Um guia completo para erros de medição

A medição é essencial em todos os tipos de experimentos físicos e processos de desenvolvimento de tecnologia e, enquanto o resultado da medição, o erro de medição é inevitável. O erro afeta a precisão da medição, portanto, a equipe técnica em questão deve aprender e dominar a teoria do erro, ter uma compreensão abrangente e sistemática das características, natureza e classificação do erro e, finalmente, encontrar uma maneira razoável e científica de eliminá-lo.

★ Qual é a definição de valor verdade e erro de medição?

O valor de verdade, também conhecido como valor teórico, é um valor objetivo e real que reflete as características de algo sob certas condições de tempo e espaço. Na medição, existe um certo desvio, mais ou menos, entre o resultado medido e o valor verdade, e esse desvio é o erro de medição.

O valor de verdade é um conceito ideal e, no sentido mais estrito, não pode ser obtido por medição real e, portanto, o erro não pode ser obtido com precisão. No processo de avaliação de erro real, o valor de verdade convencional é freqüentemente usado como o valor de verdade, que pode ser impreciso e, portanto, apenas uma estimativa do erro pode ser obtida.

Por exemplo, um medidor padrão é definido como a distância percorrida pela luz em 1/299792458 segundos no vácuo. Por causa da invariância da velocidade da luz, um metro padrão é o valor verdade convencional, mas na prática não o medimos com a velocidade da luz, mas com a ajuda de uma escala. Então, a leitura da escala é o valor medido e seu desvio de um metro padrão é o erro de uma medição particular.

★ Por que há um erro de medição?

A medição é baseada em certas teorias ou métodos, usando determinados instrumentos, em um determinado ambiente e realizada por pessoas específicas. A influência de fatores como aproximações na teoria experimental, dificuldades no refinamento metodológico, limitações na sensibilidade e poder de resolução dos instrumentos experimentais e instabilidade no ambiente circundante. Todas essas condições de observação indesejáveis ​​são a causa raiz do erro.

Especificamente, os erros de medição surgem das seguintes quatro fontes principais.

1 Erro de medição do instrumento

Instrumentos em processo de processamento e montagem, não podem garantir que a estrutura do instrumento possa atender a uma variedade de relações geométricas, tais instrumentos inevitavelmente trarão erros na medição. Como o ponto zero ou as especificações do instrumento não são precisas.

2 Impacto ambiental de erro de medição

Refere-se principalmente ao ambiente de observação na temperatura, pressão do ar, umidade do ar e clareza, vento e refração atmosférica e outros fatores de mudança constante, resultando em resultados de medição com erros.

Refere-se principalmente à temperatura, pressão do ar, umidade e clareza do ar, refração do vento e atmosférica e outros fatores de mudança constante no ambiente de observação, o que resulta em erro de medição.

3 Erro de medição do método de teste

Tal deve-se à aproximação das fórmulas teóricas em que se baseia a medição, ou ao não cumprimento das condições de ensaio dos requisitos das fórmulas teóricas, ou ainda à imperfeição do próprio método de ensaio. Por exemplo, o teste térmico não leva em consideração a perda de calor causada pela dissipação de calor, o método voltamétrico de medição da resistência não leva em consideração a influência da resistência interna do medidor elétrico nos resultados do teste, etc.

4 Erro de medição humano

Devido às limitações de discriminação sensorial do observador e aos diferentes níveis de proficiência técnica, que podem levar a desvios durante o alinhamento, nivelamento e direcionamento do instrumento, isso varia de pessoa para pessoa e está relacionado ao estado mental do observador no momento.

★ Tipos de erros na medição

Os erros de medição são divididos em três categorias principais: erros sistemáticos, erros aleatórios e erros grosseiros.

1 erro sistemático

O erro sistemático também é chamado de erro regular, é em certas condições de medição, os resultados do teste sempre mostram um padrão semelhante quando o mesmo objeto é medido várias vezes.

As características do erro sistemático: nas mesmas condições de medição, os resultados de medições repetidas são sempre grandes ou pequenos, medições múltiplas para a média não podem eliminar o erro sistemático. Devemos identificar as principais causas do erro sistemático de acordo com as condições de teste específicas e as características do erro sistemático e tomar as medidas adequadas para reduzir o seu impacto.

