本帖最后由 史錦順 于 2018-5-16 09:52 編輯
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三個區間
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史錦順
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錯!包含區間必須有“包含真值的區間”這層意思。如果“包含區間”與“包含真值”無關,那“包含區間”的概念就毫無意義。
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從測量計量的全領域看,有三個包含區間的概念。識別這些區間的關系,很重要。
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在常量測量(基礎測量)領域,被測量是常數,被測量的真值是唯一量值。
測量的最基本的原理與方式是等量代換。人們通過對物理量作用的大小來認識物理量的大小。被測量與標準量的作用相同,則認為二量相等。測量儀器是個函數機,計量標準的真值Z標,使儀器的示值為M;用該儀器進行測量,若儀器的示值為M,則表示被測量的真值Z物的作用與標準量的作用相同。作用是真值的作用,真值的作用相同,則認定被測量的真值Z物與標準的真值Z標相同。
測量儀器的測得值M是標準量Z標的函數。其反函數就是測量中的真值函數。特定量與標準量的相同量值作用相同。作用相同的真值,就是量值相同,因此,測量中的真值與計量中的真值可以代換,于是計量中的測得值函數表達式轉換為測量中的“測量結果”表達式;亦即研制與計量中的“測得值區間”轉化為測量中的“真值區間”。真值區間,就是包含被測量真值的區間。
(基礎測量兩個區間的推導見附錄)
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被測量如果是統計變量,那測量就是“統計測量”。統計測量的目的是求得統計變量的特性。例如時頻領域的頻率穩定度測量、電磁學領域的穩壓電源的電壓穩定度測量,就都是統計測量。測量的條件是儀器誤差范圍可以忽略(MPEV≤σ物)。注意σ物是被測統計變量的單值的標準偏差,不能除以根號N。
統計變量的包含區間的半寬必須是3σ物。須知,統計變量的每個值都是真值。區間就是真值的區間。
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附錄
第5章 測得值函數與測量結果
5.1 研制中的測得值函數
測量儀器的研制,必須建立測量方程。由本書提出的測量方程,可以方便地得到測得值函數。測得值函數,是測得值對真值的關系。真值是自變量,測得值是因變量,對測得值函數微分,得到誤差元,各項誤差元合成為儀器的誤差范圍。再經湊整、加大、歸類(按國家等級標準系列),給出誤差范圍標稱值。誤差范圍標稱值就是準確度。(當前,為避諱VIM關于“準確度是定性的”之規定,又稱最大允許誤差、準確度等級。)
測量儀器的研制者,必須給出全量程的測得值函數,建立測得值與被測量真值的對應關系。
測量儀器,不可能只測量一個值,而是測量全量程內的任何一個被測量量值。這就必須給出全量程或可用區域上的測得值函數。
研制的賦值過程,就是由真值Y而確定測得值Ym。
5.2 測得值公式是測得值函數的簡化表達
在測量儀器的研制中,必須建立測量方程、求得測得值函數、進行誤差分析、并給出誤差范圍指標。
測得值函數為
Ym = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN) + Y (5.1)
誤差元函數為
Ym – Y = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN) (5.2)
誤差元的絕對值的最大值為
│Ym – Y│max= │f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN)│max (5.3)
這個“誤差元絕對值的最大可能值”就是誤差范圍,記(5.3)式右端為R(恒正), 有
│Ym – Y│max= R (5.4)
去掉最大值符號,有
│Ym – Y│ ≤ R (5.5)
解絕對值關系式(5.5)
當Ym>Y時,有
Ym ≤ Y+R (5.6)
當Ym<Y時,有
Ym ≥ Y-R (5.7)
綜合(5.6)式、(5.7)式,有
Y- R ≤ Ym ≤ Y+R (5.8)
(5.8)式簡記為
Ym = Y±R (5.9)
(5.9)式由(5.1)式推得,(5.9)與(5.1)式等效。因此,測得值公式(5.9)是測得值函數式的簡化表達。
5.3 測量中的真值函數
人們要知道被測量的值,就要用測量儀器去測量被測量。人們得到了測得值。但人們的目的是求得真值。為求真值,就要知道真值對測得值的函數關系。于是該用真值函數。由測量方程,可知真值函數的一般形式為:
Y = Ym–[f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) - f(X1,X2,……XN) ] (5.10)
5.4 測量結果是真值函數的簡化表達,測量結果包含真值
測量者通過測量得到測得值。由所用測量儀器的誤差范圍指標值,得知此次測量的誤差范圍值。測得值加減誤差范圍是測量結果。測量者得到測量結果,測量結果包含真值,于是測量者就得到了關于被測量真值的完整信息。只要誤差范圍滿足要求,就達到了測量的目的。
測量結果包含真值,這是測量理論與實踐的真諦,說明如下。
第一,測量儀器生產廠,給出的準確度(誤差范圍)指標為R儀,承諾是:
(1)可以測量量程內的任何量。已建立測得值與被測量真值的對應關系,即測得值函數。對真值Zi,給出測得值Mi.
(2)誤差元ri = Mi―Zi, 在i點,Ri是ri的絕對值的最大可能值,記為R。((引用誤差表達法,在全量程上,R是諸Ri的最大可能值。)
廠家給出的誤差范圍指標R儀,是保證:
R ≤ R儀 (5.11)
第二,計量檢定就是抽樣證明(5.11)式成立。
因此,不論在量程內哪點上的那次測量,都有:
│ri│≤ R儀
也就是
│M―Z│≤ R儀 (5.12)
解絕對值關系式(5.12)。
當M大于Z時
M―Z ≤ R儀
Z ≥ M―R儀 (5.13)
當M小于Z時
Z―M ≤ R儀
Z ≤ M + R儀 (5.14)
綜合(5.13)、(5.14),有
M―R儀≤ Z ≤ M + R儀 (5.15)
(5.15)式表明,被測量的真值Z在以測得值M為中心的、以誤差范圍R儀為半寬的區間中。
(5.15)式簡化表大為
Z = M±R儀 (5.16)
(5.16)式稱為測量結果。
測量結果的物理意義:被測量的真值的最佳表征值是測得值M。被測量的真值可能大些,但不會大于M+R儀,被測量的真值可能小些,但不會小于M―R儀。
5.5 測量儀器是真值函數與測得值函數的體現
測量儀器就是一個函數機。測量儀器根據測得值函數而設計制造,是由輸入量(真值)而決定輸出量(測得值)。應用測量儀器進行測量,儀器的物理機制把被測量的真值轉換為測得值,其作用就是實現測得值函數;而認讀是反過來,由測得值而認定真值,也就是依據真值函數而得知真值。
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[注]
本附錄中,標準的真值與被測量的真值用分別用Y和Z表達.已認定Y與Z可以等量代換。這是利用了“等量代換原理”。加上本文的解釋,對這種表達方式,就容易理解了。把Y記為真值Z標,而測量中被測量的真值記為Z物,Z物與Z標同為真值,可以相互間等量代換。于是表達、理解就更順暢。
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