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测量数据的处理

 老姚书馆馆 2015-02-08
一、数据舍入规则 
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)
               12.36l2.4  (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): 

?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。

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