Existem muitas razões para erros sistemáticos, incluindo erros do instrumento, erros teóricos, erros operacionais, etc. Alguns desses erros sistemáticos são constantes, como a imprecisão do ponto zero do instrumento, e alguns são cumulativos, por exemplo, quando medidos com um escala de aço que foi submetida à expansão térmica, a leitura é pequena.

2 erro aleatório

O erro aleatório, também conhecido como erro casual, mesmo na situação ideal de eliminação completa do erro sistemático, medindo repetidamente o mesmo objeto de medição muitas vezes, ainda será devido a uma variedade de interferência de incerteza imprevisível e acidental e erro de medição, chamado de erro aleatório.

O tamanho do erro aleatório, o sinal de mais ou menos do erro aleatório não são fixos, mas várias medições descobrirão que o valor absoluto do mesmo erro aleatório positivo e negativo parece ter probabilidade quase igual, de modo que muitas vezes eles podem cancelar um ao outro, de a lei de distribuição de erro aleatório pode ser vista, aumentar o número de medições e, de acordo com a teoria estatística, os resultados da medição podem ser processados ​​para reduzir o erro aleatório.

Fatores de erro aleatório são muito complexos, como o campo eletromagnético da micro-variação, partes do atrito, folga, flutuações térmicas, distúrbios do ar, mudanças de pressão e umidade do ar, mudanças fisiológicas nos órgãos sensoriais do pessoal de medição, e seu impacto combinado pode se tornar um fator na geração de erros aleatórios.

3 Erro bruto

Sob certas condições, o resultado da medição desvia significativamente do valor verdade, ou seja, o erro que distorce claramente o resultado da medição. As principais causas de erros graves são as seguintes.

Razões objetivas: mudanças repentinas na tensão, choque mecânico, vibração externa, interferência eletromagnética (eletrostática), falha do instrumento, etc. causada pelo valor de medição do instrumento de teste anormal ou o movimento relativo da posição do objeto medido, gerando um erro grave.
Causas subjetivas: uso de medidores defeituosos; negligência e descuido na operação; erros de leitura, registro, cálculo, etc. Além disso, mudanças perversas e repentinas nas condições ambientais são fatores que produzem esses erros.

O erro grosseiro não é compensador, ele está presente em todos os experimentos científicos e não pode ser completamente eliminado, mas apenas atenuado até certo ponto. É um outlier e distorce gravemente a realidade, por isso deve ser removido no processamento dos dados, caso contrário terá um sério impacto no desvio padrão e desvio médio.

★ Como reduzir erros de medição?

Como erros grosseiros distorcem a situação real, eles devem ser eliminados no processamento dos dados, enquanto erros aleatórios, que são o resultado de inúmeros fatores desconhecidos que influenciam a medição, estão em conformidade com uma distribuição normal e podem ser reduzidos aumentando o número de medições e processamento os resultados de acordo com a teoria estatística.

A principal discussão aqui é como reduzir o erro sistemático.

1 Correção nos resultados da medição

Para erros sistemáticos de valor fixo conhecidos, os resultados da medição podem ser corrigidos com o valor de correção; para erros sistemáticos de valor variável, tente descobrir o padrão de variação dos erros e corrija os resultados da medição com a fórmula de correção ou curva de correção; para erros sistemáticos desconhecidos, eles são tratados como erros aleatórios.

2 Elimine as causas raízes dos erros sistemáticos

Antes de medir, verifique o instrumento cuidadosamente, ajuste e instale-o corretamente, evite interferências externas, escolha uma boa posição de observação para eliminar paralaxe, escolha um momento em que as condições ambientais sejam mais estáveis ​​para leitura, etc.

3 Correção de feedback em tempo real

Devido à aplicação de tecnologia de medição automatizada e computadores, a correção de feedback em tempo real pode ser usada para eliminar mudanças complexas em um erro sistemático. Durante o processo de medição, o sensor será usado para converter essas alterações de erro em alguma forma de quantidade física (geralmente eletricidade), em tempo hábil de acordo com sua relação funcional, por meio do computador para calcular o valor do erro que afeta os resultados da medição e para fazer a correção automática em tempo real dos resultados da medição.

Existem também métodos que são especificamente adaptados para diferentes situações, como método alternativo, método de substituição, método de compensação, medição simétrica, medição combinada, etc.

Uma vez que existem erros em todas as medições, é essencial discutir os erros de medição e compreender suas leis, natureza, fontes e magnitude. Analisar erros de medição é importante para as pessoas melhorarem seus experimentos, para aumentar a precisão e exatidão das medições e até mesmo novas descobertas.