试验误差分析ppt课件

1 误差的基本概念
误差
误差：在试验过程中由于实验仪器精度的限制，实验方法的不完善，科 研人员认识能力的不足和科研水平的限制等方面的原因，在试验中获得 的试验值与它的真值并不一致，这种矛盾在数值上表现为误差。
绝对误差 算术平均误差
相对误差 标准误差
绝对误差
误差
试验值与真值之差称为绝对误差，即
绝对误差=试验值－真值
试验误差分析
汇报提纲
1 误差的基本概念 2 文献阅读
1 误差的基本概念
真值
真值：是指在某一时刻和某一状态下，某量的客观值或实际值。
1）理论真值：例如，三角形三内角之和恒为180°，同一量值自身 之差恒为零，自身之比恒为1，等等。 2）约定真值：国际计量大会中所规定的共七种单位的量值，都可认 为是约定真值。 3）相对真值：用高一级仪器检定低一级仪器时，更具体说，当高一 级与低一级仪器的误差之比为（1/3~1/120）时，则可认为前者是后 者的相对真值。
拉伸速率可能对薄膜的力学性能测试结果带来影响；同时 ，若拉伸试验装置上下夹具不在一个平面上，或者样品拉伸方 向有一定的倾斜角度等，都会对力学性能的拉伸带来误差。
误差评估
1.薄膜各向异性带来的误差
由于轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列延伸的方向 不同，沿各方向上的力学性能也可能会有不同。
对未辐照的PI薄膜进行平行拉伸（y方向）和垂直拉伸（x方
绝对误差反映了试验值偏离真值的大小， 这个偏差可正可负。通常所说的误差一般指 绝对误差。
误差
相对误差
绝对误差虽然在一定条件下能反映试验值的准确 程度，但还不全面。所以为了判断试验值的准确性 ，还必须考虑试验值本身的大小，故引出了相对误 差。
误差
算术平均误差 设试验值xi与算术平均值之间的偏差为di，则算术 平均误差定义式为：
绝对误差虽然在一可定见条件，下当能反一映组试验试值验的准值确取程度对，数但还后不所全面得。数据的分布曲线更加对称时，宜采 用几何平均值。
平均值
调和平均值
设有 n 个正试验值：x1，x2，…，xn，则它们的调和平均值为：
可见调和平均值是试验值倒数的算术平均值的倒数，常用在涉 及到与一些量的倒数有关的场合。
求算术平均误差时，偏差di可能为正也可能为负 ，所以一定要取绝对值。
误差
标准误差
标准误差也称作均方根误差、标准偏差，简称为 标准差。在实际的科学试验中，试验次数一般为有限 次，称为样本标准差，定义为：
标准差常用来表示试验值的精密度，标准差越 小，则试验数据精密度越好。
2
文献阅读
可以根据以下方法给予试验值权重： 在实际的科学试验中，试验次数一般为有限次，称为样本标准差，定义为： 所以还需要进一步研究极端高温、极端低温以及高低温交变对薄膜力学性能的退化影响，尤其是极端低温对薄膜材料力学的影响。 2）约定真值：国际计量大会中所规定的共七种单位的量值，都可认为是约定真值。 2）为了消除薄膜的各向异性对力学性能的影响，薄膜样品沿相同的方向进行拉伸，建议拉伸方向为分子主链延伸方向的垂直方向； 拉伸至断裂时会出现中间断裂、上夹具边缘处断裂、下夹具边缘处断裂三种情况。 由于轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列延伸的方向不同，沿各方向上的力学性能也可能会有不同。 对上式两边同时去对数，得： 对上式两边同时去对数，得： 2）薄膜本身微观结构； 只有在中部断裂的情况可以反应出薄膜力学性能退化的真实情况，因此，在试验过程中，应该采用中间断裂的薄膜样品拉伸数值。 因此，因控制同一水平面倾角小于18°，当倾角小于8°时，误差可以忽略不计。 一方面，在空间环境效应地面模拟试验过程中，采用过高的加速倍率，可能会对薄膜材料的力学性能拉伸带来较大的影响； 图5 薄膜抗拉强度误差随倾角的变化关系图 通常所说的误差一般指绝对误差。 在生产聚合物薄膜时，宏观上由于薄膜轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列和延伸的方向也不同。
误差评估
薄膜各向3异.性薄带膜来的材误料差 拉伸试验误差
