如何消除實驗中的系統誤差?
系統誤差是同一測量的無數次測量結果的平均值與重複條件下測量的真實值之間的差異。往往是由不可避免的因素造成的。
系統誤差的原因
系統誤差是由固定的或按一定規律變化的因素引起的,主要包括以下因素:
1 儀器設備因素
由於儀器本身的不精確性,如使用未經校正或校正過的儀器、測量儀器等,導致測量結果與測量真值有偏差,都會造成儀器誤差。或因檢測儀器設計原理及裝置結構的缺陷,如變速桿千分尺直線位移、旋轉角度不成比例等所造成的誤差;儀器零件的製造和安裝不正確,如刻度盤的刻度偏差、錶盤和指針的安裝偏心、天平臂長的誤差。
2環境因素
實際環境溫度與標準環境溫度下的測量值的偏差,以及測量時以一定規律測量待測溫度、濕度、大氣壓力的偏差。
3 測定方法中的因素
是測量方法本身所造成的誤差,或是測試方法本身不完善,採用近似測量方法或經驗公式所造成的誤差。例如,在重量分析中,由於沉澱物的溶解、共沉澱、沉澱分解或燃燒過程中的揮發,可能會出現測量的系統誤差。
4 人員因素
由於操作者的生理缺陷、主觀偏見、不良習慣等,如個人特徵或操作不規範,如在估計秤上的讀數時,習慣上會偏向某一方向,滴定管的高低,終點的顏色就決定了。因深或淺而導致的錯誤。由於人為因素造成的錯誤一般稱為操作錯誤。
試劑使用5大因素
由於試驗中使用的雜質水或使用的試劑不純而造成的測量結果與實際結果之間的偏差。
系統誤差減少和消除方法
1 從誤差根源消除系統誤差
測量前,請系統人員對偵測過程中可能出現的系統誤差進行認真分析。有必要盡可能預見可能出現的系統誤差的來源,並盡力消除或盡量減少其影響。例如,測量前檢查儀器的性能,使儀器的環境條件和安裝位置符合檢驗技術要求的要求;使用前正確調整儀器;嚴格檢查分析測量方法是否正確,消除儀器、偵測方法、環境等因素造成的系統誤差;為防止儀器因長期使用而導致精度降低,計量部門送計量部門定期檢定。
2 使用校正法消除系統誤差
方法是使用滴定管、移液管、容量瓶等測量儀器,在測量前進行校正,以製作校準曲線或誤差表。測量結束後,對實際測量值進行修正,以避免或消除結果。由此產生的系統錯誤。
3 利用空白實驗消除系統誤差
空白試驗是指依照分析測試方法標準或程序,在相同操作條件下,不加樣品而進行的測定。空白試驗結果值為空白值。然後,按照分析測試方法標準或相同操作條件下的程序將被測樣品加入到測試樣品中,得到樣品的測定值,最後從樣品的測定值中減去空白值,得到了比較準確的分析結果。這消除了由蒸餾水或不純試劑中的雜質引起的系統誤差。
4 使用受控測試來消除系統誤差
對照試驗是在相同條件下以相同的分析方法取代樣品與標準品平行。控制結果可以透過受控試驗進行修正,以消除系統誤差。
5 常數系統誤差消除法
對於測量過程中固定的系統誤差,可採用以下消除方法:
1.兌換方式:
根據誤差產生的原因,交換一些造成系統誤差的條件,其他條件不變,使造成系統誤差的因素對測量結果產生相反的影響,從而消除系統誤差。若以等臂天平秤重,天平左右兩側的臂長會略有差異,秤重時會出現恆定的系統誤差。如果將被稱量的物品與天平秤上的砝碼互換,稱重兩次,兩次測量的平均值即為被測物的最終測量結果,這樣就可以消除兩臂的不平衡。系統錯誤。
2偏移方法:
即要求兩次測量改變測量中的某些條件,如測量方向、電壓極性等,使前後兩次測量的系統誤差符號相等且符號相反,並取兩次的平均值測量結果可以消除系統。錯誤。
3替代方法:
此方法是在不改變測量條件的情況下,以已知的標準量取代測量條件,再次進行測量,得到測量值與標準值之差,即測量值等於標準值加上差值,從而達到消除系統誤差的目的。
4. 零位指示方法:
為了消除儀表不對中引起的系統誤差,在測量過程中平衡被測對對指示儀表和已知標準量的影響,使指示器指示為零,被測值值被測量。等於標準值,即歸零法。例如橋式電路、電位器等,均採用此方法消除因示值不準確而造成的系統誤差。
6.改變系統錯誤消除方法
1.半週期消除法:
對於週期性誤差,可每隔半個週期測量一次,然後將兩次讀數的算術平均值作為測量值,有效消除週期性系統誤差。例如,指針式儀表,如果因錶盤偏心而引起的誤差,可以透過對一對或多對相隔180°的指針所標記的讀數進行平均來消除。
2 對稱測量消除法:
對稱測量可以有效消除隨時間推移的線性系統誤差。如果用電壓表測量電壓,則在測量前先將電壓表校準並歸零,然後測量電壓源的電壓。隨著測量時間的變化,電壓表的零點逐漸漂移,產生線性系統誤差。可以等時間間隔測量待測電壓源的電壓與標準電源電壓的差值,且電壓表顯示的待測電壓與標準電壓的差值不受電壓的影響。
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