測(cè)量誤差的分類(lèi)以及解決方法

1、測(cè)量誤差的分類(lèi)以及解決方法1、  系統(tǒng)誤差   能夠保持恒定不變或按照一定規(guī)律變化的測(cè)量誤差，稱為系統(tǒng)誤差。系統(tǒng)誤差主要是由于測(cè)量設(shè)備、測(cè)量方法的不完善和測(cè)量條件的不穩(wěn)定而引起的。由于系統(tǒng)誤差表示了測(cè)量結(jié)果偏離其真實(shí)值的程度，即反映了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度，所以在誤差理論中，經(jīng)常用準(zhǔn)確度來(lái)表示系統(tǒng)誤差的大小。系統(tǒng)誤差越小，測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度就越高。2、  偶然誤差    偶然誤差又稱隨機(jī)誤差，是一種大小和符號(hào)都不確定的誤差，即在同一條件下對(duì)同一被測(cè)量重復(fù)測(cè)量時(shí)，各次測(cè)量結(jié)果服從某種統(tǒng)計(jì)分布；這種誤差的處理依據(jù)概率統(tǒng)計(jì)方法。產(chǎn)生偶然誤

2、差的原因很多，如溫度、磁場(chǎng)、電源頻率等的偶然變化等都可能引起這種誤差；另一方面觀測(cè)者本身感官分辨能力的限制，也是偶然誤差的一個(gè)來(lái)源。偶然誤差反映了測(cè)量的精密度，偶然誤差越小，精密度就越高，反之則精密度越低。    系統(tǒng)誤差和偶然誤差是兩類(lèi)性質(zhì)完全不同的誤差。系統(tǒng)誤差反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的必然性；而偶然則反映在一定條件下誤差出現(xiàn)的可能性。3、  疏失誤差    疏失誤差是測(cè)量過(guò)程中操作、讀數(shù)、記錄和計(jì)算等方面的錯(cuò)誤所引起的誤差。顯然，凡是含有疏失誤差的測(cè)量結(jié)果都是應(yīng)該擯棄的。解決方法： 測(cè)量誤差是不可能絕對(duì)消除的

3、，但要盡可能減小誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，使其減小到允許的范圍內(nèi)。消除測(cè)量誤差，應(yīng)根據(jù)誤差的來(lái)源和性質(zhì)，采取相應(yīng)的措施和方法。必須指出，一個(gè)測(cè)量結(jié)果中既存在系統(tǒng)誤差，又存在偶然誤差，要截然區(qū)分兩者是不容易的。所以應(yīng)根據(jù)測(cè)量的要求和兩者對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度，選擇消除方法。一般情況下，在對(duì)精密度要求不高的工程測(cè)量中，主要考慮對(duì)系統(tǒng)誤差的消除；而在科研、計(jì)量等對(duì)測(cè)量準(zhǔn)確度和精密度要求較高的測(cè)量中，必須同時(shí)考慮消除上述兩種誤差。1、  系統(tǒng)誤差的消除方法(1)      對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行校正  在準(zhǔn)確度要求較高的測(cè)量結(jié)果中，引入校正值進(jìn)行

4、修正。(2)      消除產(chǎn)生誤差的根源  即正確選擇測(cè)量方法和測(cè)量?jī)x器，盡量使測(cè)量?jī)x表在規(guī)定的使用條件下工作，消除各種外界因素造成的影響。采用特殊的測(cè)量方法  如正負(fù)誤差補(bǔ)償法、替代法等。例如，用電流表測(cè)量電流時(shí)，考慮到外磁場(chǎng)對(duì)讀數(shù)的影響，可以把電流表轉(zhuǎn)動(dòng)180度，進(jìn)行兩次測(cè)量。在兩次測(cè)量中，必然出現(xiàn)一次讀數(shù)偏大，而另一次讀數(shù)偏小，取兩次讀數(shù)的平均值作為測(cè)量結(jié)果，其正負(fù)誤差抵消，可以有效地消除外磁場(chǎng)對(duì)測(cè)量的影響。2、  偶然誤差的消除方法消除偶然誤差可采用在同一條件下，對(duì)被測(cè)量進(jìn)行足夠多次的重復(fù)測(cè)量，取其平均值

