Un guide complet sur les erreurs de mesure

La mesure est essentielle dans toutes sortes d'expériences physiques et de processus de développement technologique, et tant que le résultat de la mesure, l'erreur de mesure est inévitable. L'erreur affecte la précision de la mesure, de sorte que le personnel technique concerné doit apprendre et maîtriser la théorie de l'erreur, avoir une compréhension globale et systématique des caractéristiques, de la nature et de la classification de l'erreur, et enfin trouver un moyen raisonnable et scientifique de l'éliminer.

★ Quelle est la définition de la valeur de vérité et de l'erreur de mesure ?

La valeur de vérité, également connue sous le nom de valeur théorique, est une valeur objective et réelle qui reflète les caractéristiques de quelque chose dans certaines conditions de temps et d'espace. En mesure, il existe un certain écart, plus ou moins, entre le résultat mesuré et la valeur de vérité, et cet écart est l'erreur de mesure.

La valeur de vérité est un concept idéal et, au sens le plus strict, ne peut pas être obtenue par une mesure réelle et, par conséquent, l'erreur ne peut pas être obtenue avec précision. Dans le processus d'évaluation d'erreur réel, la valeur de vérité conventionnelle est souvent utilisée comme valeur de vérité, qui peut elle-même être inexacte et, par conséquent, seule une estimation de l'erreur peut être obtenue.

Par exemple, un mètre standard est défini comme la distance parcourue par la lumière en 1/299792458 secondes dans le vide. En raison de l'invariance de la vitesse de la lumière, un mètre étalon est la valeur de vérité conventionnelle, mais en pratique nous ne la mesurons pas avec la vitesse de la lumière, mais à l'aide d'une échelle. Ensuite, la lecture de l'échelle est la valeur mesurée et son écart par rapport à un mètre standard est l'erreur d'une mesure particulière.

★ Pourquoi y a-t-il une erreur de mesure ?

La mesure est basée sur certaines théories ou méthodes, utilisant certains instruments, dans un certain environnement et réalisée par des personnes spécifiques. L'influence de facteurs tels que les approximations de la théorie expérimentale, les difficultés de raffinement méthodologique, les limites de la sensibilité et du pouvoir de résolution des instruments expérimentaux et l'instabilité de l'environnement. Toutes ces conditions d'observation indésirables sont à l'origine de l'erreur.

Plus précisément, les erreurs de mesure proviennent des quatre principales sources suivantes.

1 Erreur de mesure de l'instrument

Les instruments en cours de traitement et d'assemblage ne peuvent garantir que la structure de l'instrument peut répondre à une variété de relations géométriques, de tels instruments entraîneront inévitablement des erreurs de mesure. Tels que le point zéro ou les spécifications de l'instrument ne sont pas précis.

2 Erreur de mesure impact environnemental

Se réfère principalement à l'environnement d'observation dans la température, la pression atmosphérique, l'humidité et la clarté de l'air, le vent et la réfraction atmosphérique et d'autres facteurs de changement constant, entraînant des résultats de mesure avec des erreurs.

Se réfère principalement à la température, la pression atmosphérique, l'humidité et la clarté de l'air, le vent et la réfraction atmosphérique et d'autres facteurs de changement constant dans l'environnement d'observation, ce qui entraîne une erreur de mesure.

3 Erreur de mesure de la méthode d'essai

Cela est dû à l'approximation des formules théoriques sur lesquelles la mesure est elle-même basée, ou à l'échec des conditions d'essai à satisfaire aux exigences énoncées dans les formules théoriques, ou à l'imperfection de la méthode d'essai elle-même. Par exemple, le test thermique ne prend pas en compte la perte de chaleur causée par la dissipation thermique, la méthode voltammétrique de mesure de la résistance ne prend pas en compte l'influence de la résistance interne du compteur électrique sur les résultats du test, etc.

4 Erreur de mesure de l'homme

En raison des limites de la discrimination sensorielle de l'observateur et des différents niveaux de compétence technique, qui peuvent entraîner des écarts lors de l'alignement, du nivellement et de la visée de l'instrument, cela varie d'une personne à l'autre et est lié à l'état mental de l'observateur à ce moment-là.

★ Types d'erreurs de mesure

Les erreurs de mesure sont divisées en trois catégories principales : les erreurs systématiques, les erreurs aléatoires et les erreurs grossières.

1 Erreur systématique

L'erreur systématique est également appelée erreur régulière, c'est dans certaines conditions de mesure, les résultats des tests montrent toujours un modèle similaire lorsque le même objet est mesuré plusieurs fois.

Les caractéristiques de l'erreur systématique : dans les mêmes conditions de mesure, les résultats de mesure répétés sont toujours grands ou petits, des mesures multiples pour la moyenne ne peuvent pas éliminer l'erreur systématique. Nous devons identifier les principales causes d'erreur systématique en fonction des conditions d'essai spécifiques et des caractéristiques de l'erreur systématique, et prendre les mesures appropriées pour réduire son impact.

