Tabla de Contenidos
Jokaiseen mittausprosessiin liittyy virheitä, ja on tärkeää tietää, että virheet ovat osa mittausprosessia. Tieteessä ja tekniikassa mittauksen virhettä tai epävarmuutta kutsutaan kokeelliseksi virheeksi tai havaintovirheeksi.
Virheitä tai epävarmuustekijöitä on kahdenlaisia : satunnaisia ja systemaattisia virheitä. Satunnaisia virheitä esiintyy arvaamattomasti jokaisessa mittauksessa, kun taas systemaattisilla virheillä on sama esiintyvyys jokaisessa tehdyssä määrityksessä. Molemmat virheet ovat ominaisia kaikille mittausprosesseille, mutta satunnaisia virheitä voidaan käsitellä tilastollisesti ja tuottaa todellisen arvon ympärille ryhmittyviä määrityksiä, kun taas systemaattiset virheet voidaan joskus minimoida kalibroimalla mittauslaitteisto, mutta on tärkeää ottaa ne. huomioon, sillä jos niitä ei korjata, ne voivat aiheuttaa virheellisiä mittauksia, jotka vaikuttavat suoritettavan tutkimuksen päätelmiin.
satunnaisia virheitä
Jos tehdään useita saman suuruisia mittauksia, nähdään, että saamasi arvot on ryhmitelty tietyn arvon ympärille; siksi satunnaisvirhe vaikuttaa pääasiassa mittauksen tarkkuuteen . Satunnaisvirheet vaikuttavat yleensä mittauksen viimeiseen merkitsevään numeroon.
Pääasialliset syyt satunnaisiin virheisiin liittyvät instrumenttien rajoituksiin, ympäristötekijöihin ja pieniin vaihteluihin mittausmenettelyssä. Katsotaanpa joitain esimerkkejä:
- Kun punnitaan vaa’alla, punnittava esine sijoitetaan eri tavalla joka kerta, kun mittaus suoritetaan.
- Kun otat tilavuuslukeman pullosta, voit lukea arvon eri kulmasta joka kerta, kun katsot asteikkoa.
- Näytteen massan mittaus analyysivaa’alla voi vaihdella, jos siihen vaikuttaa ilmavirrat .
- Asennon muutokset vaikuttavat henkilön pituuden mittaamiseen.
- Tuulen nopeuden mittaus riippuu korkeudesta ja mittaushetkestä; useita lukemia on otettava ja saaduista arvoista laskettava keskiarvo edustavan mittauksen saamiseksi, koska puuskat ja tuulen suunnan muutokset muuttavat jokaista tiettyä määritystä.
- Lukemat tulee arvioida, kun ne ovat asteikon merkkien välissä tai kun mittausmerkin paksuus otetaan huomioon.
Koska satunnaisia virheitä esiintyy aina eikä niitä voida ennustaa, on tärkeää sisällyttää mittausmenettelyyn useiden datalukemien ottaminen ja sitten niiden keskiarvo, jotta parametrin todellinen arvo saadaan tarkasti määritetyksi ja samalla tiedetään, mikä se on. mittausten vaihtelu.
systemaattisia virheitä
Systemaattiset virheet ovat ennakoitavissa ja niillä on aina sama esiintyvyys. Tyypillisiä systemaattisten virheiden syitä ovat havaintovirheet, epätäydellinen instrumentin kalibrointi ja ympäristötekijöiden esiintyvyys. Katsotaanpa joitain esimerkkejä:
- Unohtuu taarata tai nollata vaaka. Tämä tuottaa massamittauksia, jotka poikkeavat aina todellisesta arvosta saman verran (tässä tapauksessa samaan aikaan taaran kanssa). Virhettä, joka johtuu siitä, että instrumenttia ei nollata ennen käyttöä, kutsutaan offset-virheeksi.
- Älä lue meniskiä asteikolla silmien korkeudella tilavuuden mittausta varten. Tämä johtaa aina virheelliseen lukemaan. Havaittu arvo ali- tai yliarvioi oikean mittauksen riippuen siitä, otetaanko lukema merkin ylä- vai alapuolelta.
- Pituuden mittaaminen metalliviivaimella antaa erilaisen tuloksen ympäristön lämpötilasta riippuen materiaalin lämpölaajenemisesta johtuen.
- Kalibroitu lämpömittari voi antaa tarkkoja lukemia tietyllä lämpötila- alueella , mutta se voi muuttua epätarkkaksi korkeammissa tai alemmissa lämpötiloissa, koska kaikki kalibrointi on voimassa parametrin tietyllä vaihteluvälillä.
- Mitattu etäisyys on erilainen uudella mittanauhalla verrattuna vanhalla, venytetyllä mittanauhalla tehtyyn määritykseen. Tällaisessa tilanteessa virheet ovat verrannollisia mittaukseen ja niitä kutsutaan skaalaustekijävirheiksi.
- Elektronisten laitteiden mittaukset vaihtelevat ajan myötä komponenttien lämpötilojen vaihtelun vuoksi. Niiden sanotaan olevan alttiita ajelehtimiselle. Myös muuntyyppisillä instrumenteilla saatuihin mittauksiin voi vaikuttaa laitteen lämpeneminen.
Kun syy on tunnistettu, systemaattisten virheiden esiintyvyyttä voidaan jossain määrin vähentää ja minimoida kalibroimalla laitteet säännöllisesti, esimerkiksi sisällyttämällä kokeisiin kontrollit, saattamalla instrumentit käyttölämpötilaan, jossa se suoritettiin. ennen lukemien ottamista tai vertaamalla mittauksia standardeihin.
Vaikka satunnaiset virheet voidaan minimoida lisäämällä määritysten määrää ja laskemalla tulosten keskiarvoa, parametrin tai mittausmenettelyn luontaiseen vaihteluun liittyy aina mittausepävarmuutta . Systemaattisten virheiden minimointi onnistuu parhaiten perehtymällä instrumenttien rajoituksiin, hankkimalla kokemusta niiden oikeasta käytöstä ja laatimalla mittausmenettelyt ja noudattamalla niitä tarkasti.
Suihkulähde
David A. Freedman. Tilastolliset mallit: teoria ja käytäntö . Cambridge University Press, 2005.
