Tilfeldig vs. Systematiske feildefinisjoner og eksempler

Uansett hvor forsiktig du er, er det alltid feil i en mål. Feil er ikke en "feil" - det er en del av måleprosessen. I vitenskap kalles målefeil eksperimentell feil eller observasjonsfeil.

Det er to brede klasser av observasjonsfeil: tilfeldig feil og systematisk feil. Tilfeldig feil varierer uforutsigbart fra en måling til en annen, mens systematisk feil har samme verdi eller proporsjon for hver måling.

Viktige takeaways

Hvis du tar flere målinger, klynges verdiene rundt den sanne verdien. Dermed påvirker tilfeldig feil først og fremst presisjon. Vanligvis påvirker tilfeldig feil det siste signifikante sifferet i en måling.

De viktigste årsakene til tilfeldig feil er begrensninger av instrumenter, miljøfaktorer og små variasjoner i prosedyre. For eksempel:

• Når du veier deg selv på en skala, plasserer du deg litt annerledes hver gang.
• Når du tar en volumlesing i en kolbe kan du lese verdien fra en annen vinkel hver gang.
• Måling av masse av en prøve på en analytisk balanse kan produsere forskjellige verdier ettersom luftstrømmer påvirker balansen eller når vann kommer inn og forlater prøven.
• Måling av høyden din påvirkes av mindre holdningsendringer.
• Måling av vindhastighet avhenger av høyden og tidspunktet en måling blir foretatt. Flere målinger må tas og i gjennomsnitt fordi vindkast og retningsendringer påvirker verdien.
• Avlesninger må estimeres når de faller mellom merker i en skala eller når tykkelsen på en målemerking tas i betraktning.

Fordi tilfeldig feil oppstår alltid og kan ikke spås, er det viktig å ta flere datapunkter og gjennomsnitt dem for å få en følelse av mengden av variasjon og estimere den sanne verdien.

Systematisk feil er forutsigbar og enten konstant eller ellers proporsjonal med målingen. Systematiske feil påvirker først og fremst en måling nøyaktighet.

Typiske årsaker til systematisk feil inkluderer observasjonsfeil, ufullkommen instrumentkalibrering og miljøforstyrrelser. For eksempel:

• Å glemme å tare eller null en balanse produserer massemålinger som alltid er "av" med samme mengde. En feil forårsaket av at instrumentet ikke settes til null før det brukes, kalles en forskyvningsfeil.
• Hvis du ikke leser menisken i øyehøyde for en volummåling, vil det alltid føre til en unøyaktig avlesning. Verdien vil være gjennomgående lav eller høy, avhengig av om avlesningen er tatt ovenfra eller under merket.
• Å måle lengde med en metalllinjal vil gi et annet resultat ved en kald temperatur enn ved en varm temperatur, på grunn av termisk ekspansjon av materialet.
• Et feil kalibrert termometer kan gi nøyaktige avlesninger innenfor et visst temperaturområde, men bli unøyaktige ved høyere eller lavere temperaturer.
• Målt avstand er forskjellig ved bruk av en ny målebånd for klut kontra en eldre, strukket. Proporsjonale feil av denne typen kalles skalafaktorfeil.
• Drift oppstår når påfølgende avlesninger blir konsekvent lavere eller høyere over tid. Elektronisk utstyr har en tendens til å være utsatt for drift. Mange andre instrumenter påvirkes av (vanligvis positiv) drift, da enheten varmer opp.

Når årsaken er identifisert, kan systematiske feil reduseres til en viss grad. Systematisk feil kan minimeres ved rutinemessig kalibrering av utstyr, bruk av kontroller i eksperimenter, oppvarming av instrumenter før måling og sammenligning av verdier mot standarder.

Mens tilfeldige feil kan minimeres ved å øke prøvestørrelse og gjennomsnitt av data, er det vanskeligere å kompensere for systematisk feil. Den beste måten å unngå systematiske feil er å være kjent med instrumentets begrensninger og oppleve med riktig bruk.

• De to hovedtyper av målefeil er tilfeldig feil og systematisk feil.
• Tilfeldig feil fører til at en måling avviker litt fra den neste. Det kommer fra uforutsigbare forandringer under et eksperiment.
• Systematisk feil påvirker alltid målinger av samme mengde eller med samme proporsjon, forutsatt at avlesningen blir tatt på samme måte hver gang. Det er forutsigbart.
• Tilfeldige feil kan ikke elimineres fra et eksperiment, men de fleste systematiske feil kan bli redusert.

• Bland, J. Martin og Douglas G. Altman (1996). "Statistiske notater: Målefeil." BMJ 313.7059: 744.
• Cochran, W. G. (1968). "Målefeil i statistikk". Technometrics. Taylor & Francis, Ltd. på vegne av American Statistical Association og American Society for Quality. 10: 637–666. gjør jeg:10.2307/1267450
• Dodge, Y. (2003). Oxford Dictionary of Statistical Terms. OUP. ISBN 0-19-920613-9.
• Taylor, J. R. (1999). En introduksjon til feilanalyse: Studien av usikkerheter i fysiske målinger. University Science Books. s. 94. ISBN 0-935702-75-X.