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經(jīng)典的誤差理論沒(méi)有相關(guān)性的說(shuō)法。
不確定度理論為了用“方和根法”,才提出相關(guān)性的問(wèn)題。因?yàn)?a+b)的平方等于(a的平方)+2ab+(b的平方),只有2ab很小,可以忽略,才有[(a+b)的平方]等于(a的平方)+(b的平方),才能用“方和根法”。
“方和根法”是否成立,取決于交叉項(xiàng)2ab是否可以忽略,而同【a量和b量之間是否相關(guān)】沒(méi)有關(guān)系。
GUM、VIM、JJF、大量不確定度樣板評(píng)定以及各種教科書(shū)、書(shū)籍所講的關(guān)于相關(guān)性的內(nèi)容,都是脫離實(shí)際的,沒(méi)有道理。而大量的“假設(shè)不相關(guān)”,都是白說(shuō);因?yàn)榻徊骓?xiàng)能否可略,與相關(guān)性沒(méi)有關(guān)系。
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你的具體問(wèn)題,已認(rèn)為誤差項(xiàng)是三個(gè):銣頻標(biāo)不準(zhǔn)、重復(fù)性、比對(duì)器誤差。
1)銣頻標(biāo)不準(zhǔn),定量為銣頻標(biāo)的準(zhǔn)確度,就是誤差范圍,這由廠家給出,并經(jīng)上級(jí)計(jì)量部門(mén)檢定(或校準(zhǔn))公證。此項(xiàng)誤差范圍以系統(tǒng)誤差為主,當(dāng)做是系統(tǒng)誤差(符合誤差的上限性特點(diǎn)),記為β(數(shù)值等于銣頻標(biāo)的誤差范圍,符號(hào)可正可負(fù))。廠家給出的指標(biāo)是R(銣)= |β|
2)重復(fù)性,就是多次測(cè)量呈現(xiàn)的隨機(jī)誤差 ,記為ξ1i。ξ1i是量值可大可小,符號(hào)可正可負(fù),取3ξi為對(duì)誤差范圍權(quán)重為1的隨機(jī)誤差元。單項(xiàng)測(cè)量結(jié)果為R(重復(fù))=3σ(ξ1)= σ(3ξ1)
3)頻標(biāo)比對(duì)器的誤差是隨機(jī)誤差,誤差元記為ξ2i. 廠家給出指標(biāo)為R(比對(duì))=3σ(ξ2)= σ(3ξ2)(按《時(shí)間頻率計(jì)量》一書(shū)的作法,直接用廠家的阿侖偏差指標(biāo)值)。
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你的案例是一項(xiàng)系統(tǒng)誤差與兩項(xiàng)隨機(jī)誤差合成,合成公式為:
R(總)= √[R(銣)^2+R(重復(fù))^2+R(比對(duì))^2] (1)
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在僅有一項(xiàng)系統(tǒng)誤差的情況下,(1)式成立的條件是單項(xiàng)系統(tǒng)誤差、其他誤差隨機(jī)(可正可負(fù))、大量。交叉系數(shù)構(gòu)成有充分的抵消性,交叉項(xiàng)可略,“方和根法”成立。
公式(1)成立的條件與“各項(xiàng)間相關(guān)還是不相關(guān)”沒(méi)有關(guān)系。因此,你的顧慮沒(méi)必要。有人說(shuō)“相關(guān)”,沒(méi)關(guān)系;因?yàn)榧词埂跋嚓P(guān)”,公式(1)也成立。注意,如果有兩項(xiàng)大系統(tǒng)誤差,二者必須取“絕對(duì)和”,而其余操作是取“方和根”。這里僅有一項(xiàng)系統(tǒng)誤差,而其他為隨機(jī)誤差,不管相關(guān)不相關(guān),都取“方和根”。
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附錄
理論根據(jù)
(一)誤差合成的理論基礎(chǔ)
函數(shù)的改變量,等于函數(shù)對(duì)各個(gè)自變量偏微分的和。就是泰勒展開(kāi)的一級(jí)近似。
f(x,y) = f(xo,yo)+ (?f/?x) (x-xo)+ (?f/?y) (y-yo) (7)
f(x,y) - f(xo,yo) =(?f/?x) Δx+ (?f/?y) Δy (8)
Δf =(?f/?x)Δx + (?f/?y)Δy (9)
公式(9)是偏差關(guān)系的普遍形式。對(duì)所研究的特定函數(shù)來(lái)說(shuō),?f/?x、?f/?y是常數(shù)。
偏差關(guān)系用于測(cè)量計(jì)量領(lǐng)域,x是測(cè)得值,xo是真值, Δx是測(cè)得值x的誤差元;y是測(cè)得值,yo是真值,Δy是測(cè)得值y的誤差元;f(x,y)是代表被測(cè)量的函數(shù)值, f(xo,yo) 是函數(shù)的真值,Δf= f(x,y)-f(xo,yo) 是函數(shù)值的誤差元。
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(二)隨機(jī)誤差元構(gòu)成的誤差范圍
1 隨機(jī)誤差元等于測(cè)得值減測(cè)得值的期望值(當(dāng)無(wú)系統(tǒng)誤差時(shí),期望值是真值)。隨機(jī)誤差元的期望值是零。隨機(jī)誤差元為:
ξi = Xi- Z (1)
2 標(biāo)準(zhǔn)誤差定義為
σ =√(1/N)∑ξi (2)
3 貝塞爾公式用測(cè)得值的平均值代換(2)式中的期望值,得到:
σ =√{[1/(N-1)]∑[X-X(平)]^2} (3)
4 隨機(jī)誤差范圍
R = 3σ =3√(1/N)∑ξi^2
=√(1/N)∑(3ξi)^2 (4)
5 由公式(4),有:
R=3σ(ξ)= σ(3ξ) (5)
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(三)隨機(jī)誤差與單個(gè)系統(tǒng)誤差合成的交叉因子
兩個(gè)分項(xiàng)誤差,一個(gè)是隨機(jī)的,記為ξ,考慮到對(duì)誤差范圍的權(quán)重,取單元量為3ξ(ΔX);一個(gè)是系統(tǒng)的(重復(fù)測(cè)量中不變),記為β(ΔY)。
代入公式(13),有
J =(1/N)(∑3ξiβ) / [σ(X) σ(Y)] (16)
系統(tǒng)誤差元是常數(shù)可以提出來(lái),有
J =(1/N) (3β∑ξi) / {√[(1/N)∑ΔX^2]√[(1/N)∑ΔY^2]} (17)
大量重復(fù)測(cè)量(例如N=20,N不得小于10)中,(17)式的∑ξi等于零或可以忽略,因此J近似為0,可以忽略。“方和根法”成立。
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詳見(jiàn)本欄目文章《誤差合成的“方根法”—— 測(cè)量計(jì)量理論與實(shí)務(wù)探討(1)》
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