Satunnainen vs. Systemaattiset virhemääritelmät ja esimerkit

Huolimatta siitä, kuinka varovainen olet, a: ssa on aina virhe mittaus. Virhe ei ole "virhe" - se on osa mittausprosessia. Tieteessä mittausvirhettä kutsutaan kokeellinen virhe tai havaintovirhe.

Havaintovirheitä on kahta laajaa luokkaa: satunnainen virhe ja systemaattinen virhe. Satunnainen virhe vaihtelee ennustamattomasti mittauksesta toiseen, kun taas systemaattisella virheellä on sama arvo tai osuus jokaisessa mittauksessa.

Avainsanat

Jos teet useita mittauksia, arvot ryhmittyvät todellisen arvon ympärille. Siksi satunnainen virhe vaikuttaa ensisijaisesti

Pääasialliset syyt satunnaisvirheelle ovat välineiden rajoitukset, ympäristötekijät ja pienet vaihtelut menettelyssä. Esimerkiksi:

• Kun punnitset itseäsi asteikolla, sijoitat itsesi joka kerta eri tavalla.
• Kun otat tilavuuslukema pullossa voit lukea arvon eri kulmasta joka kerta.
• Mittaus näytteen massa analyyttisellä vaa'alla voi tuottaa erilaisia ​​arvoja, kun ilmavirrat vaikuttavat tasapainoon tai veden tullessa ja poistuessa näytteestä.
• Pienet asennon muutokset vaikuttavat pituuden mittaamiseen.
• Tuulen nopeuden mittaus riippuu korkeudesta ja ajankohdasta, jolloin mittaus tehdään. Useita lukemia on otettava ja keskiarvo, koska puuskot ja suunnanmuutokset vaikuttavat arvoon.
• Lukemat on arvioitava, kun ne ovat asteikon merkintöjen välillä tai kun mittausmerkinnän paksuus otetaan huomioon.

Koska satunnainen virhe tapahtuu aina ja ei voida ennustaa, on tärkeää ottaa useita datapisteitä ja keskittää ne, jotta saadaan käsitys variaation määrästä ja arvioidaan todellinen arvo.

Systemaattinen virhe on ennustettavissa ja joko vakiona tai muuten verrannollinen mittaukseen. Järjestelmälliset virheet vaikuttavat pääasiassa mittauksiin tarkkuus.

Tyypillisiä systemaattisen virheen syitä ovat havaintovirhe, epätäydellinen instrumentin kalibrointi ja ympäristön häiriöt. Esimerkiksi:

• Jos unohdetaan tasapainottaa tai nollata, saadaan massamittaukset, jotka ovat aina "poissa" saman verran. Virhe, joka johtuu siitä, että instrumentti ei ole asetettu nollaan ennen sen käyttöä, kutsutaan an offset-virhe.
• Meniskin lukematta jättäminen silmien korkeudella tilavuuden mittaamiseksi johtaa aina epätarkkoihin lukemiin. Arvo on jatkuvasti matala tai korkea, riippuen siitä, otetaanko lukema merkin ylä- vai alapuolelta.
• Pituuden mittaaminen metallisella viivaimella antaa erilaisen tuloksen kylmässä lämpötilassa kuin kuumassa lämpötilassa, johtuen materiaalin lämpölaajenemisesta.
• Väärin kalibroitu lämpömittari voi antaa tarkkoja lukemia tietyllä lämpötila-alueella, mutta muuttua epätarkkoksi korkeammissa tai matalammissa lämpötiloissa.
• Mitattu etäisyys on erilainen uudella kankaalla olevalla mittanauhalla kuin vanhemmalla, venytetyllä. Tämän tyyppisiä suhteellisia virheitä kutsutaan mittakerroinvirheet.
• Ajelehtia tapahtuu, kun peräkkäiset lukemat muuttuvat jatkuvasti alhaisemmiksi tai korkeammiksi ajan myötä. Elektroniikkalaitteet ovat yleensä alttiita ajautumiselle. Ajoneuvo (yleensä positiivinen) vaikuttaa useisiin muihin instrumentteihin laitteen lämpenemisen yhteydessä.

Kun syy on selvitetty, järjestelmällistä virhettä voidaan vähentää jossain määrin. Systemaattinen virhe voidaan minimoida kalibroimalla laitteet rutiininomaisesti, käyttämällä kontrolleja kokeissa, lämmittämällä instrumentit ennen lukemien ottamista ja vertaamalla arvoja standardit.

Vaikka satunnaisia ​​virheitä voidaan minimoida lisäämällä näytteen kokoa ja keskiarvoistamalla tietoja, järjestelmällisen virheen kompensointi on vaikeampaa. Paras tapa välttää järjestelmälliset virheet on tuntea instrumenttien rajoitukset ja kokea niiden oikea käyttö.

• Kaksi mittausvirheen päätyyppiä ovat satunnainen virhe ja systemaattinen virhe.
• Satunnainen virhe aiheuttaa sen, että yksi mittaus eroaa hieman seuraavasta. Se tulee odottamattomista muutoksista kokeen aikana.
• Systemaattinen virhe vaikuttaa aina mittauksiin saman määrän tai samalla osuudella, edellyttäen että lukema suoritetaan samalla tavalla joka kerta. Se on ennustettavissa.
• Satunnaisia ​​virheitä ei voida poistaa kokeilusta, mutta suurin osa systemaattisista virheistä voidaan vähentää.

• Bland, J. Martin ja Douglas G. Altman (1996). "Tilastotiedot: Mittausvirhe." BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. G. (1968). Msgstr "Mittausvirheet tilastoissa". Technometrics. Taylor & Francis, Ltd. American Statistics Associationin ja American Society for Quality puolesta. 10: 637–666. doi:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Oxfordin tilastollisten termien sanakirja. OUP. ISBN 0-19-920613-9.
• Taylor, J. R. (1999). Johdanto virheanalyysiin: Fyysisten mittausten epävarmuustekijöiden tutkimus. University Science Books. s. 94. ISBN 0-935702-75-X.