5、作為測(cè)量結(jié)果的方法。根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)原理可知，在足夠多次的重復(fù)測(cè)量中，正誤差和負(fù)誤差出現(xiàn)的可能性幾乎相同，因此偶然誤差的平均值幾乎為零。所以，在測(cè)量?jī)x器儀表選定以后，測(cè)量次數(shù)是保證測(cè)量精密度的前提。.培訓(xùn)內(nèi)容： 單元名稱內(nèi)容與重點(diǎn)單元目標(biāo)一、測(cè)量術(shù)語(yǔ)1測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量2術(shù)語(yǔ)總結(jié) 真值3測(cè)量不確定度系統(tǒng)全面學(xué)習(xí)MSA基礎(chǔ)知識(shí)二、SPC統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制1普通原因變差及特殊原因變差 過(guò)程能力與過(guò)程性能2.  對(duì)產(chǎn)品決策的影響3.  對(duì)過(guò)程決策的影響變差的分類(lèi)和來(lái)源型錯(cuò)誤  型錯(cuò)誤 三、測(cè)量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性1分辨率，準(zhǔn)確度2. 重復(fù)性，再現(xiàn)性，穩(wěn)定性，偏倚，線性測(cè)量

6、系統(tǒng)的基本特性四、測(cè)量系統(tǒng)變差的類(lèi)型1 測(cè)量過(guò)程變差2 測(cè)量過(guò)程變差分析3 測(cè)量過(guò)程FMEA MSA分析計(jì)劃位置變差 寬度變差測(cè)量系統(tǒng)變差對(duì)產(chǎn)品決策的影響 產(chǎn)品特殊特性及顧客風(fēng)險(xiǎn)分析 對(duì)過(guò)程決策的影響GRR對(duì)能力指數(shù)Cp的影響測(cè)量系統(tǒng)預(yù)測(cè)性和預(yù)防性維護(hù)五、計(jì)量型測(cè)量系統(tǒng)研究1 確定測(cè)量系統(tǒng)偏倚的2 確定測(cè)量系統(tǒng)穩(wěn)定性3 確定測(cè)量系統(tǒng)線性4 確定重復(fù)性和再現(xiàn)性1 測(cè)量過(guò)程控制圖2. 獨(dú)立樣本法3. 控制圖樣本法4. GRR分析5. Excel應(yīng)用6. Minitab的應(yīng)用六、計(jì)數(shù)型測(cè)量系統(tǒng)研究1.假設(shè)檢驗(yàn)分析2.交叉表3. 量具性能曲線1. 交叉表方法2.  置信區(qū)間計(jì)算3. 復(fù)雜測(cè)量

7、系統(tǒng)實(shí)踐測(cè)量分析系統(tǒng)在測(cè)試數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用      摘要 通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差的原因進(jìn)行分析，有針對(duì)性地描述了測(cè)量分析系統(tǒng)(MSA)在測(cè)試數(shù)據(jù)分析中的具體應(yīng)用情況，說(shuō)明MSA的應(yīng)用可以減少實(shí)驗(yàn)室在儀器設(shè)備、人員操作、環(huán)境、方法以及應(yīng)樣品的差異造成的測(cè)試結(jié)果的偏差，從而有效提高實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)能力和檢測(cè)精度。關(guān)鍵詞 誤差 測(cè)量 系統(tǒng) 分析 應(yīng)用 1 引言              在一般實(shí)驗(yàn)室中，檢測(cè)人員對(duì)得

8、出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理通常是記錄下來(lái)，然后跟標(biāo)準(zhǔn)中的要求進(jìn)行比較得出一個(gè)合格與否的結(jié)論。而所使用的設(shè)備和測(cè)量?jī)x器的好壞僅依靠一年一次的校準(zhǔn)、檢定或者定期的期間核查來(lái)做為判定依據(jù)，這樣就可能無(wú)法保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，其所代表的產(chǎn)品批次的質(zhì)量也不能得到完全的證實(shí)。從而浪費(fèi)了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)極其所包含的大量信息。而如果我們能應(yīng)用測(cè)量系統(tǒng)分析(MSA)，也就是通過(guò)使用一些合適的統(tǒng)計(jì)技術(shù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，就可以減少因設(shè)備引起的誤差，并得到測(cè)試中所隱含的信息，從而大大提高測(cè)試數(shù)據(jù)的可靠性。2 測(cè)試數(shù)據(jù)偏差分析對(duì)測(cè)試過(guò)程而言，產(chǎn)生測(cè)試數(shù)據(jù)偏差的因素一般有三種：隨機(jī)誤差、系統(tǒng)誤差和測(cè)試設(shè)備本身隨時(shí)間而產(chǎn)生的偏倚。

