測量方法對測量結(jié)果誤差影響的分析

陳華清

（洪都航空工業(yè)集團(tuán)，江西南昌 330024）

0 引言

測量在日常的生活、生產(chǎn)和科研中都有著重要的作用，它能夠?qū)ο蟮木唧w工作參數(shù)和改造數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，便于進(jìn)行分析和計(jì)算。隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展和進(jìn)步，對測量結(jié)果的精度要求也越來越嚴(yán)格。目前，很多的測量方法在使用過程中還存在一定的測量誤差，這些誤差的存在會給整個(gè)生產(chǎn)、科研帶來一定的影響，因此需要對測量方法進(jìn)行不斷的優(yōu)化和改進(jìn)，從而來提高整個(gè)測量工作的準(zhǔn)確性。

1 測量結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因

1.1 裝置帶來的誤差

測量工作離不開測量儀器的支持，但是這些測量裝置在實(shí)際工作中會帶來相應(yīng)的誤差。測量中的裝置誤差主要是兩個(gè)方面導(dǎo)致的：一方面，測量裝置的理論誤差。測量儀器的設(shè)計(jì)本身就存在誤差的環(huán)節(jié)，主要是利用近似的結(jié)構(gòu)來達(dá)到理論的要求，裝置的刻度都是近似于理論上的刻度，進(jìn)而存在一定的誤差。比如說，歐姆表，游標(biāo)卡尺等。另一方面，測量裝置在制造和裝配過程中存在的誤差。這些測量儀器在制造和裝備過程中沒法達(dá)到完全理想的狀態(tài)，在對其測量的精度進(jìn)行調(diào)整時(shí)，就會或多或少地產(chǎn)生相應(yīng)的誤差。這些制作和裝配上的誤差會直接導(dǎo)致在測量過程中出現(xiàn)測量誤差，進(jìn)而影響到整個(gè)測量的結(jié)果。

1.2 環(huán)境帶來的誤差

測量誤差的另一個(gè)原因就是環(huán)境。由于不同的測量工作有著自身的條件和要求，對測量環(huán)境的要求也不盡相同，這樣就使得在不同環(huán)境中進(jìn)行測量時(shí)會產(chǎn)生不同的誤差。例如，在利用水準(zhǔn)儀測高程的時(shí)候，在夏天和冬天的誤差也是不一樣的。夏天由于溫度較高，在測量高程時(shí)，空氣的溫度很高，在觀測讀數(shù)時(shí)由于空氣的流動性較大，會造成讀數(shù)不清晰或者浮動的情況，這樣就影響了整個(gè)讀數(shù)的準(zhǔn)確性，從而形成測量誤差。由于測量環(huán)境的溫度、濕度、灰塵、氣壓，以及電磁場的不同而造成在不同的測量環(huán)境中，測試的結(jié)果會存在一定的偏差。相對與理論的環(huán)境要求而言，實(shí)際的測量會因?yàn)楦鞣N環(huán)境因素的影響而引起誤差，從而影響測量的準(zhǔn)確。

1.3 人員帶來的誤差

測量人員在測量過程中的一些問題也會帶來誤差。首先，測量人員的操作技能的熟練程度和對儀器結(jié)構(gòu)的了解程度也會引起不同的測量誤差。一些操作人員的熟練程度較高，這樣在測量過程中能夠更加熟練進(jìn)行測量，并讀出準(zhǔn)確的讀數(shù)，相反操作生疏的人員在讀數(shù)時(shí)很可能就會出現(xiàn)錯讀、誤讀的情況，這樣就使得整個(gè)測量結(jié)果存在相應(yīng)的誤差。其次，讀取數(shù)據(jù)的方法和反映能力也會形成測量誤差。操作人員在測量時(shí)的習(xí)慣不一樣，在讀取數(shù)據(jù)時(shí)就會出現(xiàn)偏差。另外，操作人員在進(jìn)行讀數(shù)時(shí)的反應(yīng)時(shí)間和分辨能力存在差異也會造成相應(yīng)的測量誤差。這些就是操作人員帶來誤差的原因。

