Una guía completa para errores de medición

La medición es esencial en todo tipo de experimentos físicos y procesos de desarrollo de tecnología, y mientras el resultado de la medición, el error de medición es inevitable. El error afecta la precisión de la medición, por lo que el personal técnico involucrado debe aprender y dominar la teoría del error, tener una comprensión integral y sistemática de las características, la naturaleza y la clasificación del error y, finalmente, encontrar una forma razonable y científica de eliminarlo.

★ ¿Cuál es la definición de valor de verdad y error de medición?

El valor de verdad, también conocido como valor teórico, es un valor objetivo, real que refleja las características de algo en determinadas condiciones de tiempo y espacio. En la medición, existe una cierta desviación, más o menos, entre el resultado medido y el valor de verdad, y esta desviación es el error de medición.

El valor de verdad es un concepto ideal y, en el sentido más estricto, no se puede obtener mediante una medición real y, por lo tanto, el error no se puede obtener con precisión. En el proceso de evaluación del error real, el valor de verdad convencional se utiliza a menudo como valor de verdad, que en sí mismo puede ser inexacto y, por lo tanto, solo se puede obtener una estimación del error.

Por ejemplo, un metro estándar se define como la distancia recorrida por la luz en 1/299792458 segundos en el vacío. Debido a la invariancia de la velocidad de la luz, un metro estándar es el valor de verdad convencional, pero en la práctica no lo medimos con la velocidad de la luz, sino con la ayuda de una escala. Entonces, la lectura de la escala es el valor medido y su desviación de un metro estándar es el error de una medición en particular.

★ ¿Por qué hay un error de medición?

La medición se basa en determinadas teorías o métodos, utilizando determinados instrumentos, en un determinado entorno y realizada por personas concretas. La influencia de factores como aproximaciones en la teoría experimental, dificultades en el refinamiento metodológico, limitaciones en la sensibilidad y poder resolutivo de los instrumentos experimentales e inestabilidad en el entorno circundante. Todas estas condiciones de observación indeseables son la causa principal del error.

Específicamente, los errores de medición surgen de las siguientes cuatro fuentes principales.

1 Error de medición del instrumento

Los instrumentos en el proceso de procesamiento y ensamblaje no pueden garantizar que la estructura del instrumento pueda cumplir con una variedad de relaciones geométricas, tales instrumentos inevitablemente traerán errores a la medición. Como el punto cero o las especificaciones del instrumento no son precisas.

2 Error de medición de impacto ambiental

Se refiere principalmente al entorno de observación en la temperatura, presión del aire, humedad y claridad del aire, refracción del viento y atmosférica y otros factores de cambio constante, dando como resultado resultados de medición con errores.

Se refiere principalmente a la temperatura, presión del aire, humedad y claridad del aire, refracción del viento y atmosférica y otros factores de cambio constante en el entorno de observación, lo que da como resultado un error de medición.

3 Error de medición del método de prueba

Esto se debe a la aproximación de las fórmulas teóricas en las que se basa la medición, o al incumplimiento de las condiciones de prueba para cumplir con los requisitos establecidos en las fórmulas teóricas, o la imperfección del método de prueba en sí. Por ejemplo, la prueba térmica no tiene en cuenta la pérdida de calor causada por la disipación de calor, el método voltamétrico de medición de la resistencia no tiene en cuenta la influencia de la resistencia interna del medidor eléctrico en los resultados de la prueba, etc.

4 Error de medición de humanos

Debido a las limitaciones de la discriminación sensorial del observador y los diferentes niveles de competencia técnica, que pueden conducir a desviaciones durante la alineación, nivelación y puntería del instrumento, varía de persona a persona y está relacionada con el estado mental del observador en ese momento.

★ Tipos de errores en la medición

Los errores de medición se dividen en tres categorías principales: errores sistemáticos, errores aleatorios y errores graves.

1 Error sistemático

El error sistemático también se llama error regular, es en ciertas condiciones de medición, los resultados de la prueba siempre muestran un patrón similar cuando el mismo objeto se mide varias veces.

Las características del error sistemático: en las mismas condiciones de medición, los resultados de medición repetidos son siempre grandes o pequeños, múltiples mediciones para el promedio no pueden eliminar el error sistemático. Debemos identificar las principales causas del error sistemático de acuerdo con las condiciones específicas de prueba y las características del error sistemático, y tomar las medidas adecuadas para reducir su impacto.

