第1章實驗需知
1.1實驗需知
準備要做好實驗，實驗前的準備工作是必不可少的。這兒所說的「準備」包括兩個方面：一是對所做實驗的原理的了解；另一方面是對實驗方法與實驗過程的了解。
前一方面的準備可以使我們知道實驗建立在什麼樣的基礎上，後一方面的準備可以使我們知道實驗是如何進行的。充分的準備，將使我們對問題不僅「知其然」，也「知其所以然」，達到理論上的提高。
認真操作
在應用儀器進行各種實驗的過程中，要獲得好的實驗結果，必須按照相關儀器的操作程式，精心操作儀器才有可能。如一般核輻射儀器要求預熱，對高壓、放大倍數的調整有一定要求，如不按要求進行，要想獲得可靠的資料是不可能的。
準確記錄
記錄儀器測量的原始資料時，應該在資料記錄表的表頭等合適位置記錄下儀器型號、儀器編號、儀器設定條件、測量日期、測量地點、操作者、記錄人等。以便一旦發現測量資料有問題時，可以依據上述記錄作分析，判斷問題的可能**。
如果採用指標式電子儀器測量獲得資料，操作者站在不同的位置時，由於視角原因，可能造成較大讀數誤差。為此，要求讀數時，操作者一定要站在可以正面平視儀器指標的位置。使用指標式電子儀器，還應注意選擇合適的量程，以使指示被測量量的指標位於全量程的1/3～2/3位置為好。
對於數字式儀表，則要求讀準每一位數字，不能出現讀數差錯。
科學地對實驗資料進行處理
獲得實驗資料後，除了保證不出現計算錯誤外，還應注意到，選擇不同的數學處理方法，可能會獲得不完全相同的結果。例如，對實驗資料間是用一元一次線性關係處理，還是用一元二次關係處理？在取有效數字時如何確定數字位數，都會影響資料的最終處理結果。
因此，應該根據實驗資料所遵循的客觀規律，選擇正確反應實驗結果的資料處理方法對實驗資料進行科學地處理。資料的運算與表達，應該遵循有效數字運算規則。
1.2 實驗報告的基本編寫方法與基本格式
實驗報告編寫提綱
對本課程的實驗報告，應該包括以下3大部分：預習部分、實驗部分、實驗後的資料處理與結果分析部分。所以，一般情況下，實驗報告可以採用以下編寫提綱：
實驗名稱
實驗目的
實驗原理
實驗裝置
實驗步驟
實驗資料
資料處理
實驗分析與思考題解答
結論與心得體會
實驗報告的基本格式
實驗報告的參考編寫格式如下：
***實驗報告
實驗工作者：***學號：*********x； 實驗日期：***x.xx.xx
第5章誤差理論與資料處理實驗
5.1 實驗一生產過程監控圖的編制
實驗目的
在選礦、冶煉、化工產品等眾多的生產過程中，某些引數的穩定性，將會直接影響最終產品的質量和經濟效益。例如，選礦礦石的入選品位，過高、或過低，都會影響有益金屬的**率，從而直接影響礦山的經濟效益。利用極限誤差理論建立的生產過程監控圖，能夠直觀、及時地觀察到生產過程中影響產品質量的關鍵引數的波動情況，從而可以及時獲得調整引數值時間，保證生產產品的質量。
此外，監控圖也常用於監控儀器長期工作穩定性。因此，生產過程監控圖是一種非常有用，又應用非常廣泛的質量監控圖件。
本實驗通過對某化工廠正常生產過程中120次hgcl2濃度的測量資料，編制對生產過程中hgcl2濃度的監控圖，以保證最終產品的質量。通過本實驗，讓同學們進一步理解極限誤差的理論與意義，學會編制生產過程監控圖的方法。
實驗內容
1）根據極限誤差理論，利用表5.1.1資料，編制在95％置信概率下，生產過程中hgcl2濃度的質量監控圖。
2）依據所編制的監控圖，分析判斷表5.1.2所列各天的生產過程是否正常。
表5.1.2某化工產***x年6月1日至11日生產過程中hgcl2（g/l）濃度監測值
3）在前述工作基礎上，編寫實驗報告。
基本原理
一般情況下，很多任務程測量與生產過程的引數值都是服從正態分佈的隨機變數，例如利用正常電子儀器在相同條件下對同一物理量重複測量所獲得的資料；化工生產過程中正常的濃度、溫度值等等。因此，我們可以依據服從正態分佈的隨機變數所具有特徵，來實現對這些測量值、或生產過程中的引數值「是否正常」的判斷。這就是我們建立監控圖的基本思想。
從這個意義上說，已經建立的監控圖實際是一把尺子，我們可以用它來度量每乙個測量資料或生產引數是否正常。
根據正態分佈的理論，正常的測量值、或生產過程中的引數值落入平均值加減一倍、兩倍、三倍均方誤差區間的理論概率值應該分別等於68.26％、95.44％和99.
