1、真值
真值是在某一时刻和某一位置或状态下, 某量值效应所体现出的客观值。真值含有时间、空间涵义,真值就是一个正确值。
只有知道某量值的真值后,误差的大小和符号才能计算出来。真值是一个纯理性的概念,是个未知的量值,如何求得真值的 “最佳估计” 值,是一个必须认真研究的问题。真值通过以下四种概念来表达。
①理论真值:也称绝对真值,例如,三角形内角之和恒为180°,同一量值自身之差恒为零等等。尽管测定后的结果并非如此,但上述结论无疑是正确的。此外,诸如:理论公式值、设计值、图样的基本尺寸值等,都可以属于理论真值的范畴。
②约定真值:国际计量大会中所规定的共七种单位的量值它们具有严格的标准,凡满足上述大会决议中的条款和要求,由国家复制或复现出的量值,都可以认为是约定真值。 (国际单位:m,kg,s,HZ,A,K,cd)
③相对真值:用高一级仪器检定量对比低一级仪器,更具体说,当高一级与低一级仪器的误差之比为 ( 1/3 ~1/20)时,则可以认为前者是后者的相对真值。这样,便可建立多级计量网,在全国范围内保证了计量单位的正确传递和统一。
④近似真值:测量重复无限次时,结果的平均值可认为是近似真值。
2、绝对误差和相对误差
误差可以分为绝对误差和相对误差
① 绝对误差及其特点
定义:测定值与被测量真值之差。
大多数情况下真值是无法得知的,因而绝对误差也无法得到,一般只能用一种更精密的量具或仪器进行测量,所得数值称为实际值,它更接近真值,并用它代替真值计算误差。
特点:δi与被测量的量纲一致;绝对误差能反映出误差的大小和符号;δi不能客观地反映测量工作的精细程度。
② 相对误差及其特点
定义:绝对误差与真值之比即是相对误差。
特点:相对误差是两个相同量纲的比值,数值的大小与被测量所选取的单位无关;相对误差能反映出误差的大小和符号;相对误差不但与绝对误差的大小有关,而且还与被测量的大小有关,因而它更确切更客观地反映了测量工作的精细程度。
3、误差的来源
(1)试验装置误差
①标准器误差:标准器是提供标准量的器具,诸如:标准量块、标准电阻、标准砝码等,它们体现出的量值都具有一定的误差。
②仪器误差;用来直接或间接地将被测量与标准单位量进行比较的设备称作仪表。尽管它们设计已相当完善,然而显示出的结果都含有一定的误差。
③附件误差:为正确测定创造必要条件或使测定能够方便进行而必备的各种辅助性零件或设备,称作附件。如电源、热源、安装支架等,它们也都具有一定的误差。
(2)环境误差
当实际的环境条件与规定的状态不一致时所引起的误差,称作环境误差。诸如:温度、湿度、阳光、含尘量、照明等,当实用条件超出规定的条件时,就会产生新的附加误差,因此环境误差又称作变动量或附加误差。
(3)人员误差
简称人差,是测定人员受生理条件限制所造成的误差。诸如:每个人的视觉的最小分辨力各异,敏感力、反应速度也不相同,测定中都会引起误差。
(4)方法误差
由于方法的近似性而引起的误差称作方法误差。诸如:仪器的原理误差、测量方法的近似性、正运算的误差、函数的截断误差、计算过程中的变量置换等,都属方法误差范畴。
4、误差的分类
从不同观点出发,误差有不同的分类方法。由定义出发可分为绝对误差和相对误差;由来源出发可分为装置误差、环境误差、方法误差等;由性质出发可分为随机误差、系统误差、粗大误差。
①系统误差
定义:在同一测定条件下,反复测定同一量值时,误差的大小和符号保持不变,或按规律变化的误差,称作系统误差。
这是一种由某些固定不变的因素引起的误差,其出现有一定的规律性,因此可以根据误差产生的具体原因予以消除或校正。有些系统误差很难消除,甚至很难发现它的存在,因而系统误差的发现和消除是一个十分棘手的问题。测定后的数据里如果系统误差很小,就可以说测定结果相当 “正确”。
②随机误差
定义:在同一测定条件下,对同一量值反复测定多次 (系统误差已完全消除) 后,测定结果仍不一致,存在微小差异,具体表现为:时大时小或时正时负,且不能预测下一次的结果 (个体),毫无规律性可言;但从全部数据来看 (整体) 却又服从统计规律。像这类的误差就称作随机误差。随机误差产生的原因一般是不知道的,因而也就无法消除它的影响。
③过失误差
定义:过失误差又称为粗大误差,纯由测定者本人的粗心大意而引起。诸如:读错、记错、写错等,它明显地歪曲了试验结果,一般来说,可用物理方法加以鉴别,可在数据处理前澄清。
4、精密度、准确度、精确度
精密度、准确度、精确度,这几个术语的运用一直比较混乱,尽管它们都可以描述误差,但概念不同,各有所指,不可混淆。
①精密度:表示测量结果中随机误差大小的程度。指在一定测量条件下,对某量值进行多次重复测量时,各次测量结果相符合的程度。若各次的测量结果差异很小,说明随机误差小,精密度高。
②准确度:表示测量结果中系统误差大小程度。测量结果中系统误差小时,则称准确度高。
③精确度:是测量结果中随机误差与系统误差综合的结果,表示测量结果与真值的一致程度。
对于试验和测量来说:精密度高而准确度不一定高;但精确度高时则要求精密度、准确度都高。
精密度、准确度、精确度之间的关系与区别,可由下面打靶的实例加以说明。靶心是每个射手的射击目标,射手追求的目的是每次射击都击中靶心,显然,靶心就代表真值。由下图射击结果可以看出:
( a) 系统误差大而随机误差小,说明准确度差但精密度高,即随机误差小,综合结果是欠精确;
( b) 随机误差大而系统误差小,即准确度高而欠精密,综合后结果亦欠精确;
( c) 系统误差与随机误差都很小,说明准确度与精密度好,即精确度高。

