آشنایی با خطاهای اندازه گیری: خطای سیستمی و تصادفی
هیچ تفاوتی ندارد که چقدر مراقب باشید، همیشه مقداری خطا در اندازه گیری وجود دارد. خطا یک "اشتباه" نیست، بلکه بخشی از فرآیند اندازه گیری است. در علم، خطای اندازه گیری به عنوان خطای تجربی یا خطای مشاهداتی شناخته می شود.
دو دسته کلی از خطاهای مشاهداتی وجود دارد: خطای تصادفی و خطای سیستمی. خطای تصادفی از یک اندازه گیری به اندازه گیری دیگر به طور غیرقابل پیش بینی متغیر است، در حالی که خطای سیستمی دارای همان مقدار یا نسبت برای هر اندازه گیری است. خطاهای تصادفی غیرقابل اجتناب هستند اما حول ارزش واقعی تجمع می کنند. خطای سیستمی را معمولاً می توان با کالیبره کردن تجهیزات جلوگیری کرد، اما اگر اصلاح نشود، می تواند منجر به اندازه گیری هایی با فاصله زیاد از ارزش واقعی شود.
- دو نوع اصلی خطای اندازه گیری عبارتند از خطای تصادفی و خطای سیستمی.
- خطای تصادفی باعث می شود یک اندازه گیری به طور جزئی با اندازه گیری بعدی متفاوت باشد. این خطا ناشی از تغییرات غیرقابل پیش بینی در طول یک آزمایش است.
- خطای سیستمی همیشه اندازه گیری ها را به همان مقدار یا نسبت تحت تأثیر قرار می دهد، به شرط آنکه خواندن به همان شیوه هر بار انجام شود. این خطا قابل پیش بینی است.
- خطاهای تصادفی نمی توانند از یک آزمایش حذف شوند، اما بیشتر خطاهای سیستمی ممکن است کاهش یابند.
مثال ها و علل خطای سیستمی
خطای سیستمی قابل پیش بینی است و یا ثابت یا متناسب با اندازه گیری است. خطاهای سیستمی بیشتر بر دقت اندازه گیری تأثیر می گذارند.
علل خطای سیستمی چیست؟
علل معمول خطای سیستمی شامل خطای مشاهداتی، کالیبراسیون ناقص دستگاه و تداخل محیطی است. به عنوان مثال:
- فراموش کردن تراز کردن یا صفر کردن یک ترازوی دیجیتال موجب تولید اندازه گیری های توده ای می شود که همیشه به مقدار یکسان "غلط" هستند. خطایی که ناشی از عدم تنظیم صفر کردن یک دستگاه قبل از استفاده است، به عنوان خطای انحراف شناخته می شود.
- عدم خواندن مینیسکوس در سطح چشم برای یک اندازه گیری حجم همیشه موجب خواندن نادرست می شود. ارزش همیشه پایین یا بالا خواهد بود، بسته به اینکه خواندن از بالای علامت یا زیر آن انجام شود.
- اندازه گیری طول با یک خط کش فلزی در دماهای سرد نتیجه متفاوتی نسبت به دماهای گرم می دهد، به دلیل انبساط حرارتی ماده.
- یک دماسنج که به درستی کالیبره نشده است ممکن است در محدوده دمای خاصی خواندن های دقیقی ارائه دهد، اما در دماهای بالاتر یا پایین تر نادرست شود.
- فاصله اندازه گیری شده با استفاده از یک نوار اندازه گیری کتان جدید با نوار قدیمی و کشیده متفاوت است. خطاهای تناسبی از این نوع به عنوان خطاهای عامل مقیاس شناخته می شوند.
- انحراف وقتی رخ می دهد که خوانش های متوالی به طور مداوم در طول زمان پایین تر یا بالاتر شوند. تجهیزات الکترونیکی معمولاً در برابر انحراف حساس هستند. بسیاری از ابزارهای دیگر تحت تأثیر انحراف مثبت قرار دارند، زیرا دستگاه گرم می شود.
چگونه می توانید از خطای سیستمی جلوگیری کنید؟
پس از شناسایی علت، خطای سیستمی ممکن است تا حدی کاهش یابد. خطای سیستمی می تواند با کالیبره کردن منظم تجهیزات، استفاده از کنترل ها در آزمایشات، گرم کردن تجهیزات قبل از اندازه گیری، و مقایسه مقادیر با استانداردها کاهش یابد.
در حالی که خطاهای تصادفی می توانند با افزایش اندازه نمونه و میانگین گیری داده ها کاهش یابند، جبران خطای سیستمی دشوارتر است. بهترین راه برای جلوگیری از خطای سیستمی آشنایی با محدودیت های ابزارها و تجربه در استفاده صحیح از آن ها است.
مثال ها و علل خطای تصادفی
اگر چندین اندازه گیری انجام دهید، مقادیر معمولاً در اطراف ارزش واقعی جمع می شوند. بنابراین، خطای تصادفی به طور عمده بر دقت تأثیر می گذارد. به طور معمول، خطای تصادفی بر آخرین رقم معنادار یک اندازه گیری تأثیر می گذارد.
علل خطای تصادفی چیست؟
دلایل اصلی خطای تصادفی محدودیت های ابزارها، عوامل محیطی و تغییرات جزئی در روش اندازه گیری هستند. به عنوان مثال:
- هنگام وزن کردن خود روی ترازو، هر بار کمی در موقعیت خود تغییر می دهید.
- هنگام خواندن حجم در یک ارلن، ممکن است هر بار مقدار را از زاویه متفاوتی بخوانید.
- اندازه گیری جرم یک نمونه در یک ترازوی آنالیز ممکن است مقادیر متفاوتی تولید کند زیرا جریان های هوا بر ترازوی تأثیر می گذارند یا آب وارد و خارج از نمونه می شود.
- اندازه گیری قد شما تحت تأثیر تغییرات کوچک در وضعیت بدنی قرار دارد.
- اندازه گیری سرعت باد بستگی به ارتفاع و زمان اندازه گیری دارد. چندین خوانش باید انجام شود و میانگین گیری شود زیرا وزش ها و تغییرات در جهات بر مقدار تأثیر می گذارد.
- خوانش ها زمانی که بین نشانه ها روی یک مقیاس قرار می گیرند یا زمانی که ضخامت یک نشانه اندازه گیری در نظر گرفته می شود، باید تخمین زده شوند.
چگونه می توانید از خطای تصادفی جلوگیری کنید (یا آن را کاهش دهید)؟
از آنجا که خطای تصادفی همیشه رخ می دهد و قابل پیش بینی نیست، مهم است که چندین نقطه داده را ثبت کرده و میانگین آن ها را محاسبه کنید تا درکی از میزان تغییر و تخمین ارزش واقعی به دست آورید. تکنیک های آماری مانند انحراف معیار می توانند مزید بر علت روشن سازی مقدار تغییرپذیری در یک مجموعه داده باشند.
- شیمی
- علم