73％。當我們僅進行有限幾次測量或檢測時，獲取資料如果是正常的，超出平均值加減三倍均方誤差區間的可能性幾乎為0。因此，一旦當檢測資料超過平均值加減三倍均方誤差區間，我們就可以判定，其為不正常資料，預示著生產過程或測量儀器出了問題，需要進行調整，從而實現監控的目的。
儀器裝置
安裝有excel軟體的計算機1臺。
實驗步驟
（1）依據表5.1.1所示測量資料，統計平均值、標準差，並將統計結果用表5.1.3方式記錄；
表5.1.3 資料統計表
（2）參考例圖5.1.1，按平均值加減一倍、兩倍、三倍均方誤差編制質量監控圖。
（3）將表5.1.2監測資料標繪在所編制的監控圖上。
（4）分析6.1－6.11時間段中生產過程是否正常。
（5）根據實驗結果，編寫實驗報告。
思考題1、質量監控圖實質上是利用什麼理論構建的？這種圖件的主要作用是什麼？
2、服從正態分佈的隨機變數具有什麼特點？根據一批測量資料如何判斷其是否服從正態分佈？
3、一批測量資料落入其平均值加減一倍、兩倍、三倍均方差區間的機率與理論值相同嗎？為什麼？
4、為什麼監測資料超過平均值加減三倍均方差時必須調整生產流程工藝或測量儀器？
5.2 實驗二標準物質研製中離群值的剔除
實驗目的
當測量資料中包含粗大誤差時，該測量資料是不可以作為正常資料參加統計與處理的。因此，對一批測量資料處理的第一步，一定是對其是否含有粗大誤差做出判斷。一般情況下，我們通常將含有粗大誤差的資料稱為「離群資料」。
本實驗採用我國在研製玄武岩標準物質時，由國內外16個實驗室提供的th元素分析資料，採用兩種以上粗大誤差判別方法進行判斷，剔除含有粗大誤差的離群資料，以提供最終可以用於th元素定值的正常資料。通過本實驗，加深同學們對粗大誤差判別方法的理解與應用。
實驗內容
1）採用3σ法與格羅布斯準則，分別對錶5.2.1中測量資料進行判別，剔除含有粗大誤差的離群資料。
2）對兩種方法剔除資料的結果進行分析比較。
3）剔除完含有粗大誤差的離群資料後，計算th元素的定值，並採用a類評定法，確定在95％置信概率下定值資料的不確定度。
4）在前述工作基礎上編寫實驗報告。
基本原理
1）3σ法判斷粗大誤差的原理
根據正態分佈的理論，我們可以知道，正常測量資料大於平均數加減3σ的概率是很小的，當測量次數足夠大時，這個概率僅為0.3％。換言之，落入平均數加減3σ之外區域的資料含有粗大誤差的概率為99.
7％。所以，當測量資料落入平均數加減3σ之外區域時，我們可以認定其含有粗大誤差。
2）格羅布斯準則判斷粗大誤差的原理
邏輯上我們知道，對一列測量資料，最有可能含有粗大誤差的資料是該列資料中的極值（極大值或者極小值），。在格羅布斯準則中，這個g0值由格羅布斯臨界值表（2.4.
2）給出。測量次數不同，g0值不同；置信概率不同，g0值也不同。
儀器裝置
安裝有excell軟體的計算機1臺。
實驗步驟
1）對欲處理的資料進行了解和分析。
本實驗中欲處理的資料是一組玄武岩標準物質定值資料。玄武岩標準物質是一種地質標準物質。所謂標準物質，應該在兩個方面具有典型性與標準性：
即在岩性的物質組分上具有典型性與代表性；在物質組分的定值上具有標準性與權威性。因此，地質標準將是我們開展同類地質樣品分析的參照標準。所以，參加標準物質定值的全部資料，必須進行嚴格統計處理，其第一步，就是要剔除離群資料。
表5.2.1是我國研製國家一級玄武岩標準物質時，參加標準物質含量定值的國內外16個實驗室對同乙份樣品各自給出的th元素的19個分析結果。
表5.2.1 國內外19個實驗室提供的玄武岩樣品中的th元素含量 (單位：10-6)
2）對錶5.2.1資料進行統計計算，並將統計結果記錄在表5.2.2中。
表5.2.2 資料統計表
3）利用3σ法判斷，剔除含有粗大誤差的分析資料。將被剔除資料的有關資料填入表5.2.3。
表5.2.3 採用3 σ法剔除資料資料表
4）利用格羅布斯準則，根據表2.4.2 格羅布斯準則臨界表，採用95％置信概率，剔除含有粗大誤差的離群分析資料。將被剔除資料的有關資料填入表5.2.4。
表5.2.4 採用格羅布斯準則剔除資料資料表
5）對比表5.2.3與表5.2.5檢驗結果。（思考：如果兩個表結果不一致，應該採信哪個表的結果？為什麼？）
6）利用剔除粗大誤差後的資料，給該玄武岩標準物質中的th元素定值（所有合格資料的算術平均值），並給出其在95％置信概率下的不確定度。
7）根據實驗結果，編寫實驗報告。
思考題1、為什麼測量資料在確定定值前都要進行是否含有粗大誤差的檢驗？
2、剔除離群資料的常用檢驗方法有哪些？
3、在採用不同方法檢驗同一批資料得到不同結果時，應以哪種方法判斷的結果為準？為什麼？
5.3 實驗三測量資料的一致性檢驗
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