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3.选择适当的测量方法,使系统误差抵消而不致带入测量结果中的误差符号相反。
试验和测量中常用的几种方法:
(1)恒定系统误差消除法
①异号法
改变测量中的某些条件,例如测量方向、电压极性等,使两种条件下的测量结果中的误差符号相反,取其平均值以消除系统误差。
【案例】带有螺杆式读数装置的测量仪存在空行程,即螺旋旋转时,刻度变化而量杆不动,引起测量的系统误差。为消除这一系统误差,可从两个方向对线。
第一次顺时针旋转对准刻度读数为d,设不含系统误差的值为a,空行程引起的恒定系统误差为ε,则d=a+ε;
第二次逆时针旋转对准刻度读数为d′,此时空行程引起的恒定系统误差为一e,即d′= a一e。
于是取平均值就可以得到消除了系统误差的测量结果:a=d+d′/2。
②交换法
将测量中的某些条件适当交换,例如被测物的位置相互交换,设法使两次测量中的误差源对测结果的作用相反,从而抵消了系统误差。
例如:
用等臂天平称重,第一次在右边秤盘中放置被测物X,在左边秤盘中放置砝码P,使天平平衡,这时被测物的质量为X=Pll/l2,当两臂相等(ll=l2)时X=P;如果两臂存在微小的差异(ll≠l2),而仍以X=P为测量结果,就会使测量结果中存在系统误差。为了抵消这一系统误差,可以将被测物与砝码互换位置,此时天平不会平衡,改变砝码质量到P′时天平平衡,则这时被测物的质量为X=P′l2/l1。所以可以用位置交换前后的两次测得值的几何平均值得到消除了系统误差的测量结果
X=(P P′)1/2
③替代法
保持测量条件不变,用某一已知量值的标准器替代被测件再作测量,使指示仪器的指示不变或指零,这时被测量等于已知的标准量,达到消除系统误差的目的。
【案例1】用精密电桥测量某个电阻器时,先将被测电阻器接入电桥的一臂,使电桥平衡;然后用一个标准电阻箱代替被测电阻器接入,调节电阻箱的电阻,使电桥再次平衡。则此时标准电阻箱的电阻值就是被测电阻器的电阻值。可以消除电桥其他三个臂的不理想等因素引入的系统误差。
(2)可变系统误差消除法
合理地设计测量顺序可以消除测量系统的线性漂移或周期性变化引入的系统误差。
①用对称测量法消除线性系统误差
【案例1】用电压表作指示,测量被检电压源与标准电压源的输出电压之差,由于电压表零位存在线性漂移(如图3-2所示),会使测量引入可变的系统误差。此时可以采用下列测量步骤来消除这种系统误差:顺序测量4次,在t1时刻从电压表上读得标准电压源的电压测量值a,在t2时刻从电压表上读得被检电压源的电压测量值x,在t3时刻从电压表上再读得被检电压源的电压测量值x′,在t4时刻再读得标准电压源的电压测量值况a′。

图3-2对称测量法
设标准电压源和被检电压源的电压分别为Vs和Vx,系统误差用ε表示,则
t1时:a=Vs十ε1,
t2时:x=Vx十ε2
t3时:x'=Vx十ε3
t4时:a'=Vs十ε4
测量时只要满足t2一t1= t4一t3,当线性漂移条件满足时,则有:ε2-ε1=ε4-ε3
于是有:
Vx-Vs =(x+ x')/2-(a+ a')/2 ,
由上式得到的被检电压源与标准电压源的输出电压之差测量结果中消除了由于电压表线性漂移引入的系统误差。
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