1.4 方法帶來的誤差

測量方法帶來的誤差是整個(gè)測量誤差中影響非常大的一個(gè)原因。由于在測量時(shí)不同的測量方法都能夠測量出結(jié)果，這樣就給很多的測量人員在選擇測量方法時(shí)帶來了一定的難點(diǎn)。當(dāng)測量人員選擇的方法不當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)的測量誤差就會很大，進(jìn)而影響到整個(gè)測量工作的準(zhǔn)確性。例如，在高中物理課程中，測量電阻的電流和電壓時(shí)，根據(jù)被測電阻的阻值的大小來確定在測量電阻過程中電流表是內(nèi)接還是外接。如果選擇的方法不對，則測量出來的電阻阻值就會產(chǎn)生一定的誤差，進(jìn)而影響到整個(gè)測量結(jié)果的精度。因此，在提高測量時(shí)的精確度方面，選擇合理的測量方法對整個(gè)減小誤差有著很重要的作用。

2 減小測量結(jié)果誤差的具體方法

2.1 差值法

在測量過程中，差值法的應(yīng)用通常都能夠減小相應(yīng)的測量誤差。差值法是通過兩個(gè)測量儀器上的讀數(shù)來進(jìn)行作差，然后得到測量結(jié)果。這種測量方法在物理實(shí)驗(yàn)當(dāng)中得到了很好的應(yīng)用，比如說，在牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測量時(shí)，圓心的判斷不準(zhǔn)確會帶來一定的測量誤差，為了減小這種誤差可以選擇兩個(gè)距離中心較遠(yuǎn)的暗環(huán)來測量它們的半徑，在利用這兩個(gè)半徑值之間的平方差來計(jì)算出整個(gè)牛頓環(huán)的曲率半徑，這樣就能夠在不確定牛頓環(huán)圓心的情況下，準(zhǔn)確地得到測量結(jié)果。差值法主要是通過消除測量儀器相應(yīng)的零點(diǎn)誤差來降低測量時(shí)產(chǎn)生的測量結(jié)果不準(zhǔn)確的方法。

2.2 替代法

替代法通常是指當(dāng)測量儀器對被測對象進(jìn)行測量之后，然后將標(biāo)準(zhǔn)量和待測量進(jìn)行交換，再一次換位測量，從而得到測量結(jié)果。這種測量方法其實(shí)是一種將測量與驗(yàn)證測量相結(jié)合的方法，在測量時(shí)對被測對象進(jìn)行測量，再將標(biāo)準(zhǔn)量和待測量互換，利用相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系來得出準(zhǔn)確的測量結(jié)果。例如，在利用電橋測量電阻的過程中，用可變的標(biāo)準(zhǔn)電阻來替代被測電阻，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值，使得整個(gè)電橋達(dá)到平衡，則這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電阻的阻值就是待測電阻的阻值，這樣能夠一定程度上消除在測量過程中由于電橋自身對被測電阻的影響而帶來的誤差，進(jìn)而保障電阻阻值測量的精度。

2.3 補(bǔ)償法

在測量過程中，補(bǔ)償法就是將標(biāo)準(zhǔn)值調(diào)整到和被測值相等，抵消或補(bǔ)償待測對象的作用，這樣就能夠保證整個(gè)測量過程中被測對象處于的系統(tǒng)維持在一個(gè)平衡狀態(tài)，待測量和標(biāo)準(zhǔn)值之間就有了一個(gè)明確的關(guān)系，就能夠更加準(zhǔn)確地對被測對象的物理值進(jìn)行測量。換而言之，補(bǔ)償法就是利用標(biāo)準(zhǔn)值中能夠正確讀數(shù)的部分來代替被測的部分，從而提高整個(gè)測量量的精準(zhǔn)程度。在目前的測量工作中，補(bǔ)償法得到了很廣泛的應(yīng)用，其中補(bǔ)償法測量系統(tǒng)中的4個(gè)主要組成部分：指零裝置、待測裝置、測量裝置和補(bǔ)償裝置的精度都得到了很大的提高，進(jìn)而整個(gè)測量的精度也隨之提升。

