按照测量误差的特点、性质和规律，以及对测量结果的影响方式，可将其分为系统误差、随机误差和粗大误差三类。
1、系统误差
在同等条件下，多次测量同一量值时，其绝对值和符号保持不变，或在条件改变时，其值按一定规律变化的误差，称为系统误差。因此，系统误差按其出现的规律又可分为
1)定值系统误差，即误差的大小和方向为固定值。如基准件的误差，以及相当多的仪器原理误差和制造误差，皆属此类。
2)变值系统误差，即误差的大小和方向为规律的变化值。按其变化规律，又有线性系统误差、周期性系统误差和复杂规律系统误差之分。如温度变化引起的误差，刻度盘偏心引起的误差等，属此类。
能够用实验分析方法求得的系统误差，可以给予相应的修正量，消除其对测量结果的影响。但是在很多情况下，系统误差的大小和方向难以查明，只能估计出误差的范围；有时，甚至仅仅能用统计学方法来推断系统误差是否存在。
2、随机误差
在同一条件下，多次测量同一量值时，其绝对值和符号以不可预定的方式变化着的误差。称为随机误差。也叫偶然误差。
随机误差的存在，以及它的大小和正负，不受人为的支配与控制，即单次测量之间无确定规律，不能从前一次误差预定后一次误差。但是多次重复测量的随机误差总体却存在着规律并可用概率理论和统计数学的方法寻求和描述。
测量器具中零、部件配合的不稳定性，零件表层油膜的不均匀，摩擦力的变化等引起的皆属随机误差;环境条件的微量波动，如温度、气压、电磁场、光照强度的微小变动是随机误差的来源;测量人员因水平、疲劳、情绪等而引起的瞄准、读数不稳定等，也是随机误差。
3、粗大误差
明显歪曲测量结果的误差称为粗大误差，也叫过失误差或疏忽误差一般认为该项误差是因测量人员的主观因素造成的，如读错了数，记错了数，或错误地操作仪器等。但外界条件的大幅度突变，如冲击振动、电压突降等，也会导致粗大误差。
正确的测量结果中，不应包含粗大误差在内，因此应根据一定的原则，从测量结果中剔除具有粗大误差的测值。
应该指出，上述误差分类在一定条件下可以互相转化，比如在使用某量块时，若未经检定其尺寸偏差，则量块的制造误差表现为未定系统误差，可按随机误差处理;若量块经过检定，并按其检定出的实际尺寸使用，则量块的制造误差就表现为定值的系统误差。
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