1.有效数字
由于含有误差,所以测量数据及由测量数据计算出来的算术平均值等都是近似值。
(1)若末位数字是个位,则包含的绝对误差值不大于0.5;
(2)若末位是十位,则包含的绝对误差值不大于5;
(3)对于其绝对误差不大于末位数字一半的数,从它左边第一个不为零的数字起,到右面最后一个数字(包括零)止,都叫做有效数字。中间的0和末尾的0都是有效数字,不能随意添加。开头的零不是有效数字。
测量数据的绝对值比较大(或比较小),而有效数字又比较少的测量数据,应采用科学计数法,即a×10n,a的位数由有效数字的位数所决定。
例1 用10v指针式电压表测得 U= 5. 6 4 V 三位有效数字 ,如图1:
图1 有效数字示意图
最末位有效数字常称存疑数,它主要由仪表所能达到的精度决定。例如用10V量程指针式电压表测得电压5.64V,这是三位有效数字组成的数据,这三位数中前二位是可从刻度上准确读出的,而最后一位是估读的,是含有误差的近似数,常称为存疑数。
例2 0.0038KΩ=3.8Ω ,两位有效数字;
例3 0.026m 两位有效数字,
0.0260m 三位有效数字;
例4 8700 四位有效数字,
87×102 两位有效数字;
2.多余数字的舍入规则
由于测量数据和测量结果均是近似数,其位数各不相同。为了使测量结果的表示准确唯一,计算简便,在数据处理时,需对测量数据和所用常数进行修约处理。
数据修约规则:
(1) 小于5舍去——末位不变。
(2) 大于5进1——在末位增1。
(3) 等于5时,取偶数——当末位是偶数,末位不变;末位是奇数,在末位增1(将末位凑为偶数)
例5 :将下列数字保留到小数点后一位:l2.34,l2.36,l2.35,l2.45。
解: 12.34 →l2.3 (4<5,舍去)
12.36→l2.4 (6>5, 进一)
l2.35 → l2.4 (3是奇数,5入)
12.45→ 12.4 (4是偶数,5舍)
例6: 将下列数据舍入到小数第二位。
12.4344→12.43 63.73501→63.74
0.69499→0.69 25.3250→25.32 17.6955→17.70 123.1150→123.12
需要注意的是,舍入应一次到位,不能逐位舍入。
二、 等精密度测量结果的处理步骤
①用修正值等方法,减小恒值系统误差的影响, 列出测量数据x1,x2,x3,……,xn。
②求算术平均值, ;
③求剩余误差(残差)vi=xi–,并验证。
④用贝塞尔公式计算标准偏差估计值:;
⑤利用莱特准则,即3σ准则,判别是否存在粗差。
⑥剔除坏值后,再重复求剩下数据的算术平均值、剩余误差及标准差,并再次判断,直至不包括坏值为止。
⑦判断有无变值系统误差。
⑧求算术平均值的标准差估计值
⑨求算术平均值的不确定度
⑩给出测量结果的表达式(报告值)。
例7:对某电压进行了16次等精密度测量,测量数据中已计入修正值,列于表1–1要求给出包括误差(即不确定度)在内的测量结果表达式。
表1–1 测量值及其计算值 | ||||||
n |
xi/V |
首次计算 |
第二次计算 |
|||
vi |
vi2 |
vi′ |
(vi′)2 |
备注 | ||
1 |
205.24 |
-0.06 |
0.0036 |
+0.03 |
0.0009 |
|
2 |
205.21 |
-0.09 |
0.0081 |
0.00 |
0.0000 |
|
3 |
205.35 |
+0.05 |
0.0025 |
+0.14 |
0.0196 |
|
4 |
204.94 |
-0.36 |
0.1296 |
-0.27 |
0.0729 |
|
5 |
205.32 |
+0.02 |
0.0004 |
+0.11 |
0.0121 |
|
6 |
204.97 |
-0.33 |
0.1089 |
-0.24 |
0.0576 |
|
7 |
205.71 |
+0.41 |
0.1681 |
+0.50 |
0.2500 |
|
8 |
205.63 |
+0.33 |
0.1089 |
+0.42 |
0.1764 |
|
9 |
204.70 |
-0.60 |
0.3600 |
-0.51 |
0.2601 |
|
10 |
205.30 |
+0.00 |
0.0000 |
+0.09 |
0.0081 |
|
11 |
205.36 |
+0.06 |
0.0036 |
+0.15 |
0.0225 |
|
12 |
205.21 |
-0.09 |
0.0081 |
0.00 |
0.0000 |
|
13 |
204.86 |
-0.44 |
0.1936 |
-0.35 |
0.1225 |
|
14 |
206.65 |
+1.35 |
1.8225 |
x13为坏值 | ||
15 |
205.19 |
-0.11 |
0.0121 |
-0.02 |
0.0004 |
|
16 |
205.16 |
-0.14 |
0.0196 |
-0.05 |
0.0025 |
|
计算值 |
解:①求出算术平均值:;
②计算残差vi列于表中,并验证;
③计算标准差(估计值):
④利用莱特准则判别是否存在粗差。查表中第14个数据的残差v14=1.35>3=1.33,应将此对应的x14=206.65视为坏值加以剔除,现剩下15个数据;
⑤重新计算剩余15个数据的平均值:;
⑥重新计算残差vi′,列于表中,并验证;
⑦重新计算标准差(估计值):
⑧再利用莱特准则判别是否存在粗差。现各残差vi′<3=0.804,则认为剩余数据中不再含有坏值,并且n=15>10;
⑨对vi′作图,判断有无变值系差,见图2,从图中可见无明显累进性或周期性系差;
图2 计算举例中vi′的变化情况
⑩计算算术平均值标准偏差(估计值):
⑪写出测量结果表达式:
此外,曲线修匀,最小二乘法原理,测量不确定度这里从略,具体参见教材,这些部分为了解内容。