(jī)誤差就是讀數(shù)誤差和操作變化引起的誤差。如果用普通臺秤稱物體重量,臺秤的穩(wěn)定性低,是隨機(jī)誤差的主要組成部分。