误差理论与数据处理复习题及答案

1、误差理论与数据处理一、填空题（每空1 分，共 20 分）1测量误差按性质分为_ 误差、 _误差和 _误差，相应的处理手段为 _、_和_。答案：系统，粗大，随机，消除或减小，剔除，统计的手段2随机误差的统计特性为_ 、 _、_和 _。答案：对称性、单峰性、有界性、抵偿性3. 用测角仪测得某矩形的四个角内角和为 360° 0004，则测量的绝对误差为 _，相对误差 _。答案： 04， 3.1*10 -54在实际测量中通常以被测量的、作为约定真值。答案：高一等级精度的标准给出值、最佳估计值、参考值5测量结果的重复性条件包括：、。测量人员，测量仪器、测量方法、测量材料、测量环境6. 一个标称

2、值为 5g 的砝码，经高一等标准砝码检定，知其误差为0.1mg，问该砝码的实际质量是 _。5g-0.1mg7置信度是表征测量数据或结果可信赖程度的一个参数，可用_和_来表示。标准差 极限误差8指针式仪表的准确度等级是根据_误差划分的。引用9对某电阻进行无系差等精度重复测量，所得测量列的平均值为100.2 , 标准偏差为 0.2 ，测量次数15 次，则平均值的标准差为_，当置信因子K 3 时，测量结果的置信区间为_。0.2/sqrt(15),3*0.2/sqrt(15)10在等精度重复测量中，测量列的最佳可信赖值是_ 。平均值11替代法的作用是 _，特点是 _。消除恒定系统误差，不改变测量条件1

3、2. 对某电压做无系统误差等精度独立测量，测量值服从正态分布。已知被测电压的真值 U 0 79.83 V，标准差 （ U） 0.02V ，按 99%（置信因子 k = 2.58 ）可能性估计测量值出现的范围： _。79.830.02 V*2.5813R 1 150，R 1 0.75；R2 100，R 2 0.4，则两电阻并联后总电阻的绝对误差为_。RR2210020.16R1( R1R2)2(150100)2RR1215020.36R2( R1R2 )2(150 100)2R=R1*R2/(R1+R2),R= RR1RR2 0.16 * 0.750.36 * 0.40.264R1R214.用

4、两 种 方 法 测 量 长 度 为 50mm 的 被 测 件 ， 分 别 测 得50.005mm； 50.003mm。 则_测量精度高。第二种方法15. 用某电压表测量电压， 电压表的示值为 226V，查该表的检定证书， 得知该电压表在 220V附近的误差为5V ，则被测电压的修正值为_ ，修正后的测量结果_为。 5V， 226+( 5V )=221V16.检定一只2.5 级、量程为100V 的电压表，发现在50V 处误差最大，其值为2V，而其他刻度处的误差均小于2V，问这只电压表是否合格_。合格17.电工仪表的准确度等级按_分级，计算公式为_答案：引用误差，引用误差=最大绝对误差/ 量程18

5、. 二等活塞压力计测量压力值为100.2Pa ，该测量点用高一等级的压力计测得值为100.5Pa，则此二等活塞压力计在该测量点的测量误差为_。答案：-0.3Pa19. 误差计算时，随机误差与标准差之比值称为_，常用 _表示，当测量列测量次数较少时，该值按_分布来计算。答案：置信系数，t, t分布或者学生氏分布20. 发现等精度测量列存在系统误差的常用方法有_， _， _。答案：实验比对法， 残余误差观察法， 残余误差校核法 （阿卑 - 赫梅特准则， 马利科夫准则） ，不同公式计算标准差比较法任选三个。21. 不变系统误差的消除方法有_， _ 。答案：代替法，抵消法，交换法任选2 个。22. 动