由于轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列延伸的方向不同，沿各方向上的力学性能也可能会有不同。 图3 温度对PI薄膜材料力学性能退化的影响
通来过源理 及论影分响析进夹与行实了具验研应研究究。力，误从薄差膜材料、样品加工、拉伸试验及模拟试验四个角度，对空间环境下薄膜材料力学性能退化试验的误差
误差来源
造成航天薄膜材料力学性能评价的误差来源主要有：
1）薄膜材料样品加工质量； 2）薄膜本身微观结构； 3）空间环境实验参数； 4）拉伸测试参数。
误差分析
薄膜材料样品加工质量 薄膜材料试验样品在加工过程中，可能存在切
割边缘的毛刺、微裂口等，会引起拉伸过程中从有毛 刺的地方断裂，从而导致拉伸出现巨大的误差。 薄膜本身微观结构
可见调和平均值是试通验值过倒数理的算论术平分均值析的倒与数，实常用验在涉研及到究与一，些量从的倒薄数有膜关的材场合料。 、样品加工
所以还需要进一步研究极端高温、极端低温以及高低温交变对薄膜力学性能的退化影响，尤其是极端低温对薄膜材料力学的影响。
可见，当一组试、验值拉取对伸数后试所得验数据及的分模布曲拟线更试加对验称时四，个宜采角用几度何平，均值对。 空间环境下薄膜
1 误差的基本概念
平均值
平均值：综合反映试验值在一定条件下的一般水平，所以在科学试验， 经常将多次试验值的平均值作为真值的近似值。
算术平均值 加权平均值 对数平均值 几何平均值 调和平均值
平均值
算术平均值
算术平均值是最常用的一种平均值。 设有 n 个试验值：x1，x2，…，xn，则它们的算术平均值为：
当
时，拉力的理论最大值为：
误差评估
1.薄膜各向异性带来的误差
图2 薄膜拉力分析图
误差评估
2.模拟试验误差
模拟试验时的主要参数有：加速倍率的选取、辐照 均匀性的控制、温度的选取与控制等。
以试验温度对PI薄膜材料力学性能影响研究为例 ，采用质子辐照总注量为5×1014 p/cm2，通量为 6.34×109 p/cm2/s。分别在-30℃、15℃和55℃下进行 辐照，辐照后薄膜材料的抗拉强度和断裂伸长率变化 如图3所示。
薄膜材料不仅是航天器展开结构的重要组成部分， 也是航天器热控系统—外露热控涂层的主要基体材料。 然而，长期直接暴露在航天器表面，薄膜材料受到空间 环境综合作用的威胁，其力学性能发生退化甚至失效。
背景
文章对目前航天器上广泛采用的聚酰亚胺（PI）薄 膜，以质子辐照地面模拟试验研究为对象，从材料自 身性能、样品加工、力学性能测试以及试验参数控制 等角度，研究误差可能对力学性能评价试验带来的影 响，并给出控制措施。
2）薄膜本身微观结构；
对上式两边同时去对由数，于得样：品装载过程中可能出现样品平面与上下夹具平面不平行，在 22））为如了果消试除验拉薄值膜试伸的验过各值向 是程异在中性同对样造力的成学实性验应能条力的件影下集响获中得，的薄。膜，拉样但品来伸沿源至相不同同断的的裂方组向，时进这会行时拉加出伸权现，平建均中议值间拉计伸算断方式裂向中为的、分xi代上子表主夹各链组具延的伸边平方均缘向值的，垂而直w方i代向表；每 组试验次数。处断裂、下夹具边缘处断裂三种情况。
平均值
加权平均值
如果某组试验值是用不同的方法获得，或由不同的试验人员得到 ，则这组数据中不同值的精度或可靠性不一致，为了突出可靠性高 的数值，则可采用加权平均值。
设有 n 个试验值：x1，x2，…，xn，则它们的加权平均值为：
式中，w1，w2，…，wn代表单个试验值对应的权。
平均值
加权平均值
试验值的权是相对值，因此可以是整数，也可以是分数或小数。 可以根据以下方法给予试验值权重： 1）当试验次数很多时，可以将权理解为试验值xi在很大的测量总数 中出现的频率ni/n。 2）如果试验值试验值是在同样的实验条件下获得的，但来源不同的 组，这时加权平均值计算式中的xi代表各组的平均值，而wi代表每 组试验次数。 3）根据权与绝对误差的平方成反比来确定权数。
2.模拟试验误差
误差评估
图3 温度对PI薄膜材料力学性能退化的影响
误差评估
2.模拟试验误差
以15℃温度下的质子辐照PI薄膜试验结果为参考 基准，-30℃和55℃温度环境下，PI薄膜的抗拉强度的 绝对误差分别为1.81%和3.8%,断裂伸长率的绝对误差 分别为0.68%和0.81%。
