测量方法对测量结果误差影响的分析

2012-03-31陈华清

电子测试 2012年7期

陈华清

（洪都航空工业集团，江西南昌 330024）

0 引言

测量在日常的生活、生产和科研中都有着重要的作用，它能够将对象的具体工作参数和改造数据呈现出来，便于进行分析和计算。随着生产力的不断发展和进步，对测量结果的精度要求也越来越严格。目前，很多的测量方法在使用过程中还存在一定的测量误差，这些误差的存在会给整个生产、科研带来一定的影响，因此需要对测量方法进行不断的优化和改进，从而来提高整个测量工作的准确性。

1 测量结果产生误差的原因

1.1 装置带来的误差

测量工作离不开测量仪器的支持，但是这些测量装置在实际工作中会带来相应的误差。测量中的装置误差主要是两个方面导致的：一方面，测量装置的理论误差。测量仪器的设计本身就存在误差的环节，主要是利用近似的结构来达到理论的要求，装置的刻度都是近似于理论上的刻度，进而存在一定的误差。比如说，欧姆表，游标卡尺等。另一方面，测量装置在制造和装配过程中存在的误差。这些测量仪器在制造和装备过程中没法达到完全理想的状态，在对其测量的精度进行调整时，就会或多或少地产生相应的误差。这些制作和装配上的误差会直接导致在测量过程中出现测量误差，进而影响到整个测量的结果。

1.2 环境带来的误差

测量误差的另一个原因就是环境。由于不同的测量工作有着自身的条件和要求，对测量环境的要求也不尽相同，这样就使得在不同环境中进行测量时会产生不同的误差。例如，在利用水准仪测高程的时候，在夏天和冬天的误差也是不一样的。夏天由于温度较高，在测量高程时，空气的温度很高，在观测读数时由于空气的流动性较大，会造成读数不清晰或者浮动的情况，这样就影响了整个读数的准确性，从而形成测量误差。由于测量环境的温度、湿度、灰尘、气压，以及电磁场的不同而造成在不同的测量环境中，测试的结果会存在一定的偏差。相对与理论的环境要求而言，实际的测量会因为各种环境因素的影响而引起误差，从而影响测量的准确。

1.3 人员带来的误差

测量人员在测量过程中的一些问题也会带来误差。首先，测量人员的操作技能的熟练程度和对仪器结构的了解程度也会引起不同的测量误差。一些操作人员的熟练程度较高，这样在测量过程中能够更加熟练进行测量，并读出准确的读数，相反操作生疏的人员在读数时很可能就会出现错读、误读的情况，这样就使得整个测量结果存在相应的误差。其次，读取数据的方法和反映能力也会形成测量误差。操作人员在测量时的习惯不一样，在读取数据时就会出现偏差。另外，操作人员在进行读数时的反应时间和分辨能力存在差异也会造成相应的测量误差。这些就是操作人员带来误差的原因。

1.4 方法带来的误差

测量方法带来的误差是整个测量误差中影响非常大的一个原因。由于在测量时不同的测量方法都能够测量出结果，这样就给很多的测量人员在选择测量方法时带来了一定的难点。当测量人员选择的方法不当时，出现的测量误差就会很大，进而影响到整个测量工作的准确性。例如，在高中物理课程中，测量电阻的电流和电压时，根据被测电阻的阻值的大小来确定在测量电阻过程中电流表是内接还是外接。如果选择的方法不对，则测量出来的电阻阻值就会产生一定的误差，进而影响到整个测量结果的精度。因此，在提高测量时的精确度方面，选择合理的测量方法对整个减小误差有着很重要的作用。

2 减小测量结果误差的具体方法

2.1 差值法

在测量过程中，差值法的应用通常都能够减小相应的测量误差。差值法是通过两个测量仪器上的读数来进行作差，然后得到测量结果。这种测量方法在物理实验当中得到了很好的应用，比如说，在牛顿环实验中进行测量时，圆心的判断不准确会带来一定的测量误差，为了减小这种误差可以选择两个距离中心较远的暗环来测量它们的半径，在利用这两个半径值之间的平方差来计算出整个牛顿环的曲率半径，这样就能够在不确定牛顿环圆心的情况下，准确地得到测量结果。差值法主要是通过消除测量仪器相应的零点误差来降低测量时产生的测量结果不准确的方法。

2.2 替代法

替代法通常是指当测量仪器对被测对象进行测量之后，然后将标准量和待测量进行交换，再一次换位测量，从而得到测量结果。这种测量方法其实是一种将测量与验证测量相结合的方法，在测量时对被测对象进行测量，再将标准量和待测量互换，利用相应的函数关系来得出准确的测量结果。例如，在利用电桥测量电阻的过程中，用可变的标准电阻来替代被测电阻，调整标准电阻的阻值，使得整个电桥达到平衡，则这个标准电阻的阻值就是待测电阻的阻值，这样能够一定程度上消除在测量过程中由于电桥自身对被测电阻的影响而带来的误差，进而保障电阻阻值测量的精度。

2.3 补偿法

在测量过程中，补偿法就是将标准值调整到和被测值相等，抵消或补偿待测对象的作用，这样就能够保证整个测量过程中被测对象处于的系统维持在一个平衡状态，待测量和标准值之间就有了一个明确的关系，就能够更加准确地对被测对象的物理值进行测量。换而言之，补偿法就是利用标准值中能够正确读数的部分来代替被测的部分，从而提高整个测量量的精准程度。在目前的测量工作中，补偿法得到了很广泛的应用，其中补偿法测量系统中的4个主要组成部分：指零装置、待测装置、测量装置和补偿装置的精度都得到了很大的提高，进而整个测量的精度也随之提升。

2.4 对称观测法

对称观测法是减小测量误差的又一种测量方法，它的应用原理就是针对在时间上存在着线性变化的误差，在测量时让整个测量程序在某一个对称的时刻再重新测量一次，这样就能够通过相应的分析、计算和验证来确定整个测量值的精确程度。比如说，灵敏电流计通常在时间上存在着线性变化的情况，在测量前对零点值进行一次读数，在测量后对零点值进行一次读数，然后再得出两次读数的平均值对整个测量结果进行修正。通常，随着时间变化而存在的误差在一定的时间内会被默认为线性变化，因此采用对称观测法能够起到消除时间变化引起的误差的作用，从而提高整个测量的精度，减小测量误差。