9、隨機(jī)誤差指在對(duì)同一測(cè)量的多次測(cè)量中，受偶然因素影響而以不可預(yù)知的方式變化的誤差，它由設(shè)備的精度決定。系統(tǒng)誤差指在對(duì)同一測(cè)量的多次測(cè)量中，它保持不變或按某種規(guī)律而變化的誤差，是除測(cè)量?jī)x器精度以外的其他測(cè)量系統(tǒng)的因素所造成的。我們平時(shí)所說(shuō)的產(chǎn)品質(zhì)量特性的測(cè)試結(jié)果就是該產(chǎn)品由于受到隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合影響而表現(xiàn)出質(zhì)量的差異和波動(dòng)。偏倚是由測(cè)試設(shè)備產(chǎn)生的另一種誤差，指設(shè)備本身產(chǎn)生變化而引起的測(cè)量值與真實(shí)值之間的不一致。也就是說(shuō)隨時(shí)間變化設(shè)備的同一數(shù)據(jù)產(chǎn)生了漂移。針對(duì)上述三種因素，我們可以應(yīng)用不同的測(cè)量統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)來(lái)消除混沌的和不合理的誤差來(lái)源，現(xiàn)分述如下：隨機(jī)誤差通常用重復(fù)性變差(EV)表示，即由

10、一個(gè)評(píng)價(jià)人使用相同的測(cè)量?jī)x器對(duì)同一個(gè)樣品上同一特征進(jìn)行多次測(cè)試所得到的測(cè)量變差；它是設(shè)備本身所固有的，也叫設(shè)備變差。重復(fù)性產(chǎn)生的變差是隨機(jī)的，因此所測(cè)得數(shù)據(jù)是服從正態(tài)分布的，可以用EXCEL中提供的統(tǒng)計(jì)函數(shù)AVERAGE計(jì)算數(shù)據(jù)組的均值，用函數(shù)STDEV計(jì)算數(shù)據(jù)組的偏差，根據(jù)均值和偏差得出測(cè)量值的上下限值。將新測(cè)得的數(shù)值加入到以往的數(shù)據(jù)組中進(jìn)行計(jì)算。看測(cè)得的數(shù)值是否在上下限即統(tǒng)計(jì)容許區(qū)間內(nèi)就可判斷數(shù)據(jù)的正確性及可靠性即設(shè)備精度是否可靠。實(shí)驗(yàn)室中對(duì)設(shè)備的期間核查就可應(yīng)用這種方法來(lái)進(jìn)行判斷。例如由同一個(gè)檢測(cè)人員定期用同一把數(shù)顯卡尺對(duì)一個(gè)基準(zhǔn)件測(cè)量其尺寸，測(cè)得一組n=12個(gè)數(shù)據(jù)：5.99、5.98、

11、5.98、5.99、6.00、6.01、6.00、6.01、6.02、6.00、5.99、6.01，用AVERAGE計(jì)算數(shù)據(jù)組的均值為5.9983，STDEV計(jì)算數(shù)據(jù)組的偏差為0.0127，取1-a=0.95的容許區(qū)間即k（12，0.95，0.95）=2.12，可計(jì)算出上下區(qū)間×0.0116=5.9714、Ls=6.0008+2.12×0.0116=6.0252，由此可見(jiàn)這組數(shù)據(jù)均是落在區(qū)間內(nèi)的，測(cè)得的數(shù)據(jù)是可信任的。系統(tǒng)誤差用再現(xiàn)性變差(AV)表示，指不同的評(píng)價(jià)人使用相同的測(cè)量?jī)x器對(duì)同一個(gè)樣品上同一特征，進(jìn)行測(cè)量所得的平均值的變差；也叫評(píng)價(jià)人變差。在再現(xiàn)性的計(jì)算中包括了重