6、态测量数据的处理方法包括 _， _， _。答案：参数估计，相关分析，谱分析二、是非题（每小题1 分，共 10 分，对的打，错的打×）（） 1由于误差是测量结果减去被测量的真值，所以误差是个准确值。（） 2测量不确定度是说明测量分散性的参数。（） 3标准不确定度是以测量误差来表示的。（） 4误差与不确定度是同一个概念，二种说法。（） 5. 半周期法能消除周期性系统误差（） 6 A 类评定的不确定度对应于随机误差。（） 7 A 类不确定度的评定方法为统计方法。（） 8 B 类不确定度的评定方法为非统计方法。（） 9测量不确定度是客观存在，不以人的认识程度而改变。（） 10标准不确定度是以

7、标准偏差来表示的测量不确定度。（）11数学模型不是唯一的， 如果采用不同的测量方法和不同的测量程序，就可能有不同的数学模型。（）12在标准不确定度A 类评定中，极差法与贝塞尔法计算相比较，得到不确定度的自由度提高了，可靠性也有所提高了。（） 13扩展不确定度U只需合成标准不确定度Uc表示。（） 14扩展不确定度U与 Up含义相同。（） 15方差的正平方根是标准偏差。（）16极差法是一种简化了的以统计方法为基础，以正态分布为前提的一种评定方法。（） 17测量误差表明被测量值的分散性。（） 18不确定度的评定方法“ A”类“ B”类是与过去的“随机误差”与“系统误差”的分类相对应的。（） 19以标

8、准差表示的不确定度称为扩展不确定度。（） 20 A 类不确定度的评定的可靠程度依赖于观察次数n 充分多。（） 21用代数法与未修正测量结果相加，以补偿系统误差的值称为修正值。（） 22实验标准偏差就是测量结果的算术平均值。（） 23以标准差的倍数表示的不确定度称为扩展不确定度。（）24测量不确定度一般来源于随机性或模糊性，主要原因是条件不充分和事物本身概念不清。（） 25.对多次测量的数据取算术平均值，就可以减小随机误差的影响。（） 26.在间接测量中，只要直接测量的相对误差小，间接测量的误差也就一定小。（） 26.在间接测量中，只要直接测量的相对误差小，间接测量的误差也就一定小。（） 27.

9、多次测量结果的权与测量次数成正比，与相应的标准差成反比。（） 28.多次测量结果的权与测量次数成正比，与相应的标准差的平方成反比。（）29.已定系统误差指误差大小和方向均已确切掌握了的系统误差，按方和根法合成。（） 30.标准差越小，测量精密度越高。（） 31. 2 个等精度测量列，标准差相同。（） 32.在判断含有系统误差时，违反“准则 ”时就可以直接判定。（） 33.在判断含有系统误差时，遵守“准则 ”时，得出 “不含系统误差 ”的结论。（） 34.误差传播系数具有误差单位转换和放大缩小功能。（） 35.回归平方和反映总变差中由于x 和 y 的线性关系而引起y 变化的部分误差。（）36.残

10、余平方和，反映所有观测点到回归直线的残余误差，即其它因素对y 变差的影响。（） 37.正规方程指误差方程按最小二乘法原理转化得到的有确定解的代数方程组。（） 38误差绝对值与绝对误差相等。（） 39等精度测量列的标准差与任一单次测得值的随机误差相等。（） 40.正规方程指测量误差方程。×××× , ,××,××× ,××，×××，××，××40×三、选择题（每题为2 分，共 20 分，每题为12 项选择）1

11、正确的A 类不确定度评定方法是（）A对观测列进行统计分析方法B测量误差分析法C修正值法D以上方法都不对2测量误差是（）A测量结果减去参考值B测量结果减去修正值C测量结果除以约定真值D测量结果减去被测量的真值3测量误差有以下特征（）A是无正负号的参数B有正号、负号的量值C是表明测量结果的偏离真值D是表明被测量值的分散性4自由度是表明了标准不确定度的可靠程度的一个量，所以（）A 越大越可靠B 越小越可靠C 越稳定越可靠D 以上说法均不成立5 A 类不确定度的评定是用（）表征A估计的标准差B实验标准差C随机误差D测量误差6测量结果减去（）是测量误差A参考值B修正值C被测量的真值D约定值7测量不确定度

