Náhodné vs. Definice a příklady systematických chyb

Bez ohledu na to, jak opatrní jste, vždy existuje chyba měření. Chyba není „chyba“ - je součástí procesu měření. Ve vědě se chyba měření nazývá experimentální chyba nebo pozorovací chyba.

Existují dvě široké třídy pozorovacích chyb: náhodná chyba a systematická chyba. Náhodná chyba se nepředvídatelně liší od jednoho měření k druhému, zatímco systematická chyba má pro každé měření stejnou hodnotu nebo poměr.

Klíč s sebou

Pokud provedete více měření, hodnoty se shlukují kolem skutečné hodnoty. Náhodná chyba tedy ovlivňuje především přesnost. Náhodná chyba obvykle ovlivňuje poslední významnou číslici měření.

Hlavními důvody náhodné chyby jsou omezení nástrojů, faktory prostředí a malé odchylky v postupu. Například:

• Když se vážíte na stupnici, pokaždé se postavíte trochu jinak.
• Když vezmete objemové čtení v baňce můžete pokaždé odečíst hodnotu z jiného úhlu.
• Měření hmotnost vzorku Na analytické váze mohou vznikat různé hodnoty, protože proudy vzduchu ovlivňují rovnováhu nebo jak voda vstupuje a opouští vzorek.
• Měření výšky je ovlivněno drobnými změnami držení těla.
• Měření rychlosti větru závisí na výšce a době, kdy je měření prováděno. Musí být provedeno a odečteno několik odečtů, protože hodnota ovlivňuje nárazy a změny směru.
• Odečty se musí odhadnout, když spadají mezi značky na stupnici nebo když se vezme v úvahu tloušťka značky měření.

Protože náhodná chyba vždy nastane a nelze předvídat, je důležité vzít více datových bodů a průměrovat je, abyste získali představu o množství variací a odhadli skutečnou hodnotu.

Systematická chyba je předvídatelná a je buď konstantní, nebo přímo úměrná měření. Systematické chyby primárně ovlivňují měření přesnost.

Mezi typické příčiny systematické chyby patří pozorovací chyba, nedokonalá kalibrace přístroje a rušení prostředí. Například:

• Když zapomenete na tarování nebo nulu, váha vytvoří hmotnostní měření, která jsou vždy „vypnutá“ ve stejné výši. Chyba způsobená nenastavením přístroje na nulu před jeho použitím se nazývá chyba posunu.
• Neodečtení menisku na úrovni očí pro měření objemu bude mít vždy za následek nepřesné čtení. Hodnota bude trvale nízká nebo vysoká v závislosti na tom, zda se odečet provádí shora nebo pod značkou.
• Měření délky kovovým pravítkem poskytne jiný výsledek při nízké teplotě než při horké teplotě v důsledku tepelné roztažnosti materiálu.
• Nesprávně kalibrovaný teploměr může poskytovat přesné hodnoty v určitém teplotním rozmezí, ale může být nepřesný při vyšších nebo nižších teplotách.
• Změřená vzdálenost se liší pomocí nové měřicí pásky proti staršímu, napnutému. Proporcionální chyby tohoto typu se nazývají chyby faktoru měřítka.
• Drift nastává, když se po sobě následující hodnoty v průběhu času trvale snižují nebo zvyšují. Elektronické vybavení má tendenci se unášet. Mnoho dalších nástrojů je ovlivněno (obvykle pozitivním) driftem, když se zařízení zahřívá.

Jakmile je identifikována jeho příčina, systematická chyba může být do určité míry snížena. Systematická chyba může být minimalizována běžným kalibracím zařízením, použitím kontrol v experimentech, zahříváním nástrojů před provedením odečtů a porovnáním hodnot s standardy.

Přestože náhodné chyby lze minimalizovat zvýšením velikosti vzorku a průměrováním dat, je obtížnější kompenzovat systematickou chybu. Nejlepší způsob, jak se vyhnout systematické chybě, je seznámit se s omezeními přístrojů a zažít s jejich správným používáním.

• Dva hlavní typy chyb měření jsou náhodná chyba a systematická chyba.
• Náhodná chyba způsobí, že se jedno měření mírně liší od dalšího. Vyplývá to z nepředvídatelných změn během experimentu.
• Systematická chyba vždy ovlivňuje měření ve stejném množství nebo ve stejném poměru za předpokladu, že se odečet provádí vždy stejným způsobem. Je to předvídatelné.
• Z experimentu nelze vyloučit náhodné chyby, ale většinu systematických chyb lze snížit.

• Bland, J. Martin a Douglas G. Altman (1996). "Statistické poznámky: Chyba měření." BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. G. (1968). "Chyby měření ve statistice". Technometrie. Taylor & Francis, Ltd. jménem American Statistical Association a American Society for Quality. 10: 637–666. doi:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Oxfordský slovník statistických pojmů. OUP. ISBN 0-19-920613-9.
• Taylor, J. R. (1999). Úvod do analýzy chyb: Studie nejistot ve fyzikálních měřeních. Univerzitní vědecké knihy. str. 94. ISBN 0-935702-75-X.