Losowo vs. Definicje i przykłady błędów systematycznych

Bez względu na to, jak ostrożny jesteś, zawsze występuje błąd pomiary. Błąd nie jest „pomyłką” - jest częścią procesu pomiaru. W nauce wywoływany jest błąd pomiaru błąd eksperymentalny lub błąd obserwacyjny.

Istnieją dwie ogólne klasy błędów obserwacyjnych: błąd losowy i błąd systematyczny. Błąd losowy zmienia się nieprzewidywalnie w zależności od pomiaru, podczas gdy błąd systematyczny ma tę samą wartość lub proporcję dla każdego pomiaru.

Kluczowe dania na wynos

Jeśli wykonasz wiele pomiarów, wartości skupią się wokół prawdziwej wartości. Zatem losowy błąd ma wpływ przede wszystkim

Głównymi przyczynami błędu losowego są ograniczenia instrumentów, czynniki środowiskowe i niewielkie różnice w procedurze. Na przykład:

• Ważąc się na wadze, za każdym razem pozycjonujesz się nieco inaczej.
• Podczas przyjmowania czytanie objętości w kolbie możesz za każdym razem odczytać wartość pod innym kątem.
• Mierzenie masa próbki na wadze analitycznej może wytwarzać różne wartości, ponieważ prądy powietrza wpływają na wagę lub gdy woda wpływa i opuszcza próbkę.
• Na pomiar wzrostu wpływ mają niewielkie zmiany postawy.
• Pomiar prędkości wiatru zależy od wysokości i czasu, w którym dokonywany jest pomiar. Należy dokonać wielu odczytów i uśrednić, ponieważ podmuchy i zmiany kierunku wpływają na wartość.
• Odczyty należy oszacować, gdy mieszczą się między znakami na skali lub gdy uwzględni się grubość znaku pomiarowego.

Ponieważ zawsze występuje błąd losowy i nie można przewidzieć, ważne jest, aby wziąć wiele punktów danych i uśrednić je, aby zorientować się w wielkości zmienności i oszacować prawdziwą wartość.

Błąd systematyczny jest przewidywalny i albo stały, albo proporcjonalny do pomiaru. Błędy systemowe wpływają przede wszystkim na pomiary precyzja.

Typowe przyczyny błędów systematycznych to błąd obserwacyjny, niedoskonała kalibracja urządzenia i zakłócenia środowiskowe. Na przykład:

• Pominięcie tarowania lub wyzerowania wagi powoduje, że pomiary masy są zawsze „wyłączone” o tę samą wartość. Błąd spowodowany brakiem zerowania instrumentu przed użyciem nazywa się an błąd przesunięcia.
• Brak odczytu menisku na poziomie oczu w celu pomiaru objętości zawsze spowoduje niedokładny odczyt. Wartość będzie stale niska lub wysoka, w zależności od tego, czy odczyt jest pobierany z góry, czy poniżej znaku.
• Pomiar długości za pomocą metalowej linijki da inny wynik w niskiej temperaturze niż w wysokiej, ze względu na rozszerzalność cieplną materiału.
• Niepoprawnie skalibrowany termometr może dawać dokładne odczyty w określonym zakresie temperatur, ale może stać się niedokładny w wyższych lub niższych temperaturach.
• Zmierzona odległość różni się w przypadku nowej, tkaninowej taśmy mierniczej w porównaniu ze starszą, rozciągniętą. Wywoływane są błędy proporcjonalne tego typu błędy współczynnika skali.
• Dryf występuje, gdy kolejne odczyty stają się stale niższe lub wyższe z czasem. Sprzęt elektroniczny ma skłonność do dryfowania. Wiele innych instrumentów ma wpływ (zwykle dodatni) dryft, gdy urządzenie się nagrzewa.

Po zidentyfikowaniu przyczyny błąd systematyczny można do pewnego stopnia ograniczyć. Błąd systematyczny można zminimalizować poprzez rutynową kalibrację sprzętu, stosowanie kontroli w eksperymentach, podgrzewanie instrumentów przed odczytem i porównywanie wartości z standardy.

Podczas gdy błędy losowe można zminimalizować poprzez zwiększenie wielkości próbki i danych uśredniających, trudniej jest zrekompensować błąd systematyczny. Najlepszym sposobem uniknięcia błędów systematycznych jest zapoznanie się z ograniczeniami instrumentów i doświadczenie ich prawidłowego użytkowania.

• Dwa główne rodzaje błędów pomiaru to błąd losowy i błąd systematyczny.
• Błąd losowy powoduje, że jeden pomiar różni się nieznacznie od następnego. Wywodzi się z nieprzewidzianych zmian podczas eksperymentu.
• Błąd systematyczny zawsze wpływa na pomiary o tej samej wartości lub o tej samej proporcji, pod warunkiem, że odczyt jest za każdym razem wykonywany w ten sam sposób. To jest przewidywalne.
• Błędy losowe nie mogą być wyeliminowane z eksperymentu, ale większość błędów systematycznych można zmniejszyć.

• Bland, J. Martin i Douglas G. Altman (1996). „Uwagi statystyczne: błąd pomiaru.” BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. SOL. (1968). „Błędy pomiaru w statystyce”. Technometria. Taylor & Francis, Ltd. w imieniu American Statistics Association i American Society for Quality. 10: 637–666. doi:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Słownik terminów statystycznych Oxford. OUP. ISBN 0–19–920613–9.
• Taylor, J. R. (1999). Wprowadzenie do analizy błędów: Badanie niepewności w pomiarach fizycznych. Uniwersyteckie książki naukowe. p. 94. ISBN 0-935702-75-X.