12、有以下特征（）A是无正负号的参数B是有正负号的量值C是表明测量结果的偏离真值D是表明被测量值的分散性8测量不确定度是一个（）概念。A. 定量B.定值C.定性D.精密度9方差是来表示测量的可信度或品质高低的特征量，即描述随机变量的（）A. 分散性B.离散性C.真实性D.正确性10测量不确定度是表示测量结果的（）A. 误差B.分散性C.精度D.分布区间的半宽11某次测量中，测量次数为7，求实验标准差时用贝塞尔公式计算，自由度为（）A.6B.3C. 5.3D. 4.512正态分布是重复条件或复现条件下多次测量的（）的分布。A. 矩形B. t分布C.投影D.算术平均值13不确定度是恒为（）A. 正B.

13、负C.常数D.零14下列中哪些是导致不确定度的来源的（）A. 被测量的定义不完整；B.测量人员不认真；C. 测量方法和测量程序的近似和假设。D. 测量效率不高。15 B 类评定是用（）表征A. 随机误差B.置信概率C.估计的标准差D.实验标准差16输入量相关时不确定度的合成中，相关系数的求法有（）A. 统计法B.物理（实验）判断法C.公式法 D.估计法17扩展不确定度u 由（）不确定度乘以包含因子K 得到。A. 仪器B.相对C.合成D.合成标准18 B 类不确定度的评定方法中，已知置信区间半宽a 和对应于置信水准包含因子K，则B 类标准不确定度u（ x）为 ()。A. a · kB.

14、 k/aC. a/k D. a+k19 使用最小二乘法时，偏差的平方和最小意味着你和只限于整个实验数据的（）A 不相关 B 偏离度大 C 偏离度小 D 以上 3 个都不对20 下面那个参数可以反映测试系统的随机误差的大小（）A 灵敏度 B 重复性 C 滞后量 D 线性度21. 数字式仪器在正负一个单位内不能分辨的误差属于（）。A 均匀分布的随机误差B均匀分布的系统误差C反正弦分布的随机误差D三角分布的随机误差22. 用代替法检定标准电阻时，测量误差属于（）。A 均匀分布的随机误差B均匀分布的系统误差C反正弦分布的随机误差D三角分布的随机误差23. 电子测量中谐振的振幅误差属于（）。A 均匀分布

15、的随机误差B均匀分布的系统误差C反正弦分布的随机误差D三角分布的随机误差24. 阿卑 - 赫梅特准则能有效地发现（）误差。A 随机误差B系统误差C粗大误差D 周期性的系统误差E 线性系统误差25. 马利科夫准则能有效地发现（）误差。A 随机误差B系统误差C粗大误差D 周期性的系统误差E 线性系统误差26. 线性系统误差的消除方法（）。A 对称法B代替法C抵消法D交换法27. 周期性系统误差的消除方法（）。A 对称法B代替法C抵消法D交换法E半周期法28. 如果测量次数较少时，判别粗大误差应选用（）。A 莱以特准则B狄克松准则C罗曼诺夫斯基准则D格洛布斯准则29. 如果测量次数较多时，判别粗大误

16、差应选用（）。A 莱以特准则B狄克松准则C罗曼诺夫斯基准则D格洛布斯准则30检定 2.5 级满量程100V 的电压表， 发现 50V 刻度点偏差最大， 为 2V，则该电压表 （）。A. 合格B.不合格C.需要继续调准或检查1A,2D,3(BC),4A,5B, 6C,7 （ D）,8A,9A,10B , 11A,12D,13C,14B,15C, 16C,17D,18C ， 19C ， 20B， 21A,22D,23C,24D ， 25E， 26A ， 27E， 28C, 29A ， 30A四、问答题： （共 35 分）1 何谓量的真值？它有那些特点？实际测量中如何确定？即测量量的真实值， 理论上