2.4 對稱觀測法

對稱觀測法是減小測量誤差的又一種測量方法，它的應(yīng)用原理就是針對在時(shí)間上存在著線性變化的誤差，在測量時(shí)讓整個(gè)測量程序在某一個(gè)對稱的時(shí)刻再重新測量一次，這樣就能夠通過相應(yīng)的分析、計(jì)算和驗(yàn)證來確定整個(gè)測量值的精確程度。比如說，靈敏電流計(jì)通常在時(shí)間上存在著線性變化的情況，在測量前對零點(diǎn)值進(jìn)行一次讀數(shù)，在測量后對零點(diǎn)值進(jìn)行一次讀數(shù)，然后再得出兩次讀數(shù)的平均值對整個(gè)測量結(jié)果進(jìn)行修正。通常，隨著時(shí)間變化而存在的誤差在一定的時(shí)間內(nèi)會被默認(rèn)為線性變化，因此采用對稱觀測法能夠起到消除時(shí)間變化引起的誤差的作用，從而提高整個(gè)測量的精度，減小測量誤差。

3 結(jié)束語

綜上所述，目前很多的測量工作在結(jié)果上還存在一定的誤差，引起這些誤差的原因也是不相同的。對測量工作中造成測量誤差的原因進(jìn)行分析，然后采取正確的測量方法具有一定的積極意義。因此，希望有關(guān)人員能夠?qū)y量方法進(jìn)行深入的研究，采取一些行之有效的措施來減小測量中的誤差，提高整個(gè)測量工作的精度。

[1]陳佳彬，張翔.全局優(yōu)化算法研究[C].福建省科協(xié)第五屆學(xué)術(shù)年會數(shù)字化制造及其它先進(jìn)制造技術(shù)專題學(xué)術(shù)年會論文集.福州：福建省機(jī)械工程學(xué)會，2005.

[2]蔡小舒，蘇明旭，沈建琪，等.粒度測試技術(shù)的最新發(fā)展[C].2007年全國粉體工業(yè)技術(shù)大會論文集[C].北京：中國顆粒學(xué)會，2007.

[3]王琦，任亦鳴，王欣.6σ管理技術(shù)在提高坐標(biāo)測量機(jī)檢測效率上的應(yīng)用[C].2007年度中國航空學(xué)會計(jì)量技術(shù)專業(yè)委員會計(jì)量與質(zhì)量專題學(xué)術(shù)交流會論文集.北京：中國航空學(xué)會，2007.

[4]耿玉磊，張翔.多目標(biāo)優(yōu)化的求解方法與發(fā)展[C].福建省科協(xié)第四屆學(xué)術(shù)年會提升福建制造業(yè)競爭力的戰(zhàn)略思考專題學(xué)術(shù)年會論文集.福州：福建省機(jī)械工程學(xué)會，2004.

[5]蔣煥文.從電子測量的發(fā)展，談研究生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，1986(04).

[6]王耀鋒，王紅衛(wèi)，張乃祿，等.全數(shù)字直流調(diào)速器在輥道退火爐傳動系統(tǒng)中的應(yīng)用[C].全國冶金企業(yè)計(jì)控網(wǎng)絡(luò)化研討會論文集.北京：《冶金自動化》雜志社，2003.

[7]胡少春.智能壓力檢測系統(tǒng)的壓力測試儀與PC機(jī)數(shù)據(jù)處理軟件的設(shè)計(jì)[D].西安：西安科技大學(xué)，2003.