Hay muchas razones para errores sistemáticos, incluidos errores de instrumentos, errores teóricos, errores operativos, etc. Algunos de estos errores sistemáticos son constantes, como la inexactitud del punto cero del instrumento, y algunos son acumulativos, por ejemplo, cuando se miden con un escala de acero que ha sido sometida a expansión térmica, la lectura es pequeña.

2 Error aleatorio

El error aleatorio, también conocido como error aleatorio, incluso en la situación ideal de eliminar por completo el error sistemático, midiendo repetidamente el mismo objeto de medición muchas veces, seguirá siendo debido a una variedad de interferencias accidentales e impredecibles de incertidumbre y error de medición, llamado error aleatorio.

El tamaño del error aleatorio, el más o el menos del error aleatorio no son fijos, pero múltiples mediciones encontrarán que el valor absoluto del mismo error aleatorio positivo y negativo parece tener aproximadamente la misma probabilidad, por lo que a menudo pueden cancelarse entre sí, desde Se puede ver la ley de distribución de errores aleatorios, aumentar el número de mediciones y, de acuerdo con la teoría estadística de los resultados de las mediciones, se pueden procesar para reducir el error aleatorio.

Los factores de error aleatorio son muy complejos, como el campo electromagnético de la microvariación, partes de la fricción, holgura, fluctuaciones térmicas, alteraciones del aire, cambios de presión y humedad del aire, cambios fisiológicos en los órganos sensoriales del personal de medición, y su impacto combinado puede convertirse en un factor en la generación de errores aleatorios.

3 Error bruto

En determinadas condiciones, el resultado de la medición se desvía significativamente del valor de verdad, es decir, el error que distorsiona claramente el resultado de la medición. Las principales causas de errores graves son las siguientes.

Razones objetivas: cambios repentinos de voltaje, choque mecánico, vibración externa, interferencia electromagnética (electrostática), falla del instrumento, etc. causados ​​por el valor de medición del instrumento de prueba anormal o el movimiento relativo de la posición del objeto medido, generando así un error grave.
Causas subjetivas: uso de calibres defectuosos; negligencia y descuido en la operación; errores de lectura, registro, cálculo, etc. Además, los cambios bruscos y perversos de las condiciones ambientales son factores que producen estos errores.

El error grave no se compensa, está presente en todos los experimentos científicos y no se puede eliminar por completo, solo se atenúa hasta cierto punto. Es un valor atípico y distorsiona gravemente la realidad, por lo que debe eliminarse al procesar los datos, de lo contrario tendrá un impacto grave en la desviación estándar y la desviación media.

★ ¿Cómo reducir errores en la medición?

Dado que los errores groseros distorsionan la situación real, deben eliminarse al procesar los datos, mientras que los errores aleatorios, que son el resultado de innumerables factores desconocidos que influyen en la medición, se ajustan a una distribución normal y pueden reducirse aumentando el número de mediciones y procesamiento. los resultados según la teoría estadística.

La discusión principal aquí es cómo reducir el error sistemático.

1 Corrección en los resultados de la medición

Para errores sistemáticos de valor fijo conocidos, los resultados de la medición se pueden corregir con el valor de corrección; para errores sistemáticos de valores variables, intente averiguar el patrón de variación de los errores y corrija los resultados de la medición con la fórmula de corrección o la curva de corrección; en el caso de errores sistemáticos desconocidos, se tratan como errores aleatorios.

2 Elimina las causas fundamentales de los errores sistemáticos

Antes de medir, verifique cuidadosamente el instrumento, ajústelo e instálelo correctamente, evite interferencias externas, elija una buena posición de observación para eliminar el paralaje, elija un momento en el que las condiciones ambientales sean más estables para la lectura, etc.

3 Corrección de retroalimentación en tiempo real

Debido a la aplicación de tecnología de medición automatizada y computadoras, la corrección de retroalimentación en tiempo real se puede utilizar para eliminar cambios complejos en un error sistemático. Durante el proceso de medición, el sensor se utilizará para convertir estos cambios en error en alguna forma de una cantidad física (generalmente electricidad), de manera oportuna de acuerdo con su relación funcional, a través de la computadora para calcular el valor del error que afecta los resultados de la medición y para realizar una corrección automática en tiempo real de los resultados de la medición.

También existen métodos que se adaptan específicamente a diferentes situaciones, como método alternativo, método de sustitución, método de compensación, medición simétrica, medición combinada, etc.

Dado que existen errores en todas las mediciones, es esencial analizar los errores de medición y comprender sus leyes, naturaleza, fuentes y magnitud. El análisis de los errores de medición es importante para que las personas mejoren sus experimentos, aumenten la precisión y exactitud de las mediciones e incluso los nuevos descubrimientos.