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正确处理系统误差
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史锦顺
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先生说:“把系统误差的定义发过来看一下”。况且您的帖子又受到网站管理者的赏识,成为推荐帖了。
好,服从命令,发两个关于系统误差的定义。
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一、《误差理论与实验数据处理》一书关于系统误差的定义(冯师颜,科学出版社,1964p6)
1. 系统误差或恒定误差
“在测量中未发觉或未确认的因子所引起的误差”。“仪器不良,如刻度不准,砝码未校正等;周围环境,如外界温度压力湿度等;个人习惯与偏向,如读数常偏高或偏低等引起的误差。此种误差在同一物理量的测定中为一定。
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从冯教授给出定义的题目,清楚表明,系统误差与恒定误差等价,或者说系统误差就是恒定误差。在一组几十次短暂的重复测量中,变化的就是随机误差,保持定值的就是系统误差。重复性的表达是用贝塞尔公式求出的标准偏差,标准偏差绝不可能包含未定系统误差。这是测量学的严肃的问题。马马虎虎地认为“重复性”包括了未定系统误差,是测量者的严重错误。这是绝不允许的。你自己学术上不仔细考究,又受到GUM等的毒害,别人给你指出 ,你还要坚持,错下去,就是你自己的责任了。
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你所引的关于系统误差的定义,大致如《JJF1001-2011》所讲。
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二、《JJF1001-2011》关于系统误差的定义
5.4 系统误差(VIM2.17)
在重复测量中保持不变或按可预见方式变化的误差分量。
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很明显,这个定义,明确地指出在重复测量中不变的误差是系统误差。这是主流,是常见的,是绝大多数。在我四十年的测量计量生涯中,用过的测量仪器、检定过测量仪器几百种,系统误差都是定值的。个别是可预见的变化,例如晶体振荡器的老化率,但那对仪器指标的影响要很长时间(例如一个月)后才能显出变化;在重复测量的几分钟内不可能有作用。(一般测量仪器要保证一年的指标。仪器一年的漂移量仅能是仪器误差范围的几分之一。重复测量时间内的漂移量小于仪器指标的万分之一。)就是说,把系统误差就看做是恒值误差,是完全可以的;而扯进后一半,脱离实际,只能造成讨论与认识的障碍。
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三、 不能把“未定系统误差”当作“随机误差”处理
你认为在重复性中包含了未定系统误差,就是把系统误差错误地当成随机误差。我认为,此类错误,不是你个人的问题,是GUM的不确定度论的错误影响。
1 GUM否定误差理论对测量误差的分类
在重复测量中,有的误差快速随机变化,这就是随机误差。有的误差不变,是个定值,这就是系统误差,按冯师颜教授讲解的经典误差理论,也可叫它为“恒值误差”。两种不同误差的存在,是客观事实。这在计量部门极易观测。用待考核的测量仪器甲来测量一台计量标准。计量标准的误差范围比甲仪器的误差范围小到可以忽略(1/10甚至1/10000),计量标准的标称值即可视为真值。甲仪器的示值M减标准的标称值B,就是甲仪器的误差。测量100个值。平均值为M(平),β=M(平)-B就是系统误差,而ξi =Mi-M(平)就是随机误差。系统误差与随机误差是客观存在,分类也符合逻辑学的分类规律。至于名称,系统误差可以称作恒值误差;而原来的偶然误差现在称为随机误差是很科学的。
我认为,合理的误差分类,该分为恒值误差与变值误差。恒值误差是系统误差;而变值误差包括有规变化和随机变化。随机变化部分称随机误差;有规变化部分,就叫有规变化误差。有规变化误差不多见,专门处理。这样更符合逻辑学的分类原则(按性质区分),处理也方便。
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不确定度论,不承认系统误差与随机误差的分类,只许说系统因素的影响与随机因素的影响。按作用(影响)分类,是正常的;谁说得清两种说法有啥区别。奇怪的是不承认有系统误差,却把“系统误差已修正”当成不确定度评定的前提。真是奇怪的逻辑。
为了推行“方和根法”,竟胡说“系统误差已修正”。测量计量中确实有修正,但仅限于砝码、量块等单值量具。在整个测量计量界,超不过十分之一。原子频标可以修正,但时频界却不修正(马凤鸣:《时间频率计量》p164)。合格,就按准确度指标应用,不合格,就不准应用。有一种说法,说差得多,要修正。差得多,不合格,理应淘汰。修正是不当选择。
计量溯源的主渠道是检定,检定证书只有合格证明,不给具体修正值,因此大量被检仪器不能修正。
中国不久前才兴起的“校准”(我退休18年多了,没赶上),要给出修正值。似乎解决了“修正”的问题。其实是有名无实。试想:给出的校准证书(包括见到的几份美国、日本的证书),不过是十几个校准点的数据。而一台测量仪器,少则几千多则几十万测量点,那几个修正值,杯水车薪。因此对测量仪器,谈修正,是句空话。GUM要求修正,不过是几个脱离实际的书生的空想,通常的测量者,无法搞修正。
从通用测量仪器来说,电子秤、卡尺、电压表,应用者谁会去搞修正?合格就按指标用,不合格就淘汰;修正,耽误事!交易场合,能修正吗?卖主修正,买主认可吗?生产领域,能让测试工搞修正吗?不能。
高精尖的测量,例如宇航测量,能搞修正吗?不能。你修正过的数据,军代表、工号责任人信你吗?一句话,你单位没有够格的测量条件,就取消承担任务的资格。我干过二十年的宇航测量设备的指标检验、计量、测试工作。一个数我都不修正。通常的测量计量工作,我从来也都不搞修正。我认为,合格的仪器,用不着修正;不合格的仪器,必须淘汰,不该修正。
GUM的一律“修正”说,第一不符合实际;第二,对具体工作是误导。而把“已修正”当成建立理论的前提,那就是颠倒了理论与客观实际的关系,是根本性的认识论的错误。
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2 把未定系统误差当成随机误差处理是错误的 。
系统误差与随机误差本质不同,必须严格地区分,不能混淆。
以GUM为代表的不确定度论(包括1980年以后的部分误差理论书籍),把未定系统误差看成同随机误差性质相近,进而把未定系统误差当成随机误差处理,这是不对的。
已定系统误差、未定系统误差,都是系统误差,都是在重复测量中不变的误差,都是恒值。合成误差时,如果是两项系统误差合成,求二项和的平方的根,二项和的平方的展开式的交叉项,是不能忽略的,而且交叉系数要取1,这就是等于绝对值之和。因此,误差合成时的两三项大的系统误差,要进行绝对值合成。(详见拙文《论交叉系数》、《史氏测量计量学说》第四章修改稿。)
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