Naključna napaka v primerjavi s sistematično napako
Dve vrsti eksperimentalne napake
Andrew Brookes / Getty Images
Ne glede na to, kako previdni ste, vedno pride do napake merjenje . Napaka ni 'napaka' - je del merilnega procesa. V znanosti se merilna napaka imenuje eksperimentalna napaka ali napaka pri opazovanju.
Obstajata dva široka razreda opazovalnih napak: naključna napaka in sistemska napaka . Naključna napaka se nepredvidljivo spreminja od ene meritve do druge, medtem ko ima sistematična napaka enako vrednost ali delež za vsako meritev. Naključne napake so neizogibne, vendar se združijo okoli prave vrednosti. Sistematični napaki se je pogosto mogoče izogniti s kalibracijo opreme, če pa je ne popravimo, lahko povzroči meritve daleč od prave vrednosti.
Ključni zaključki
- Naključna napaka povzroči, da se ena meritev nekoliko razlikuje od druge. Izhaja iz nepredvidljivih sprememb med poskusom.
- Sistematska napaka vedno vpliva na meritve v enakem obsegu ali v enakem razmerju, pod pogojem, da se odčitek vsakič vzame na enak način. To je predvidljivo.
- Naključnih napak ni mogoče odpraviti iz poskusa, vendar je večino sistematičnih napak mogoče zmanjšati.
Primer naključne napake in vzroki
Če opravite več meritev, se vrednosti združijo okoli prave vrednosti. Tako vpliva predvsem naključna napaka natančnost . Običajno naključna napaka vpliva na zadnjo pomembno števko 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 glasno branje v bučki lahko vrednost vsakič preberete iz drugega kota.
- Merjenje maso vzorca na analitični tehtnici lahko povzroči različne vrednosti, ker zračni tokovi vplivajo na tehtnico ali ko voda vstopa in izstopa iz vzorca.
- Na merjenje vaše višine vplivajo manjše spremembe drže.
- Merjenje hitrosti vetra je odvisno od višine in časa merjenja. Opraviti je treba več odčitkov in izračunati povprečje, ker sunki in spremembe smeri vplivajo na vrednost.
- Odčitke je treba oceniti, ko padejo med oznakama na lestvici ali ko se upošteva debelina merilne oznake.
Ker vedno pride do naključne napake in ni mogoče predvideti , je pomembno, da vzamete več podatkovnih točk in jih povprečite, da dobite občutek količine variacije in ocenite pravo vrednost.
Primer sistemske napake in vzroki
Sistematska napaka je predvidljiva in konstantna ali pa sorazmerna z meritvijo. Sistematske napake vplivajo predvsem na meritve natančnost .
Tipični vzroki za sistematično napako vključujejo napako pri opazovanju, nepopolno kalibracijo instrumenta in motnje okolja. Na primer:
- Če tehtnico pozabite tarirati ali na ničlo, pride do masnih meritev, ki so vedno 'izklopljene' za isto količino. Napaka, ki nastane zaradi nenastavitve instrumenta na nič pred uporabo, se imenuje an napaka odmika .
- Neodčitavanje meniskusa v višini oči za merjenje prostornine bo vedno povzročilo netočno branje. Vrednost bo dosledno nizka ali visoka, odvisno od tega, ali je odčitek vzet od zgoraj ali pod oznako.
- Merjenje dolžine s kovinskim ravnilom bo dalo drugačen rezultat pri nizki temperaturi kot pri visoki temperaturi zaradi toplotnega raztezanja materiala.
- Nepravilno umerjen termometer lahko daje točne odčitke v določenem temperaturnem območju, vendar postane netočen pri višjih ali nižjih temperaturah.
- Izmerjena razdalja je drugačna z uporabo novega platnenega merilnega traku v primerjavi s starejšim, raztegnjenim. Proporcionalne napake te vrste se imenujejo napake faktorja lestvice .
- Dve glavni vrsti merilnih napak sta naključna napaka in sistematična napaka.
- Naključna napaka povzroči, da se ena meritev nekoliko razlikuje od druge. Izhaja iz nepredvidljivih sprememb med poskusom.
- Sistematska napaka vedno vpliva na meritve v enakem obsegu ali v enakem razmerju, pod pogojem, da se odčitek vsakič vzame na enak način. To je predvidljivo.
- Naključnih napak ni mogoče odpraviti iz poskusa, vendar je večino sistematičnih napak mogoče zmanjšati.
- Bland, J. Martin in Douglas G. Altman (1996). 'Opombe o statistiki: Napaka pri merjenju.' BMJ 313,7059:744.
- Cochran, W. G. (1968). 'Napake meritev v statistiki'. Tehnometrija . Taylor & Francis, Ltd. v imenu Ameriškega statističnega združenja in Ameriškega združenja za kakovost. 10: 637–666. doi: 10.2307/1267450
- Dodge, Y. (2003). Oxfordski slovar statističnih izrazov . OP. ISBN 0-19-920613-9.
- Taylor, J. R. (1999). Uvod v analizo napak: Študij negotovosti pri fizikalnih meritvah .. . Univerzitetne znanstvene knjige. str. 94. ISBN 0-935702-75-X.
Ko se ugotovi njen vzrok, se lahko sistematična napaka do neke mere zmanjša. Sistematično napako je mogoče zmanjšati z rutinskim umerjanjem opreme, uporabo kontrol v poskusih, segrevanjem instrumentov pred odčitavanjem in primerjavo vrednosti z standardi .
Medtem ko je naključne napake mogoče zmanjšati s povečanjem velikosti vzorca in povprečenjem podatkov, je težje kompenzirati sistematično napako. Najboljši način, da se izognete sistematični napaki, je, da poznate omejitve instrumentov in imate izkušnje z njihovo pravilno uporabo.