Природа экспериментальных ошибок и неопределенностей

Последовательность проведения экспериментов должна быть следующей: вначале проводится планирование, затем приобретается оборудование, после этого проводятся испытания и наконец выполняется анализ и составляется отчет. При планировании и приобретении оборудования анализ ошибок должен быть на первом плане. Если технические ограничения приводят к слишком большой неопределенности или финансовые затруднения не позволяют приобрести приборы требуемой точности, то проведение эксперимента невозможно.

 

Виды ошибок. Существуют три основных источника ошибок.

1. Основной чувствительный элемент неправильно отражает измеряемую величину. Например, если спай термопары подвергается коррозии или некачественный, то температура спая будет отличаться от температуры тела, с которым контактирует.

2. Неспособность индикатора или какой-либо промежуточной части прибора правильно отражать реакцию чувствительного элемента. Например, потенциометр при подключении термопары дает неправильные показания из-за неисправности его механических или электрических элементов.

3. Неспособность наблюдателя правильно регистрировать показания прибора. Например, у него двоится в глазах.

При проведении эксперимента эти три источника погрешностей приводят к двум основным классам ошибок: случайные и систематические. Случайная ошибка имеет место, когда при последовательных измерениях постоянной величины получают различные числовые значения. Систематическая ошибка наблюдается в тех случаях, когда среднее значение последовательных отсчетов отклоняется от известного точного значения и продолжает отклоняться независимо от числа последовательных отсчетов. Прибор может давать большой разброс показаний и в то же время не иметь систематической ошибки.

Чтобы определить, какая из двух ошибок наблюдается, необходимо провести калибровку или какую-либо другую аналогичную проверку прибора. В процессе планирования эксперимента мы можем ничего не знать о характере ошибок, кроме того, что следует ожидать некоторого отклонения от точного значения. В этом случае мы имеем дело не с ошибкой, а с неопределенностью и вычисляем или угадываем величину этой неопределенности. Неопределенность может иметь как случайную, ток и систематическую составляющие.

Систематическую ошибку легко устранить путем калибровки или ремонта прибора. Для исследования случайных ошибок надо знать некоторые разделы математической статистики и теории вероятностей.