17、是不可获得的， 有时存在于物理或数学原理中， 在实际测量中常用实际值代替， 可以是上级计量部门给的标准数据， 或多次测量的最佳估计值， 或根据理论得出的参考值。2. 比较真误差与残余误差的概念真误差指实测值与真实值之差，通常真实值不可得，所以真误差也很难得到；残余误差表示实测值与实际值之差， 实际测量时实际值通常用最佳估计值、代替。实际计算中，常用残余误差计算标准差、极限误差等统计参数。检定值、 参考值3. 单次测量标准差、算术平均值标准差的物理意义是什么？它们之间的关系如何？单次测量标准差指测量列的标准差，描述的是测量列各测量点偏离测量列平均值的程度，计算可以通过贝塞尔公式得到， 公式略；算

18、术平均值标准差指不考虑系统误差的情况下测量列的平均值偏离真实值的程度；它们之间的关系可以用公式获得，公式略。4. 叙述置信概率、显著性水平和置信区间的含义及相互之间的关系。5. 误差传播系数的定义？如何获得？通常间接测量或组合测量时， 各测量组成部分均对最后测量结果有影响， 该影响的程度用误差传播系数来描述。通常先写出总测量结果和各分测量之间的函数关系， 求总测量量对分量的偏微分， 即是该分量的误差传播系数。6测量不确定度的评定是否可以称为误差分析？其步骤如何？不可以，所有的不确定度分量都用标准差表征，由随机误差或系统误差引起, 误差是不确定度的基础。 区别：误差以真值或约定真值为中心，不确定

19、度以被测量的估计值为中心，误差一般难以定值，不确定度可以定量评定不确定度分两类，简单明了。测量不确定度的评定方法有两类：A 类评定和B 类评定A 类评定：通过对一系列观测数据的统计分析来评定B 类评定：基于经验或其他信息所认定的概率分布来评定7什么叫标准不确定度？什么叫扩展不确定度？他们分别用什么符号来表示？8微小误差的定义和意义？测量过程包含有多种误差时，某个误差对测量结果总误差的影响可以忽略不计的误差，称为微小误差计算总误差或进行误差分配时，若发现有微小误差，可不考虑该项误差对总误差的影响。选择高一级精度的标准器具时，其误差一般应为被检器具允许误差的1/10 3/10 。9最小二乘法的原理

20、是什么，可以解决哪些实际问题？其在解决组合测量中如何应用？最小二乘法的原理是测量的最可信赖值是使各测量点残差平方和最小。利用最小二乘法原理可以解决测量参数最可信赖值估计，组合测量或间接测量的数据处理、用实验方法获得经验公式、回归分析数据处理等问题。解决组合测量问题的主要过程通常为根据测量原理和测量数据列出残差方程根据最小二乘原理将残差方程转化为正规方程解正规方程获得待估计参数对结果进行精度估计，如何是非线性问题，首先将非线性问题线性化，再列出残差方程。10. 什么是测量误差？误差有哪几种类型？有什么表示方法？表征测量结果质量的指标有哪些？答：测量误差测量结果测量真值误差可分为系统误差、随机误差

21、、粗大误差种。表示方法有绝对误差、相对误差、引用误差种。表征测量结果质量的指标主要有正确度、精密度、准确度和不确定度。11. 不确定度术语有哪些？产生测量不确定度的原因是什么？答：不确定度术语有标准不确定度、 A 类不确定度、 B 类不确定度、合成标准不确定度、扩展不确定度和包含因子。从人、机、料、法、环等环节阐述产生原因。12. 等精度测量中测量次数如何选取？答：在 n 次测量的等精度测量列中，算术平均值的标准差为单次测量标准差的1/n ，当n 愈大，算术平均值越接近被测量的真值，测量精度也愈高。增加测量次数，可以提高测量精度，但测量精度是与n 的平方根成反比，因此要显著提高测量精度，必须付

22、出较大的劳动。根据测量实践一定时，当n>10以后，算术平均值的标准差的减小很慢。此外，由于增加测量次数难以保证测量条件的恒定，从而引入新的误差，因此一般情况下取n=10 以内较为适宜。总之，提高测量精度，应采取适当精度的仪器，选取适当的测量次数。13. 等精度测量列中，单次测量的标准差计算与贝塞尔公式之区别辨析。参见误差基本性质一章14. 说明标准差的几种主要计算方法及用途。参见误差基本性质一章五、应用题（15 分）1. 某 1.0级电流表，满度值（标称范围上限）为100，求测量值分别为100， 80 和 20 时的绝对误差和相对误差。s1.0，xm100A, x1100 A, x280