12、復(fù)性。從更廣的定義上，再現(xiàn)性不僅可以用來(lái)判斷因評(píng)價(jià)人的不同而導(dǎo)致結(jié)果的不同程度，同時(shí)還可以判斷因：儀器設(shè)備、試驗(yàn)方法、試驗(yàn)室及環(huán)境（溫度、濕度）的不同，即實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)室的差別，而導(dǎo)致結(jié)果的不同程度?？捎糜谕獠亢蛢?nèi)部的比對(duì)試驗(yàn)以及作為試驗(yàn)方法、環(huán)境等改進(jìn)的依據(jù)。我們?cè)谶M(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量分析，根據(jù)測(cè)試結(jié)果所得到的數(shù)據(jù)，在分析哪個(gè)或哪幾個(gè)因素對(duì)質(zhì)量特性的差異影響顯著時(shí)，需要用方差分析的方法將兩種誤差分離后再進(jìn)行比較。為減少計(jì)算量，一般利用EXCEL中工具欄提供的數(shù)據(jù)分析項(xiàng)就可直接得出結(jié)果。以下是單因素方差分析的具體計(jì)算方法：  令：R=全部數(shù)據(jù)的平方和；Q=各組數(shù)據(jù)之和的平方除于本組數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)n后

13、再相加；P=全部數(shù)據(jù)之和的平方除于總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)N。于是：總方差S總=R-P    隨機(jī)誤差Se=R-Q；    系統(tǒng)誤差SA=S總-Se= Q-P；統(tǒng)計(jì)量：MSA=SA/(組數(shù)-1)= Q-P/(組數(shù)-1)；        M Se=Se/(總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)-組數(shù))= R-Q/(總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)-組數(shù))；               &

14、#160;     F= MSA/ M Se= Q-P/(組數(shù)-1)/ R-Q/(總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)-組數(shù))統(tǒng)計(jì)量F服從自由度為(組數(shù)-1)，(總的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)-組數(shù))的F分布，若計(jì)算的F值大于某一臨界值Fa  可認(rèn)為系統(tǒng)誤差的影響是顯著的。一般以a=0.05做為顯著性判斷的臨界值，a=0.01為特別顯著。一般用GRR來(lái)表示量具的重復(fù)性和再現(xiàn)性。也就是說(shuō)，GRR值等于系統(tǒng)內(nèi)部變差和系統(tǒng)之間變差的和即GRR=(AV)2+(EV)20.5.通常用%GRR來(lái)判斷測(cè)量系統(tǒng)整體的可接受程度，%GRR <10%表示測(cè)量系統(tǒng)可接受, %GRR>30%表示測(cè)

15、量系統(tǒng)不可接受。%GRR=100GRR/TV=100 GRR/ (GRR)2+(PV)2 0.5，其中TV為總變差，PV為樣品特征值的變差由樣品特征值平均值的極差(RP)乘以一個(gè)常數(shù)所決定。偏倚(通常被稱為“準(zhǔn)確度”)指對(duì)相同樣品上同一特征值與真值(參考值)的差異。偏倚等于測(cè)量的平均值減去參考值。造成過(guò)大的偏倚的可能原因有：儀器需要校準(zhǔn)；儀器、設(shè)備或夾具磨損；基準(zhǔn)的磨損或損壞，基準(zhǔn)偏差；不適當(dāng)?shù)男?zhǔn)或使用基準(zhǔn)設(shè)定；儀器質(zhì)量不良；線性誤差；使用錯(cuò)誤量具；不同的測(cè)量方法；測(cè)量的特性不對(duì)；環(huán)境(溫度、濕度等)；變形(量具或試樣)等。得出一組偏倚值，可以按區(qū)間的計(jì)算方法算出偏倚值附近的1-a置信區(qū)間，若0落在置信區(qū)間內(nèi)，則偏倚在這a水準(zhǔn)上是可接受的(一般采用95%的置信度)。偏倚不可接受時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行仔細(xì)檢查，找出原因加以解決。如果測(cè)量系統(tǒng)的偏倚不等于零。若有可能，應(yīng)該采用硬件修正法、軟件修正法或同時(shí)使用兩種方法對(duì)量具進(jìn)行重新校準(zhǔn)以達(dá)到零偏倚。如調(diào)整儀器零位和/或給設(shè)備添加修正值表對(duì)測(cè)量值進(jìn)行修正。3 結(jié)束語(yǔ)針對(duì)產(chǎn)生誤差的不同原因，用不同的方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行整合統(tǒng)計(jì)分析，就可根據(jù)分析結(jié)論，從人、機(jī)、料、法、環(huán)各個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行控制加以改進(jìn)。對(duì)復(fù)雜的或不可重復(fù)的測(cè)量系統(tǒng)，還可