Naključno vs. Definicije in primeri sistematičnih napak

Ne glede na to, kako previdni ste, pri a meritev. Napaka ni "napaka" - to je del postopka merjenja. V znanosti se imenuje napaka merjenja poskusna napaka ali opazovalna napaka.

Obstajata dva široka razreda napak pri opazovanju: naključna napaka in sistematična napaka. Naključna napaka se od ene meritve do druge razlikuje nepredvidljivo, medtem ko ima sistematična napaka enako vrednost ali delež pri vsaki meritvi.

Ključni odvzemi

Če opravite več meritev, se vrednosti združijo okoli prave vrednosti. Tako naključna napaka vpliva predvsem natančnost. Običajno naključna napaka vpliva na zadnjo pomembno številko meritve.

Glavni razlogi za naključno napako so omejitve instrumentov, okoljski dejavniki in majhne razlike v postopku. Na primer:

• Ko se tehtate na tehtnici, se vsakič postavite nekoliko drugače.
• Pri jemanju a količinsko branje v bučki lahko vrednost vsakič preberete iz drugega zornega kota.
• Merjenje masa vzorca na analitični tehtnici lahko nastanejo različne vrednosti, saj zračni tokovi vplivajo na tehtnico ali ko voda vstopi in zapusti vzorec.
• Na merjenje višine vplivajo manjše spremembe drže.
• Merjenje hitrosti vetra je odvisno od višine in časa merjenja. Več odčitkov je treba upoštevati in povprečiti, ker sunki in spremembe smeri vplivajo na vrednost.
• Odčitke je treba oceniti, če sodijo med oznake na lestvici ali ko se upošteva debelina merilne oznake.

Ker se naključna napaka vedno pojavi in ni mogoče predvideti, pomembno je, da vzamete več podatkovnih točk in jih povprečno določite, da dobite občutek količine variacije in ocenite pravo vrednost.

Sistematična napaka je predvidljiva in je konstantna ali sorazmerna z meritvijo. Sistematične napake vplivajo predvsem na meritve natančnost.

Tipični vzroki sistematičnih napak vključujejo napako opazovanja, nepopolno umerjanje instrumentov in posege v okolje. Na primer:

• Če pozabimo na tare ali nič tehtnice, dobimo masne meritve, ki so vedno "izključene" za isto količino. Napaka, ki nastane zaradi nastavitve instrumenta na nič pred njegovo uporabo, se imenuje an napaka izravnave.
• Če berete menisk v višini oči za merjenje glasnosti, bo vedno prišlo do napačnega odčitka. Vrednost bo konstantno nizka ali visoka, odvisno od tega, ali je odčitek od zgoraj ali pod oznako.
• Merilna dolžina s kovinskim ravnilom bo zaradi toplotne ekspanzije materiala dala drugačen rezultat pri hladni temperaturi kot pri vroči temperaturi.
• Nepravilno kalibriran termometer lahko daje natančne odčitke v določenem temperaturnem območju, vendar postane višji ali nižji.
• Izmerjena razdalja je različna z uporabo novega merilnega traku iz tkanine v primerjavi s starejšim, raztegnjenim. Takšne sorazmerne napake se imenujejo napake faktorja obsega.
• Drift nastane, ko zaporedna odčitka sčasoma postanejo vedno nižja ali višja. Elektronska oprema je nagnjena k premikanju. Na (navadno pozitiven) odnašanje vpliva veliko drugih instrumentov, ko se naprava segreje.

Ko je ugotovljen njegov vzrok, se lahko sistematična napaka zmanjša do te mere. Sistematično napako je mogoče zmanjšati z rutinsko umerjanjem opreme, uporabo kontrol v poskusih, ogrevanjem instrumentov pred odvzemom odčitkov in primerjavo vrednosti s standardi.

Medtem ko je naključne napake mogoče zmanjšati s povečanjem velikosti vzorca in povprečjem podatkov, je težje nadomestiti sistematično napako. Najboljši način, da se izognete sistematičnim napakam, je seznanjanje z omejitvami instrumentov in izkušnje s pravilno uporabo.

• Dve glavni vrsti napake merjenja sta naključna in sistematična napaka.
• Naključna napaka povzroči, da se ena meritev nekoliko razlikuje od naslednje. Izhaja iz nepredvidljivih sprememb med poskusom.
• Sistematična napaka vedno vpliva na meritve v isti količini ali v enakem deležu, pod pogojem, da se odčitavanje vsakič izvede enako. To je predvidljivo.
• Naključnih napak ni mogoče odstraniti s poskusom, vendar je večina sistematičnih napak mogoče zmanjšati.

• Bland, J. Martin in Douglas G. Altman (1996). "Statistične opombe: Napaka merjenja." BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. G. (1968). "Napake merjenja v statistiki". Technometrics. Taylor & Francis, Ltd. v imenu Ameriškega statističnega združenja in Ameriškega društva za kakovost. 10: 637–666. doi:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Oxfordski slovar statističnih izrazov. OUP. ISBN 0-19-920613-9.
• Taylor, J. R. (1999). Uvod v analizo napak: Študija negotovosti fizikalnih meritev. Univerzitetne znanstvene knjige. str. 94. ISBN 0-935702-75-X.