23、 A, x320 Axmxms%100 1.0%1 Arx1xm100%1x1100% 1%100rxm100%1100%1.25%x 2x280rx 3xm100%1100%5%x32052. 某传感器的精度为 2%，满度值为 50mV ，零位值为 10mV ，求可能出现的最大误差？当传感器使用在满刻度值的一半和 1/8， 1/3， 2/3 时，计算可能产生的百分误差，有计算结果说明能得出什么结论。解：满量程 SCOPE=50-10=40(mV)可能出现的最大误差为：402%0.8( mV )当使用 1/2， 1/8， 1/3， 2/3 量程时，最大相对误差分别为：2 / 31 / 30.8

24、3%24030.86%40 131 / 21/ 80.84%40 120.816%40 18结论：测量值越接近传感器的满量程，测量误差越小，因此使用仪表时尽可能使用1/3 量程以上。3. 现有 0.5 级 300 度和级 120 度温度计支， 要测量 100 度左右的温度， 哪只精度高？为什么？解：测量 100 度温度时，两只温度计最大相对误差分别为：3000.5%1201%11.5%21.2%10010012答： 120 度温度计测量100 度左右的温度精度更高。解释略4 圆柱体按公式 V r 2h求圆柱体体积，若已知r 约为 2cm， h 约为 20cm。要使体积的相对误差等于 1，试问

25、r和 h 测量时误差应为多少？解： 1）.求误差传递系数：V2rh2* 3.14* 2* 20251 .2rVr 23.14 * 2212.56hrV1%VVVV * 1%r 2h * 1%3.14* 22 * 20* 1%2.512(cm3 )误差来源两项，根据等误差分配原则：rV2 .5122 .5120 . 007 ( cm )Va in2251 .2 *2*rhV2 .5122 .5120 . 14 ( cm )a inV12 .56 *22*h5.某电子测量设备的技术说明书指出：当输入信号的频率在200kHz 时，其相对误差不大于2.5% ；环境温度在 (2010 ) C 范围变化是

26、，温度附加误差不大于1% ? C 1 ；电源电压变化10% 时，附加误差不大于2% ；更换晶体管时附加误差不大于1% ，假设在环境温度 23 C 时使用该设备，使用前更换了一个晶体管，电源电压220V ，被测信号为0.5V（200kHz ）的交流信号，量程为1V ，求测量不确定度。4根据不确定度合成公式 ： crelu 2 ( xi )i 11）200kHz下0.5V测 量 点 的 不 确 定 度 （ B类 ， 误 差 均 匀 分 布 ）：fVma1V2.5%u frelV30.5V2.88%332）环境温度引起的不确定度（B类，误差均匀分布）：t(2320)1%1.73%utrel333）

27、电源电压附加误差引起的不确定度s2%（ B 类，误差均匀分布） ：usrel1.15%334）更换晶体管附加误差引起的不确定度（B 类，误差均匀分布）：tr1%0.58%utrrel334u 2 ( xi ) 3.6%5）不确定度合成：creli16对某量进行 12 次测量，测得数据为 20.06 ，20.07 ，20.06 ，20.08 ，20.10 ，20.12 ，20.11 ，20.14 ， 20.18 ， 20.18 ， 20.21 ， 20.19 ，试用两种方法判断该测量列中是否存在系统误差？解：可用残余误差观察法，如右图，存在线性误差还可以用不同公式计算标准差比较法-1.72024

28、68101214-1.74-1.76-1.78-1.8-1.82系列1-1.84-1.86-1.88或残余误差校核法7. 对某一个电阻进行 200 次测量，测得结果列表如下：测得电阻（ R/ ） 1220 1219 1218 1217 1216 1215 1214 1213 1212 1211 1210该电阻值出现次数1382143544019911绘出测量结果的统计直方图，由次可得到什么结论？求测量结果并写出表达式。写出测量误差概率分布密度函数式。605040302010012201219121812171216121512141213121212111210 由上图可以看出是正态分布。求测

