常規(guī)理化檢測方法：如何消除實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差？

百歐博偉生物：在日常檢測中，任何物理量的測定，都不可能是準(zhǔn)確的，無論設(shè)備多么精密，方法多么正確，工作多么認(rèn)真，所得的檢驗(yàn)結(jié)果中或多或少總會有誤差，但是別急，誤差是客觀存在的，可用來衡量檢測結(jié)果準(zhǔn)確度，誤差越小，檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度越高。

系統(tǒng)誤差的定義

系統(tǒng)誤差(systematic error)又叫做規(guī)律誤差。

它是在一定的測量條件下，對同一個被測尺寸進(jìn)行多次重復(fù)測量時，誤差值的大小和符號(正值或負(fù)值)保持不變；或者在條件變化時，按一定規(guī)律變化的誤差；在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量。

產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的原因

系統(tǒng)誤差是由固定不變或因素或按確定規(guī)律變化的因素所造成，主要包括以下幾個方面的因素:

1、儀器和裝置方面的因素

因使用的儀器本身不夠精密所造成的測定結(jié)果與被測量真值之間的偏差，如使用未經(jīng)檢定或校準(zhǔn)的儀器設(shè)備、計(jì)量器具等都會造成儀器誤差。

或因檢測儀器和裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理上的缺點(diǎn)，如齒輪杠桿測微儀直線位移和轉(zhuǎn)角不成比例而產(chǎn)生的誤差；由儀器零件制造和安裝不正確，如標(biāo)尺的刻度偏差、刻度盤和指針的安裝偏心、天平的臂長不等所產(chǎn)生的誤差。

2、環(huán)境因素

待測量值在實(shí)際環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下測量所產(chǎn)生的偏差、在測量過程中待測量隨溫度、濕度和大氣壓按一定規(guī)律變化的產(chǎn)生的偏差。

3、測定方法方面的因素

是由測定方法本身造成的誤差，或由于測試方法本身不完善、使用近似的測定方法或經(jīng)驗(yàn)公式引起的誤差。例如，在重量分析中，由于沉淀的溶解，共沉淀現(xiàn)象，灼燒時沉淀分解或揮發(fā)等原因都會引起測定的系統(tǒng)誤差。

4、人員因素

由于操作人員的生理缺陷、主觀偏見、不良習(xí)慣等到個人特點(diǎn)或不規(guī)范操作，如在刻度上估計(jì)讀數(shù)時，習(xí)慣上偏于某一方向、讀滴定管數(shù)值時偏高或偏低，滴定終點(diǎn)顏色辨別偏深或偏淺而產(chǎn)生的誤差。由于人員因素而產(chǎn)生的誤差一般稱為操作誤差。

5、使用試劑方面的因素

由于檢驗(yàn)中所用蒸餾水含有雜質(zhì)或所使用的試劑不純所引起的測定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的偏差。

系統(tǒng)誤差的減小和消除方法

1、從產(chǎn)生誤差的根源上消除系統(tǒng)誤差

在測定之前，要求檢測人員在檢測過程中可能產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差進(jìn)行認(rèn)真的分析，必須盡可能預(yù)見一切可能產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的來源，并設(shè)法消除或盡量減弱其影響。

例如,測量前對儀器本身性能進(jìn)行檢查，使儀器的環(huán)境條件和安裝位置符合檢驗(yàn)技術(shù)要求的規(guī)定；對儀器在使用前進(jìn)行正確的調(diào)整；嚴(yán)格檢查和分析測量方法是否正確等來消除儀器、檢測方法、環(huán)境等因素而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差；為防止因儀器長期使用而使其精度降低,及時送計(jì)量部門進(jìn)行周期檢定。

2、用校正方法來消除系統(tǒng)誤差

這種方法是對取測量用的滴定管、移液管、容量瓶等計(jì)量器具，在測量前進(jìn)行修正，做出校正曲線或誤差表，測量后對實(shí)際測量值進(jìn)行修正，從而避免或消除因此而產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

