Erori aleatorii și erori sistematice

Fiecare proces de măsurare are erori asociate și este important de știut că erorile fac parte din procesul de măsurare. În știință și tehnologie, eroarea sau incertitudinea unei măsurători se numește eroare experimentală sau eroare de observare.

Există două tipuri de erori sau incertitudini : erori aleatorii și erori sistematice. Erorile aleatoare apar în mod imprevizibil în fiecare măsurătoare, în timp ce erorile sistematice au aceeași incidență în fiecare determinare care se face. Ambele tipuri de erori sunt intrinsece oricărui proces de măsurare, dar erorile aleatorii pot fi tratate statistic și pot da determinări care se grupează în jurul valorii adevărate, în timp ce erorile sistematice pot fi uneori reduse la minimum prin calibrarea echipamentului de măsurare, dar este important să le luăm. luate în considerare deoarece dacă nu sunt corectate pot provoca măsurători incorecte care afectează concluziile studiului în curs.

erori aleatorii

Dacă se fac mai multe măsurători de aceeași mărime, se va vedea că valorile pe care le obțineți sunt grupate în jurul unei anumite valori; prin urmare, eroarea aleatorie afectează în principal acuratețea măsurării . Erorile aleatorii afectează de obicei ultima cifră semnificativă a unei măsurători.

Principalele motive pentru erorile aleatoare sunt asociate cu limitările instrumentului, factorii de mediu și mici variații ale procedurii de măsurare. Să vedem câteva exemple:

• Când cântăriți pe o cântar, articolul de cântărit este poziționat diferit de fiecare dată când se face măsurarea.
• Când luați o citire a volumului pe un balon, puteți citi valoarea dintr-un unghi diferit de fiecare dată când vă uitați la scara gradată.
• Măsurarea masei unei probe pe o balanță analitică poate diferi dacă este afectată de curenții de aer .
• Măsurarea înălțimii unei persoane este afectată de schimbările de postură.
• Măsurarea vitezei vântului depinde de înălțimea și momentul în care se face măsurarea; trebuie luate mai multe citiri și valorile obținute mediate pentru a obține o măsurătoare reprezentativă, deoarece rafale și schimbările direcției vântului modifică fiecare determinare specifică.
• Citirile ar trebui estimate atunci când se încadrează între semnele de pe o scară sau când se ia în considerare grosimea unui semn de măsurare.

Deoarece erorile aleatoare apar întotdeauna și nu pot fi prezise, ​​este important să se includă în procedura de măsurare luarea mai multor citiri de date, iar apoi media lor pentru a avea o determinare exactă a valorii adevărate a parametrului și, în același timp, a ști care este aceasta. variabilitatea măsurătorilor.

erori sistematice

Erorile sistematice sunt previzibile și au întotdeauna aceeași incidență. Cauzele tipice ale erorilor sistematice includ erorile de observare, calibrarea imperfectă a instrumentelor și incidența factorilor de mediu. Să vedem câteva exemple:

• A uitat să tare sau să zero cântarul. Acest lucru produce măsurători de masă care sunt întotdeauna mai mici decât valoarea reală cu aceeași cantitate (coincident cu tara în acest caz). O eroare cauzată de nepunerea la zero a unui instrument înainte de utilizare se numește eroare de compensare.
• Nu citiți meniscul pe o scară gradată la nivelul ochilor pentru o măsurare a volumului. Acest lucru va duce întotdeauna la o citire incorectă. Valoarea observată va subestima sau supraestima măsurarea corectă, în funcție de faptul dacă citirea este efectuată deasupra sau sub marcaj.
• Măsurarea lungimii cu o riglă metalică va da un rezultat diferit în funcție de temperatura ambiantă, datorită dilatației termice a materialului.
• Un termometru calibrat poate oferi citiri precise într-un anumit interval de temperatură , dar poate deveni inexact la temperaturi mai mari sau mai scăzute, deoarece toată calibrarea este valabilă într-un anumit interval de variație a parametrului.
• Distanța măsurată este diferită folosind o bandă de măsurare nouă în comparație cu determinarea făcută cu o bandă de măsurare veche, întinsă. În acest tip de situație erorile sunt proporționale cu măsurarea și se numesc erori de factor de scară.
• Măsurătorile echipamentelor electronice tind să varieze în timp din cauza variațiilor de temperatură ale componentelor. Se spune că sunt susceptibili la derivă. Măsurătorile obținute cu alte tipuri de instrumente pot fi, de asemenea, afectate pe măsură ce dispozitivul se încălzește.

Odată identificată cauza, incidența erorilor sistematice poate fi redusă într-o oarecare măsură și poate fi minimizată prin calibrarea de rutină a echipamentului, de exemplu prin includerea controalelor în experimente, aducerea instrumentelor la temperatura de funcționare la care a fost efectuată. înainte de a efectua citiri sau prin compararea măsurătorilor cu standardele.  

Deși erorile aleatoare pot fi minimizate prin creșterea numărului de determinări și prin medierea rezultatelor, va exista întotdeauna incertitudine de măsurare asociată cu variabilitatea intrinsecă a parametrului sau a procedurii de măsurare. În cazul erorilor sistematice, cel mai bun mod de a le minimiza este familiarizarea cu limitările instrumentelor, experiența în utilizarea corectă a acestora și stabilirea procedurilor de măsurare și respectarea strictă a acestora.

Fântână

David A. Freedman. Modele statistice: teorie și practică . Cambridge University Press, 2005.