29、量结果并写出表达式：各电阻测量值的权为测量次数，分别为1382143544019911求加权平均值x12155*1 4*3 3*8 2* 21 1*43 0*54 ( 1)*40 ( 2)*19 ( 3)*9 ( 4)*1 ( 5)*1)13821435440199111215121215.06200求残差并校核，残差和为0，计算正确求加权算术平均值的标准差：根据根据m2pixii1(2 51)xm( m1)pii1509.28x0.50( )(111) * 200结果表达：如果取置信系数t=2 ，则置信概率P 为 0.95测量结果 = (1215.062* 0.50)(1215.06 1.0

30、0)2概率密度分布：正态公式 f ( )1e 2222f ( )0.80e 212e 2* 0.520.80e 2 20.5*28 测某一温度值 15 次，测得值如下：（单位：）20.53,20.52,20.50,20.52,20.53,20.53,20.50,20.49,20.49,20.51,20.53,20.52,20.49, 20.40, 20.50，已知温度计的系统误差为-0.05 , 除此以外不再含有其它的系统误差，试判断该测量列是否含有粗大误差。要求置信概率P=99.73%，求温度的测量结果。解： （ 1）已定系统误差：=- 0.05 （2）x20.504,0.033（3） 因为

31、：V1420.4020.5040.1040.033*所以：第 14 测量值含有粗大误差，应剔除。（4） 剔除粗大误差后，x20.511,0.0163 * 0.016, x0.0160.00415（5） p = 99.73% ， t=3 ,（6） 测量结果：lim x3*x0.012(x0.05)0.0129.用一台测量精度为± 0.25%的压力变送器与一台模拟显示仪表组成压力测量系统，要求测量精度不低于± 1.0%, 问应选用哪一精度等级的显示仪表?误差分配问题：认为两个环节互不相关22系统变送器显示仪表22( 1.0)2( 0.25)20.96%显示仪表系统变送器10.电

32、阻的测量值中仅有随机误差，且属于正态分布，电阻的真值，测量值的标准差，试求出现在之间的置信概率。按正态分布置信概率公式：0.2,0.5,t2.5122t 2P F()e 22t0.9976de 2 dt220用弓高弦长法间接测量大工件直径。如图所示，车间工人用一把卡尺量得弓高h = 50mm，弦长 l = 500mm 。已知，弓高的系统误差h = -0.1mm ,弦长的系统误差l = 1mm。试问车间工人测量该工件直径的系统误差，并求修正后的测量结果。DD0D13007.41292.6mm对某工件进行 5 次测量，在排除系统误差的条件下，求得标准差 = 0.005 mm ,若要求测量结果的置信

33、概率为95% ，试求其置信限？解：1.求置信系数：因测量次数n 较小，应按t 分布，置信概率为95%时，195%0.05,n14查表： ta=2.782. 求极限误差即为置信限：则算术平均值的极限误差为 :lim xta x (239)lim x2.78 0.005/ n2.780.005/ 50.006mm用某仪器测量工件尺寸，在排除系统误差的条件下，其标准差 = 0.004 mm，若要求测量结果的置信限不大于± 0.005mm，当置信概率为99%时，试求必要的测量次数？解：根据lim xta xta /n(239)当=9 时，199%0.01,n18 , ta=3.360.005

34、mm3.36* 0.004 /90.0045mm当=8 时，199%0.01,n17 , ta=3.500.005mm3.50 * 0.004 /80.0049mm当=7 时，199%0.01,n16 , ta=3.710.005mm3.71* 0.004 /70.0056mm所以测量次数至少为8 次。用某仪器测量工件尺寸，已知该仪器的标准差 =0.001mm ，若要求测量的允许极限误差不超过 ± 0.0015mm ，而置信概率 P 为 0.95 时，应测量多少次？lim xtaxta / n(239)如果按正态分布，置信概率P 为 0.95时 ,t=20.0015tx2 * 0.001/n(2* 0.001)2