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经典的误差理论没有相关性的说法。
不确定度理论为了用“方和根法”,才提出相关性的问题。因为(a+b)的平方等于(a的平方)+2ab+(b的平方),只有2ab很小,可以忽略,才有[(a+b)的平方]等于(a的平方)+(b的平方),才能用“方和根法”。
“方和根法”是否成立,取决于交叉项2ab是否可以忽略,而同【a量和b量之间是否相关】没有关系。
GUM、VIM、JJF、大量不确定度样板评定以及各种教科书、书籍所讲的关于相关性的内容,都是脱离实际的,没有道理。而大量的“假设不相关”,都是白说;因为交叉项能否可略,与相关性没有关系。
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你的具体问题,已认为误差项是三个:铷频标不准、重复性、比对器误差。
1)铷频标不准,定量为铷频标的准确度,就是误差范围,这由厂家给出,并经上级计量部门检定(或校准)公证。此项误差范围以系统误差为主,当做是系统误差(符合误差的上限性特点),记为β(数值等于铷频标的误差范围,符号可正可负)。厂家给出的指标是R(铷)= |β|
2)重复性,就是多次测量呈现的随机误差 ,记为ξ1i。ξ1i是量值可大可小,符号可正可负,取3ξi为对误差范围权重为1的随机误差元。单项测量结果为R(重复)=3σ(ξ1)= σ(3ξ1)
3)频标比对器的误差是随机误差,误差元记为ξ2i. 厂家给出指标为R(比对)=3σ(ξ2)= σ(3ξ2)(按《时间频率计量》一书的作法,直接用厂家的阿仑偏差指标值)。
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你的案例是一项系统误差与两项随机误差合成,合成公式为:
R(总)= √[R(铷)^2+R(重复)^2+R(比对)^2] (1)
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在仅有一项系统误差的情况下,(1)式成立的条件是单项系统误差、其他误差随机(可正可负)、大量。交叉系数构成有充分的抵消性,交叉项可略,“方和根法”成立。
公式(1)成立的条件与“各项间相关还是不相关”没有关系。因此,你的顾虑没必要。有人说“相关”,没关系;因为即使“相关”,公式(1)也成立。注意,如果有两项大系统误差,二者必须取“绝对和”,而其余操作是取“方和根”。这里仅有一项系统误差,而其他为随机误差,不管相关不相关,都取“方和根”。
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附录
理论根据
(一)误差合成的理论基础
函数的改变量,等于函数对各个自变量偏微分的和。就是泰勒展开的一级近似。
f(x,y) = f(xo,yo)+ (?f/?x) (x-xo)+ (?f/?y) (y-yo) (7)
f(x,y) - f(xo,yo) =(?f/?x) Δx+ (?f/?y) Δy (8)
Δf =(?f/?x)Δx + (?f/?y)Δy (9)
公式(9)是偏差关系的普遍形式。对所研究的特定函数来说,?f/?x、?f/?y是常数。
偏差关系用于测量计量领域,x是测得值,xo是真值, Δx是测得值x的误差元;y是测得值,yo是真值,Δy是测得值y的误差元;f(x,y)是代表被测量的函数值, f(xo,yo) 是函数的真值,Δf= f(x,y)-f(xo,yo) 是函数值的误差元。
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(二)随机误差元构成的误差范围
1 随机误差元等于测得值减测得值的期望值(当无系统误差时,期望值是真值)。随机误差元的期望值是零。随机误差元为:
ξi = Xi- Z (1)
2 标准误差定义为
σ =√(1/N)∑ξi (2)
3 贝塞尔公式用测得值的平均值代换(2)式中的期望值,得到:
σ =√{[1/(N-1)]∑[X-X(平)]^2} (3)
4 随机误差范围
R = 3σ =3√(1/N)∑ξi^2
=√(1/N)∑(3ξi)^2 (4)
5 由公式(4),有:
R=3σ(ξ)= σ(3ξ) (5)
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(三)随机误差与单个系统误差合成的交叉因子
两个分项误差,一个是随机的,记为ξ,考虑到对误差范围的权重,取单元量为3ξ(ΔX);一个是系统的(重复测量中不变),记为β(ΔY)。
代入公式(13),有
J =(1/N)(∑3ξiβ) / [σ(X) σ(Y)] (16)
系统误差元是常数可以提出来,有
J =(1/N) (3β∑ξi) / {√[(1/N)∑ΔX^2]√[(1/N)∑ΔY^2]} (17)
大量重复测量(例如N=20,N不得小于10)中,(17)式的∑ξi等于零或可以忽略,因此J近似为0,可以忽略。“方和根法”成立。
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详见本栏目文章《误差合成的“方根法”—— 测量计量理论与实务探讨(1)》
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