Błąd obserwacji

Niedoskonała kalibracjaEdit

Źródłem błędu systematycznego może być niedoskonała kalibracja przyrządów pomiarowych (błąd zerowy), zmiany w otoczeniu, które zakłócają proces pomiaru, a czasem niedoskonałe metody obserwacji mogą być zarówno błędem zerowym jak i procentowym. Jeśli weźmiemy pod uwagę eksperymentatora dokonującego odczytu okresu czasu wahadła wahającego się obok markera fiducial: Jeśli ich stoper lub timer zaczyna się od 1 sekundy na zegarze, to wszystkie ich wyniki będą się różnić o 1 sekundę (błąd zerowy). Jeśli eksperymentator powtórzy ten eksperyment dwadzieścia razy (zaczynając od 1 sekundy za każdym razem), to będzie procentowy błąd w obliczonej średniej ich wyników; ostateczny wynik będzie nieco większy niż prawdziwy okres.

Odległość mierzona przez radar będzie systematycznie zawyżona, jeśli nie uwzględni się nieznacznego spowolnienia fal w powietrzu. Błędne zerowanie przyrządu prowadzące do błędu zerowego jest przykładem błędu systematycznego w oprzyrządowaniu.

Błędy systematyczne mogą również występować w wynikach oszacowania opartego na modelu matematycznym lub prawie fizycznym. Na przykład, szacowana częstotliwość oscylacji wahadła będzie systematycznie błędna, jeśli nie uwzględni się niewielkiego ruchu podpory.

QuantityEdit

Błędy systematyczne mogą być albo stałe, albo związane (np. proporcjonalne lub procentowe) z rzeczywistą wartością mierzonej wielkości, a nawet z wartością innej wielkości (na odczyt linijki może mieć wpływ temperatura otoczenia). Jeżeli jest ona stała, wynika po prostu z nieprawidłowego wyzerowania przyrządu. Gdy nie jest stała, może zmieniać swój znak. Na przykład, jeżeli termometr jest obarczony proporcjonalnym błędem systematycznym równym 2% temperatury rzeczywistej, a temperatura rzeczywista wynosi 200°, 0° lub -100°, zmierzona temperatura będzie wynosić odpowiednio 204° (błąd systematyczny = +4°), 0° (zerowy błąd systematyczny) lub -102° (błąd systematyczny = -2°). Tak więc temperatura będzie zawyżona, gdy będzie powyżej zera i zaniżona, gdy będzie poniżej zera.

DriftEdit

Błędy systematyczne, które zmieniają się podczas eksperymentu (dryf) są łatwiejsze do wykrycia. Pomiary wykazują tendencje w czasie, a nie zmieniają się losowo wokół średniej. Dryf jest oczywisty, jeśli pomiar stałej wielkości jest powtarzany kilka razy, a pomiary dryfują w jedną stronę podczas eksperymentu. Jeśli następny pomiar jest wyższy niż poprzedni, co może się zdarzyć, jeśli przyrząd nagrzewa się podczas eksperymentu, wówczas mierzona wielkość jest zmienna i możliwe jest wykrycie dryfu poprzez sprawdzenie odczytu zerowego podczas eksperymentu, jak również na początku eksperymentu (w rzeczywistości odczyt zerowy jest pomiarem stałej wielkości). Jeżeli odczyt zerowy jest stale powyżej lub poniżej zera, występuje błąd systematyczny. Jeśli nie można go wyeliminować, potencjalnie przez wyzerowanie przyrządu bezpośrednio przed eksperymentem, wówczas należy go dopuścić, odejmując jego (być może zmienną w czasie) wartość od odczytów, i biorąc go pod uwagę przy ocenie dokładności pomiaru.

Jeśli nie widać żadnego wzorca w serii powtarzanych pomiarów, obecność stałych błędów systematycznych można stwierdzić tylko wtedy, gdy pomiary są sprawdzane, albo przez pomiar znanej wielkości, albo przez porównanie odczytów z odczytami dokonanymi za pomocą innej aparatury, o której wiadomo, że jest dokładniejsza. Na przykład, jeśli pomyślimy o odmierzaniu czasu wahadła za pomocą dokładnego stopera kilka razy, otrzymamy odczyty losowo rozłożone wokół średniej. Błąd systematyczny jest obecny, jeśli stoper jest sprawdzany w odniesieniu do „mówiącego zegara” systemu telefonicznego i okazuje się, że działa wolno lub szybko. Oczywiste jest, że wahadłowe pomiary czasu muszą być skorygowane zgodnie z tym, jak szybko lub wolno działał stoper.

Przyrządy pomiarowe, takie jak amperomierze i woltomierze, muszą być okresowo sprawdzane względem znanych wzorców.

Błędy systematyczne można również wykryć, mierząc już znane wielkości. Na przykład, spektrometr wyposażony w siatkę dyfrakcyjną może być sprawdzony przez użycie go do pomiaru długości fali linii D widma elektromagnetycznego sodu, które są przy 600 nm i 589,6 nm. Pomiary mogą być wykorzystane do określenia liczby linii na milimetr siatki dyfrakcyjnej, która może być następnie wykorzystana do pomiaru długości fali każdej innej linii spektralnej.

Stałe błędy systematyczne są bardzo trudne do usunięcia, ponieważ ich skutki są obserwowalne tylko wtedy, gdy można je usunąć. Błędów takich nie można usunąć przez powtarzanie pomiarów lub uśrednianie dużej liczby wyników. Powszechnie stosowaną metodą usuwania błędów systematycznych jest kalibracja przyrządu pomiarowego.