實(shí)驗(yàn)中的系統(tǒng)誤差如何消除？

系統(tǒng)誤差是指在重復(fù)性條件下，對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量的真值之差。它往往是由不可避免的因素造成的。

一、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(gè)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(cè)定結(jié)果與被測(cè)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(huì)造成儀器誤差。

或因檢測(cè)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(cè)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(zhǎng)不等所產(chǎn)生的誤差。

2、環(huán)境因素

待測(cè)量值在實(shí)際環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度下測(cè)量所產(chǎn)生的偏差、在測(cè)量過程中待測(cè)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(cè)定方法方面的因素

是由測(cè)定方法本身造成的誤差，或由于測(cè)試方法本身不*、使用近似的測(cè)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(shí)沉淀分解或揮發(fā)等原因都會(huì)引起測(cè)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(gè)人特點(diǎn)或不規(guī)范操作，如在刻度上估計(jì)讀數(shù)時(shí)，習(xí)慣上偏于某一方向、讀滴定管數(shù)值時(shí)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(cè)定結(jié)果與實(shí)際結(jié)果之間的偏差。

二、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(cè)定之前，要求檢測(cè)人員在檢測(cè)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(cè)量前對(duì)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(duì)儀器在使用前進(jìn)行正確的調(diào)整；嚴(yán)格檢查和分析測(cè)量方法是否正確等來消除儀器、檢測(cè)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(zhǎng)期使用而使其精度降低，及時(shí)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(duì)取測(cè)量用的滴定管、移液管、容量瓶等計(jì)量器具，在測(cè)量前進(jìn)行修正，做出校正曲線或誤差表，測(cè)量后對(duì)實(shí)際測(cè)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、用實(shí)驗(yàn)來消除系統(tǒng)誤差

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(cè)定。試驗(yàn)所得結(jié)果的數(shù)值為值。

然后再對(duì)加入被測(cè)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(cè)定得出試樣的測(cè)定值，后從試樣的測(cè)定值中扣除值，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(duì)照試驗(yàn)消除系統(tǒng)誤差

對(duì)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(cè)定。通過對(duì)照試驗(yàn)可以校正測(cè)試結(jié)果，消除系統(tǒng)誤差。

5、不變系統(tǒng)誤差消除方法

對(duì)測(cè)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(duì)測(cè)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(shí)，由于天平左右兩個(gè)臂長(zhǎng)有微小差別，稱量時(shí)會(huì)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?jī)纱危纱螠y(cè)量結(jié)果的平均值為被測(cè)物品的終測(cè)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(cè)量，改變測(cè)量中的某些條件，如測(cè)量方向、電壓極性等，使前后兩次測(cè)量的系統(tǒng)誤差大小相等、符號(hào)相反，取兩次測(cè)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(cè)量條件的前提下，用已知的標(biāo)準(zhǔn)量代替被測(cè)量，再次進(jìn)行測(cè)量，得出被測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn)值的差值，即被測(cè)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(cè)量過程中使被測(cè)量對(duì)指示儀表的作用與已知的標(biāo)準(zhǔn)量對(duì)它的作用相互平衡，使指示儀表示零，這時(shí)被測(cè)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(duì)于周期性誤差，可以相隔半個(gè)周期進(jìn)行一次測(cè)量，然后以兩次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為測(cè)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(duì)或幾對(duì)的指針標(biāo)出的讀數(shù)取平均值加以消除。

②對(duì)稱測(cè)量消除法：

對(duì)稱測(cè)量法可以有效消除隨時(shí)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(cè)量時(shí)，在測(cè)量前先將電壓表校準(zhǔn)調(diào)零后，再對(duì)電壓源的電壓進(jìn)行測(cè)量，隨著測(cè)量時(shí)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(cè)電壓源與標(biāo)準(zhǔn)電源的電壓之差，可以進(jìn)行等時(shí)間間隔測(cè)量，則電壓表所示的待測(cè)電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓之差不受系統(tǒng)誤差的影響。