Błąd pomiaru nie musi oznaczać pomyłki. Rodzaje błędów pomiarowych

Czy wystąpienie nieprawidłowości w prowadzonych badaniach czy analizach otaczającej nas rzeczywistości oznacza konieczność odrzucenia uzyskanych wyników? Jak się okazuje, błędy pomiarowe nie zawsze są tożsame z pomyłką nakazującą negację wiarygodności rezultatu. Omówmy ich rodzaje i przedstawmy wzory. Przyjrzyj się bliżej temu tematowi!

Co to jest i na czym polega błąd pomiaru?

Zadaniem wszelkiego rodzaju pomiarów i analiz jest badanie pewnych wycinków rzeczywistości. W tym celu wykorzystuje się różnorodne narzędzia pomiarowe, których wybór zależy od specyfiki poodejmowanych czynności i ich przedmiotu. Jednak niezależnie od zastosowanych metod i technik zawsze istnieje mniejszy lub większy marginesu braku dokładności, czyli błędu pomiarowego. Nawet jeśli jest on minimalny, cały czas trzeba mieć go na uwadze związaną z nim niepewność wyników.

Jak zdefiniować błąd w dokładności pomiarowej? Niezależnie od jego rodzaju (m.in. względny i bezwzględny) definicja powinna wskazywać na to, że jego istota polega na odchyleniu wyników uzyskanych w jednostkowym pomiarze od rzeczywistych parametrów. Należy przy tym zauważyć, że realne wartości przeważnie pozostają nieokreślone, co każe z pewną dozą sceptycyzmu podchodzić do wyników wszelkich badań i analiz. Niepewność pomiarowa może zostać uznana za naturalne ograniczenie w poznawaniu przez człowieka otaczającej rzeczywistości.

Typy błędów pomiarowych

Jeden z podziałów, które stosuje się do kategoryzacji błędów pomiarów, obejmuje ich dwa podstawowe typy:

• bezwzględne,
• względne.

Pomiarowe błędy bezwzględne i względne

Pierwszy z tych dwóch rodzajów określa różnicę między uzyskanymi wynikami a rzeczywistymi wartościami. Co ważne, w mniejszym lub większym stopniu błąd bezwzględny występuje we wszystkich czynnościach pomiarowych niezależnie od wykorzystywanych narzędzi, technik i metod. Nie istnieją bowiem sposoby badania i analizy rzeczywistości, które gwarantują nieskończoną dokładność.

Przy prawidłowym użyciu odpowiednich instrumentów możliwe jest jednak zminimalizowanie błędu bezwzględnego do w pełni akceptowalnych wyników, które da się uznać za obiektywnie oddające konkretny odcinek rzeczywistości. Jednocześnie im większe odchylenie uzyskanego rezultatu od realnych parametrów, tym bardziej obniża się jego wiarygodność.

Istnieje wzór pozwalający obliczyć bezwzględny błąd pomiaru i wskazać, ile wynosi związana z nim niepewność badania:

Δx=|x−x0|

x – rzeczywista, dokładna wartość,

x0 – wartość zmierzona.

Z kolei względny błąd w dokładności pomiaru określa relację uzyskanych rezultatów do błędu względnego. Do jego obliczenia stosuje się następujący wzór:

δx = Δx/x0 = x-x0/x0

x0 – wartość mierzona,

Δx – błąd bezwzględny.

Ten rodzaj odchylenia jest z reguły przedstawiany w procentach lub promilach. Aby uzyskać wynik procentowy, należy skorzystać ze wzoru:

δx = Δx/x0 100

Wartość otrzymana po podstawieniu określonych liczb do wzoru wskazuje, jak duże może być odchylenie rezultatów od rzeczywistości.

Błędy systematyczne, losowe, nieistotne

Inny podział, zgodnie z którym można skategoryzować błąd pomiarowy, obejmuje jego następujące rodzaje:

• systematyczne,
• losowe,
• nieistotne.

Niepewność pomiaru generowana przez odchylenia określane mianem systematycznych polega na braku dokładności wyników, która wynika z możliwej do zdefiniowania przyczyny. Wśród nich należy wymienić m.in. zastosowanie różnych narzędzi pomiarowych, wykonanie badań w odmiennych warunkach czy w długim przedziale czasowych.

Kolejny w tej klasyfikacji rodzaj błędu ma charakter losowy, a więc wynika – jak sam nazwa wskazuje – z czynników niezależnych, których nie da się kontrolować. Z kolei nieistotne nieprawidłowości obniżające dokładność uzyskiwanych rezultatów są efektem niedostatecznego doświadczenia bądź nieprawidłowego wykonania czynności pomiarowych.

Z czego wynikają błędy pomiarowe?

Istnieje wiele rozmaitych czynników wpływających na niepewność rezultatów prowadzonych badań i analiz. Niektóre z nich zostały już wymienione, jak brak możliwości uzyskania nieskończonej dokładności z uwagi na ograniczenia narzędzi pomiarowych, niedostateczne doświadczenie ich operatorów czy nieodpowiednie warunki wykonania pomiaru. Różne rodzaje błędów pomiarowych mogą wystąpić również z innych powodów, jak np.:

• wzajemne oddziaływanie na siebie przyrządów wykorzystywanych do badania i jego przedmiotu,
• niewielkie rozmiary badanych obiektów, które powodują duży rozrzut uzyskiwanych wartości,
• nieprawidłowy dobór narzędzi, co uniemożliwia otrzymanie wiarygodnych rezultatów o maksymalnej dokładności.

Ograniczone możliwości pomiarów

Wiedząc, czym są błędy względne, bezwzględne i innego rodzaju, znając ich wzory i mając świadomość, na czym polega niepewność pomiarowa, łatwiej uniknij nieprawidłowości w działaniach badawczych i analitycznych. W ten sposób możesz także nabrać pokory wobec możliwości ludzkiej percepcji i pewną dozę sceptycyzmu do narzędzi wykorzystywanych do jej wspomagania, które cały czas są rozwijane, ale trudno sobie wyobrazić, żeby w przewidywalnym czasie ich dokładność była nieskończona.