Tabla de Contenidos
Κάθε διαδικασία μέτρησης έχει συσχετισμένα σφάλματα και είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι τα σφάλματα αποτελούν μέρος της διαδικασίας μέτρησης. Στην επιστήμη και την τεχνολογία, το σφάλμα ή η αβεβαιότητα μιας μέτρησης ονομάζεται πειραματικό σφάλμα ή σφάλμα παρατήρησης.
Υπάρχουν δύο είδη σφαλμάτων ή αβεβαιοτήτων : τυχαία και συστηματικά σφάλματα. Τα τυχαία σφάλματα συμβαίνουν απρόβλεπτα σε κάθε μέτρηση, ενώ τα συστηματικά σφάλματα έχουν την ίδια συχνότητα σε κάθε προσδιορισμό που γίνεται. Και οι δύο τύποι σφαλμάτων είναι εγγενείς σε οποιαδήποτε διαδικασία μέτρησης, αλλά τα τυχαία σφάλματα μπορούν να αντιμετωπιστούν στατιστικά και να αποφέρουν προσδιορισμούς που συγκεντρώνονται γύρω από την πραγματική τιμή, ενώ τα συστηματικά σφάλματα μερικές φορές μπορούν να ελαχιστοποιηθούν με τη βαθμονόμηση του εξοπλισμού μέτρησης, αλλά είναι σημαντικό να τα λαμβάνετε δεδομένου ότι εάν δεν διορθωθούν μπορεί να προκαλέσουν λανθασμένες μετρήσεις που επηρεάζουν τα συμπεράσματα της μελέτης που διεξάγεται.
τυχαία σφάλματα
Εάν γίνουν πολλές μετρήσεις του ίδιου μεγέθους, θα φανεί ότι οι τιμές που λαμβάνετε ομαδοποιούνται γύρω από μια συγκεκριμένη τιμή. Επομένως, το τυχαίο σφάλμα επηρεάζει κυρίως την ακρίβεια της μέτρησης . Τα τυχαία σφάλματα συνήθως επηρεάζουν το τελευταίο σημαντικό ψηφίο μιας μέτρησης.
Οι κύριοι λόγοι για τα τυχαία σφάλματα σχετίζονται με περιορισμούς οργάνων, περιβαλλοντικούς παράγοντες και μικρές διαφοροποιήσεις στη διαδικασία μέτρησης. Ας δούμε μερικά παραδείγματα:
- Όταν ζυγίζεται σε ζυγαριά, το προς ζύγισμα αντικείμενο τοποθετείται διαφορετικά κάθε φορά που γίνεται η μέτρηση.
- Όταν λαμβάνετε μια ένδειξη όγκου σε μια φιάλη, μπορείτε να διαβάζετε την τιμή από διαφορετική οπτική γωνία κάθε φορά που κοιτάζετε τη βαθμολογημένη κλίμακα.
- Η μέτρηση της μάζας ενός δείγματος σε μια αναλυτική ζυγαριά μπορεί να διαφέρει εάν επηρεάζεται από ρεύματα αέρα .
- Η μέτρηση του ύψους ενός ατόμου επηρεάζεται από αλλαγές στη στάση του σώματος.
- Η μέτρηση της ταχύτητας του ανέμου εξαρτάται από το ύψος και τη στιγμή στην οποία γίνεται η μέτρηση. Πρέπει να ληφθούν αρκετές μετρήσεις και να υπολογιστεί ο μέσος όρος των τιμών που λαμβάνονται για να ληφθεί μια αντιπροσωπευτική μέτρηση, καθώς οι ριπές και οι αλλαγές στην κατεύθυνση του ανέμου τροποποιούν κάθε συγκεκριμένο προσδιορισμό.
- Οι ενδείξεις πρέπει να εκτιμώνται όταν πέφτουν μεταξύ των σημαδιών σε μια κλίμακα ή όταν λαμβάνεται υπόψη το πάχος μιας ένδειξης μέτρησης.
Επειδή τα τυχαία σφάλματα συμβαίνουν πάντα και δεν μπορούν να προβλεφθούν, είναι σημαντικό να συμπεριλάβουμε στη διαδικασία μέτρησης πολλές μετρήσεις δεδομένων και στη συνέχεια να λάβουμε τον μέσο όρο τους για να έχουμε ακριβή προσδιορισμό της πραγματικής τιμής της παραμέτρου και ταυτόχρονα να γνωρίζουμε ποια είναι. τη μεταβλητότητα των μετρήσεων.