3、用空白實(shí)驗(yàn)來消除系統(tǒng)誤差

空白試驗(yàn)是指在不加試樣的情況下，按分析檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程在同樣的操作條件下進(jìn)行的測定。

空白試驗(yàn)所得結(jié)果的數(shù)值為空白值。然后再對加入被測試樣按分析檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)程在同樣的操作條件下進(jìn)行測定得出試樣的測定值，最后從試樣的測定值中扣除空白值，就得到比較準(zhǔn)確的分析結(jié)果，這樣可以消除因蒸餾水含有雜質(zhì)或所使用的試劑不純所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差。

4、采用對照試驗(yàn)消除系統(tǒng)誤差

對照試驗(yàn)就是用同樣的分析方法在同樣的條件下，用標(biāo)樣代替試樣進(jìn)行的平行測定。通過對照試驗(yàn)可以校正測試結(jié)果,消除系統(tǒng)誤差。

5、不變系統(tǒng)誤差消除方法

對測量過程中存在固定不變的系統(tǒng)誤差，可以采用以下消除方法:

①交換法:

根據(jù)誤差產(chǎn)生的原因，將引起系統(tǒng)誤差的某些條件相互交換，其他條件保持不變，使產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的因素對測量結(jié)果起相反的作用，從而消除系統(tǒng)誤差。

如用等臂天平稱量時，由于天平左右兩個臂長有微小差別，稱量時會產(chǎn)生恒值系統(tǒng)誤差。如果將被稱量物品與砝碼在天平左右稱盤上交換，稱量兩次，取兩次測量結(jié)果的平均值為被測物品的最終測量結(jié)果，就可以消除天平兩臂不等而帶來的系統(tǒng)誤差。

②抵消法:

即要求進(jìn)行兩次測量，改變測量中的某些條件，如測量方向、電壓極性等，使前后兩次測量的系統(tǒng)誤差大小相等、符號相反，取兩次測量結(jié)果的平均值即可消除系統(tǒng)誤差。

③代替法:

這種方法是在不改變測量條件的前提下，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量代替被測量，再次進(jìn)行測量，得出被測量與標(biāo)準(zhǔn)值的差值，即被測量等于標(biāo)準(zhǔn)值加差值，從而達(dá)到消除系統(tǒng)誤差的目的。

④零示法:

為了消除指示儀表不準(zhǔn)而造成的系統(tǒng)誤差，在測量過程中使被測量對指示儀表的作用與已知的標(biāo)準(zhǔn)量對它的作用相互平衡，使指示儀表示零，這時被測量的量值就等于標(biāo)準(zhǔn)量值，這就是零示法。例如,電橋電路、電位差計(jì)等等都是用這種方法來消除指示儀表不準(zhǔn)引起的系統(tǒng)誤差。

6、變化系統(tǒng)誤差的消除法

①半周期消除法:

對于周期性誤差，可以相隔半個周期進(jìn)行一次測量，然后以兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為測量值，即可以有效地消除周期性系統(tǒng)誤差。

例如,指針式儀表，若刻度盤偏心所引出的誤差，可采用相隔180°的一對或幾對的指針標(biāo)出的讀數(shù)取平均值加以消除。

②對稱測量消除法:

對稱測量法可以有效消除隨時間變化而產(chǎn)生的線性系統(tǒng)誤差。

如用電壓表進(jìn)行電壓測量時，在測量前先將電壓表校準(zhǔn)調(diào)零后，再對電壓源的電壓進(jìn)行測量，隨著測量時間的推移，電壓表的零點(diǎn)逐漸漂移而產(chǎn)生線性系統(tǒng)誤差，為了求得待測電壓源與標(biāo)準(zhǔn)電源的電壓之差，可以進(jìn)行等時間間隔測量，則電壓表所示的待測電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之差不受系統(tǒng)誤差的影響。

我們應(yīng)根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)條件，掌握系統(tǒng)誤差的特點(diǎn)，找出產(chǎn)生系統(tǒng)誤差的主要原因，采取適當(dāng)措施降低它的影響。

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