系统误差对测量结果的影响主要体现在以下几个方面:
一、对算术平均值的影响
系统误差以恒定或规律的形式存在于多次测量中,会直接影响算术平均值。例如,若存在恒定系统误差$\Delta$,则多次测量的算术平均值$\bar{x}$会偏离真实值$\mu$,具体表现为:
$$
\bar{x} = \mu + \frac{\Delta \cdot n}{n}
$$
其中$n$为测量次数。
二、对测量结果分布规律的影响
偏态分布
系统误差导致测量结果系统偏高或偏低,使数据分布偏离正态分布,呈现偏态。例如,若存在正向系统误差,数据会向右偏斜。
残差分布异常
由于系统误差仅影响平均值而不影响残差(即测量值与平均值之差),残差分布仍可能保持正态性,但整体均值会偏离零。
三、对标准差和精度参数的影响
标准差不变
系统误差不影响残差的标准差,因此测量的精密度(由标准差衡量)保持不变,但准确度(与真值的接近程度)显著降低。
分布规律改变
由于数据整体偏移,测量结果的统计分析(如置信区间)也会受到影响。
四、其他影响
重复性和可测性
系统误差具有重复性(相同条件下重复测量时重复出现)和可测性(可通过校准或方法改进消除)。
累积性
长期测量中,系统误差会累积放大,导致最终结果偏差显著。
五、示例说明
假设测量某物体长度时存在$+0.1\ \text{cm}$的定值系统误差,10次测量的平均值将比真实值高$0.1\ \text{cm}$,但残差分布仍可能接近正态分布,标准差保持不变。
综上,系统误差通过影响平均值、改变数据分布及降低准确度,成为定量分析中需重点控制和校正的误差类型。