συστηματικά λάθη
Τα συστηματικά σφάλματα είναι προβλέψιμα και έχουν πάντα την ίδια συχνότητα. Τυπικές αιτίες συστηματικών σφαλμάτων περιλαμβάνουν τα σφάλματα παρατήρησης, την ατελή βαθμονόμηση του οργάνου και τη συχνότητα περιβαλλοντικών παραγόντων. Ας δούμε μερικά παραδείγματα:
- Ξεχνώντας να αφαιρέσετε ή να μηδενίσετε την κλίμακα. Αυτό παράγει μετρήσεις μάζας που είναι πάντα εκτός της πραγματικής τιμής κατά το ίδιο ποσό (συμπίπτουν με το απόβαρο σε αυτήν την περίπτωση). Ένα σφάλμα που προκαλείται από το μη μηδενισμό ενός οργάνου πριν από τη χρήση ονομάζεται σφάλμα μετατόπισης.
- Μην διαβάζετε τον μηνίσκο σε διαβαθμισμένη κλίμακα στο ύψος των ματιών για μέτρηση όγκου. Αυτό θα έχει πάντα ως αποτέλεσμα μια λανθασμένη ανάγνωση. Η παρατηρούμενη τιμή θα υποτιμήσει ή θα υπερεκτιμήσει τη σωστή μέτρηση, ανάλογα με το αν η ένδειξη λαμβάνεται πάνω ή κάτω από την ένδειξη.
- Η μέτρηση του μήκους με μεταλλικό χάρακα θα δώσει διαφορετικό αποτέλεσμα ανάλογα με τη θερμοκρασία περιβάλλοντος, λόγω της θερμικής διαστολής του υλικού.
- Ένα βαθμονομημένο θερμόμετρο μπορεί να δώσει ακριβείς μετρήσεις εντός ενός συγκεκριμένου εύρους θερμοκρασιών , αλλά μπορεί να γίνει ανακριβές σε υψηλότερες ή χαμηλότερες θερμοκρασίες, καθώς κάθε βαθμονόμηση ισχύει εντός ενός συγκεκριμένου εύρους διακύμανσης της παραμέτρου.
- Η μετρούμενη απόσταση είναι διαφορετική χρησιμοποιώντας μια νέα μεζούρα σε σύγκριση με τον προσδιορισμό που γίνεται με μια παλιά, τεντωμένη μεζούρα. Σε αυτό το είδος καταστάσεων τα σφάλματα είναι ανάλογα με τη μέτρηση και ονομάζονται σφάλματα παράγοντα κλίμακας.
- Οι μετρήσεις του ηλεκτρονικού εξοπλισμού τείνουν να ποικίλλουν με την πάροδο του χρόνου λόγω των διακυμάνσεων στις θερμοκρασίες των εξαρτημάτων. Λέγεται ότι είναι επιρρεπείς σε παρασύρσεις. Οι μετρήσεις που λαμβάνονται με άλλους τύπους οργάνων μπορεί επίσης να επηρεαστούν καθώς η συσκευή θερμαίνεται.
Μόλις εντοπιστεί η αιτία, η συχνότητα των συστηματικών σφαλμάτων μπορεί να μειωθεί σε κάποιο βαθμό και μπορεί να ελαχιστοποιηθεί με τη συνήθη βαθμονόμηση του εξοπλισμού, για παράδειγμα με τη συμπερίληψη ελέγχων σε πειράματα, φέρνοντας τα όργανα στη θερμοκρασία λειτουργίας στην οποία εκτελέστηκαν. πριν από τη λήψη μετρήσεων ή συγκρίνοντας τις μετρήσεις με τα πρότυπα.
Παρόλο που τα τυχαία σφάλματα μπορούν να ελαχιστοποιηθούν αυξάνοντας τον αριθμό των προσδιορισμών και τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων, θα υπάρχει πάντα αβεβαιότητα μέτρησης που σχετίζεται με την εγγενή μεταβλητότητα της παραμέτρου ή της διαδικασίας μέτρησης. Στην περίπτωση συστηματικών σφαλμάτων, ο καλύτερος τρόπος για να ελαχιστοποιηθούν είναι να εξοικειωθείτε με τους περιορισμούς των οργάνων, να έχετε εμπειρίες στη σωστή χρήση τους και να καθορίσετε διαδικασίες μέτρησης και να τους τηρήσετε αυστηρά.
Κρήνη
David A. Freedman. Στατιστικά Μοντέλα: Θεωρία και Πράξη . Cambridge University Press, 2005.