Slumpmässig vs. Systematiska feldefinitioner och exempel

Oavsett hur försiktig du är, finns det alltid fel i en mått. Fel är inte ett "misstag" - det är en del av mätprocessen. I vetenskap kallas mätfel experimentella fel eller observationsfel.

Det finns två breda klasser av observationsfel: slumpmässigt fel och systematiska fel. Slumpfel varierar oförutsägbart från en mätning till en annan, medan systematiska fel har samma värde eller proportion för varje mätning.

Key Takeaways

Om du gör flera mätningar kluster värdena runt det verkliga värdet. Således påverkar slumpmässigt fel primärt precision. Vanligtvis påverkar slumpmässigt fel den sista signifikanta siffran i en mätning.

De främsta orsakerna till slumpmässigt fel är begränsningar av instrument, miljöfaktorer och små variationer i proceduren. Till exempel:

• När du väger dig själv på en skala, placerar du dig själv något annorlunda varje gång.
• När du tar en volymavläsning i en kolv kan du läsa värdet från en annan vinkel varje gång.
• Mätning av provets massa på en analytisk balans kan producera olika värden eftersom luftströmmar påverkar balansen eller när vatten kommer in och lämnar provet.
• Att mäta din höjd påverkas av mindre ställningsförändringar.
• Mätning av vindhastigheten beror på höjden och tiden då en mätning utförs. Flera avläsningar måste göras och i genomsnitt beröras eftersom vindkast och riktningsförändringar påverkar värdet.
• Avläsningar måste uppskattas när de faller mellan märken på en skala eller när en mätmarkerings tjocklek beaktas.

Eftersom slumpmässigt fel alltid uppstår och kan inte förutsägas, är det viktigt att ta flera datapunkter och genomsnittliga dem för att få en känsla av variationen och uppskatta det verkliga värdet.

Systematiska fel är förutsägbara och antingen konstant eller annars proportionell mot mätningen. Systematiska fel påverkar främst en mätning noggrannhet.

Typiska orsaker till systematiska fel inkluderar observationsfel, ofullständig instrumentkalibrering och miljöförstöring. Till exempel:

• Att glömma att tara eller noll en balans ger massmätningar som alltid är "av" med samma mängd. Ett fel orsakat av att ett instrument inte ställts in på noll före dess användning kallas ett offsetfel.
• Att inte läsa menisken i ögonhöjd för en volymmätning kommer alltid att resultera i en felaktig avläsning. Värdet kommer att vara konstant lågt eller högt, beroende på om avläsningen tas från ovan eller under märket.
• Mätning av längd med en metall linjal ger ett annat resultat vid en kall temperatur än vid en varm temperatur på grund av termisk expansion av materialet.
• En felaktigt kalibrerad termometer kan ge exakta avläsningar inom ett visst temperaturområde, men blir felaktiga vid högre eller lägre temperaturer.
• Det uppmätta avståndet är olika med en ny måtttejp för tyg jämfört med en äldre, sträckt. Proportionella fel av denna typ kallas skalfaktorfel.
• Drift inträffar när successiva avläsningar blir konsekvent lägre eller högre med tiden. Elektronisk utrustning tenderar att vara känslig för drift. Många andra instrument påverkas av (vanligtvis positiv) drift eftersom enheten värms upp.

När orsaken har identifierats kan systematiska fel minskas i viss utsträckning. Systematiska fel kan minimeras genom att rutinmässigt kalibrera utrustning, använda kontroller i experiment, värma upp instrument före avläsningar och jämföra värden mot standarder.

Medan slumpmässiga fel kan minimeras genom att öka provstorleken och genomsnittliga data, är det svårare att kompensera för systematiska fel. Det bästa sättet att undvika systematiska fel är att känna till instrumentens begränsningar och uppleva deras korrekta användning.

• De två huvudtyperna av mätfel är slumpfel och systematiska fel.
• Slumpmässigt fel gör att en mätning skiljer sig något från nästa. Det kommer från oförutsägbara förändringar under ett experiment.
• Systematiska fel påverkar alltid mätningar av samma mängd eller med samma proportion, förutsatt att en avläsning görs på samma sätt varje gång. Det är förutsägbart.
• Slumpmässiga fel kan inte elimineras från ett experiment, men de flesta systematiska fel kan minskas.

• Bland, J. Martin och Douglas G. Altman (1996). "Statistikanteckningar: mätfel." BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. G. (1968). "Mätningsfel i statistik". Technometrics. Taylor & Francis, Ltd. på uppdrag av American Statistical Association och American Society for Quality. 10: 637–666. doi:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Oxford Dictionary of Statistical Terms. OUP. ISBN 0-19-920613-9.
• Taylor, J. R. (1999). En introduktion till felanalys: Studien av osäkerheter i fysiska mätningar. University Science Books. s. 94. ISBN 0-935702-75-X.