但在空间环境中，航天器经常处于高低温交变的 环境中，高温和低温可达±200℃。所以还需要进一 步研究极端高温、极端低温以及高低温交变对薄膜力 学性能的退化影响，尤其是极端低温对薄膜材料力学 的影响。
在生产聚合物薄膜时，宏观上由于薄膜轧制方 向不同，微观上聚合物的分子链排列和延伸的方向也 不同。这可能会导致薄膜在不同方向上的物理和化学 性质的差异。
误差分析
空间环境实验参数 一方面，在空间环境效应地面模拟试验过程中，采用过高
的加速倍率，可能会对薄膜材料的力学性能拉伸带来较大的影 响；另一方面，温度的选择对实验结果带来很大的差异，这主 要由于温度可造成薄膜材料分子结构或键能发生一些变化。 拉伸测试参数
向）的对比试验。
图1 拉伸方向示意图 1.垂直拉伸；2.平等拉伸；3.轧制方向
误差评估
1.薄膜各向异性带来的误差
表1 垂直方向和平行方向拉伸试验结果对比
误差评估
1.薄膜各向异性带来的误差
假设平行方向的最大载荷拉力为F1，垂直方向的最大载荷拉力为 F2，实际拉伸方向与平行方向的夹角为θ，且F1＞F2，则理论上 的拉力为：
假2）设薄薄膜膜本横身截微面观对上结受上构力；式是均两匀边的，同则时薄膜去材对料的数理，论抗得拉：强度σ0为：
由于轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列延伸的方向不同，沿各方向上的力学性能也可能会有不同。 靠近上/下夹具边缘断裂：在拉伸过程中由于装载是薄膜表面与上下夹具表面不平行，薄膜表面出现扭曲，导致拉伸过程应力集中而发 生断裂，并不能反映薄膜断裂的真实情况。 通常所说的误差一般指绝对误差。 标准差常用来表示试验值的精密度，标准差越小，则试验数据精密度越好。 所以为了判断试验值的准确性，还必须考虑试验值本身的大小，故引出了相对误差。 因此，因控制同一水平面倾角小于18°，当倾角小于8°时，误差可以忽略不计。
平均值
对数平均值
如果试验数据的分布曲线具有对数特性，则宜使用对数平均值。 设有两个数值x1，x2，都为正数，则它们的对数平均值为：Fra bibliotek平均值
几何平均值
表1 垂直方向和平行方向拉伸试验结果对比 一方面，在空间环境效应地面模拟试验过程中，采用过高的加速倍率，可能会对薄膜材料的力学性能拉伸带来较大的影响；
可见，当一组试验值取对数后所得数据的分布曲线更加对称时，宜采用几何平均值。
材料力学性能退化试验的误差来源及影响进行了研究
。
背景
在有限的运载能力条件下，充分提高航天器的效能， 是航天器研制工作的一个重要发展方向。轻型展开结构 具有成本低廉、存储体积小、重量轻、可靠性等优点， 能够实现传统结构很难达到的性能，从而成为空间研究 和开发的热点。
假设薄膜样品的长度为L，宽度为b，厚度为d。 在实际的科学试验中，试验次数一般为有限次，称为样本标准差，定义为： 在实际的科学试验中，试验次数一般为有限次，称为样本标准差，定义为： 在生产聚合物薄膜时，宏观上由于薄膜轧制方向不同，微观上聚合物的分子链排列和延伸的方向也不同。 设有两个数值x1，x2，都为正数，则它们的对数平均值为： 图5 薄膜抗拉强度误差随倾角的变化关系图 标准差常用来表示试验值的精密度，标准差越小，则试验数据精密度越好。 3）根据权与绝对误差的平方成反比来确定权数。 可以根据以下方法给予试验值权重： 薄膜样品所受拉力为F，其应为沿薄膜长度方向的拉力F1与所受拉力方向的垂直方向的横向剪切力F2的合力。 2）为了消除薄膜的各向异性对力学性能的影响，薄膜样品沿相同的方向进行拉伸，建议拉伸方向为分子主链延伸方向的垂直方向；
8所%以,断还裂需伸要长进率设一的步有绝研对究n误极差端个分高正别温为、试0极. 验端低值温：以及x1高，低x温2交，变…对薄，膜x力n，学性则能它的退们化的影响几，何尤其平是均极端值低为温对：薄膜材料力学的影响。
求算术平均误差时，偏差di可能为正也可能为负，所以一定要取绝对值。 中间部位断裂：断裂位置在上下夹具的中部，基本可以认为能够反应薄膜断裂的真实情况。 以试验温度对PI薄膜材料力学性能影响研究为例，采用质子辐照总注量为5× 1014 p/cm2，通量为6. 拉伸方向和薄膜样品在同一平面内，且与薄膜长度方向夹角为θ。