Les erreurs systématiques ont de nombreuses raisons, y compris les erreurs d'instrument, les erreurs théoriques, les erreurs opérationnelles, etc. Certaines de ces erreurs systématiques sont constantes, telles que l'imprécision du point zéro de l'instrument, et certaines sont cumulatives, par exemple, lorsqu'elles sont mesurées avec un échelle en acier qui a été soumise à une dilatation thermique, la lecture est faible.

2 Erreur aléatoire

L'erreur aléatoire, également connue sous le nom d'erreur aléatoire, même dans la situation idéale d'élimination complète de l'erreur systématique, en mesurant plusieurs fois le même objet de mesure à plusieurs reprises, sera toujours due à une variété d'interférences d'incertitude accidentelles et imprévisibles et d'erreurs de mesure, appelées erreur aléatoire.

La taille de l'erreur aléatoire, le plus ou le moins de l'erreur aléatoire ne sont pas fixes, mais plusieurs mesures constateront que la valeur absolue de la même erreur aléatoire positive et négative apparaît à peu près avec une probabilité égale, de sorte qu'elles peuvent souvent s'annuler, de la loi de distribution d'erreur aléatoire peut être vue, augmenter le nombre de mesures et, selon la théorie statistique, les résultats de mesure peuvent être traités pour réduire l'erreur aléatoire.

Les facteurs d'erreur aléatoires sont très complexes, tels que le champ électromagnétique de la micro-variation, les parties du frottement, le jeu, les fluctuations thermiques, les perturbations de l'air, les changements de pression et d'humidité de l'air, les changements physiologiques des organes sensoriels du personnel de mesure, et leur impact combiné peut devenir un facteur de génération d'erreur aléatoire.

3 Erreur brute

Dans certaines conditions, le résultat de la mesure s'écarte significativement de la valeur de vérité, c'est-à-dire l'erreur qui fausse clairement le résultat de la mesure. Les principales causes d'erreurs grossières sont les suivantes.

Raisons objectives : changements soudains de tension, choc mécanique, vibration externe, interférence électromagnétique (électrostatique), défaillance de l'instrument, etc. causés par la valeur de mesure de l'instrument de test anormale ou le mouvement relatif de la position de l'objet mesuré, générant ainsi une erreur grossière.
Causes subjectives : utilisation de jauges défectueuses ; négligence et imprudence dans l'exploitation; erreurs de lecture, d'enregistrement, de calcul, etc. De plus, les changements pervers et soudains des conditions environnementales sont des facteurs qui produisent ces erreurs.

L'erreur grossière n'est pas compensatrice, elle est présente dans toutes les expériences scientifiques et ne peut pas être complètement éliminée, mais seulement atténuée dans une certaine mesure. C'est une valeur aberrante et déforme sérieusement la réalité, elle doit donc être supprimée lors du traitement des données, sinon elle aura un impact sérieux sur l'écart type et l'écart moyen.

★ Comment réduire les erreurs de mesure ?

Comme les erreurs grossières faussent la situation réelle, elles doivent être éliminées lors du traitement des données, tandis que les erreurs aléatoires, qui sont le résultat d'innombrables inconnues influençant la mesure, se conforment à une distribution normale et peuvent être réduites en augmentant le nombre de mesures et de traitements. les résultats selon la théorie statistique.

La discussion principale ici est de savoir comment réduire l'erreur systématique.

1 Correction dans les résultats de mesure

Pour les erreurs systématiques à valeur fixe connues, les résultats de mesure peuvent être corrigés avec la valeur de correction ; pour les erreurs systématiques à valeur variable, essayez de trouver le schéma de variation des erreurs et corrigez les résultats de mesure avec la formule de correction ou la courbe de correction ; pour les erreurs systématiques inconnues, elles sont traitées comme des erreurs aléatoires.

2 Éliminer les causes profondes des erreurs systématiques

Avant de mesurer, vérifiez soigneusement l'instrument, ajustez-le et installez-le correctement, évitez les interférences externes, choisissez une bonne position d'observation pour éliminer la parallaxe, choisissez un moment où les conditions environnementales sont plus stables pour la lecture, etc.

3 correction de rétroaction en temps réel

En raison de l'application de la technologie de mesure automatisée et des ordinateurs, la correction de rétroaction en temps réel peut être utilisée pour éliminer les changements complexes dans une erreur systématique. Au cours du processus de mesure, le capteur sera utilisé pour convertir ces changements d'erreur en une certaine forme de quantité physique (généralement de l'électricité), en temps opportun conformément à sa relation fonctionnelle, via l'ordinateur pour calculer la valeur de l'erreur affectant les résultats de mesure, et d'effectuer une correction automatique en temps réel des résultats de mesure.

Il existe également des méthodes spécifiquement adaptées à différentes situations, telles que la méthode alternative, la méthode de substitution, la méthode de compensation, la mesure symétrique, la mesure combinée, etc.

Comme des erreurs existent dans toutes les mesures, il est essentiel de discuter des erreurs de mesure et de comprendre leurs lois, leur nature, leurs sources et leur amplitude. L'analyse des erreurs de mesure est importante pour que les gens améliorent leurs expériences, pour augmenter la précision et l'exactitude des mesures et même de nouvelles découvertes.