Mittausvirhe

Mittausvirhe tarkoittaa tieteellisessä tutkimuksessa havainnoitavan suureen todellisen arvon ja mitatun arvon eroa. Kokeellisen tieteen tutkimuksissa samasta havaintoyksiköstä voidaan tavallisesti tehdä toistomittauksia. Tällöin mittausvirheen suuruudelle on mahdollista antaa arvio. Kun toistomittauksia ei ole mahdollista tehdä, ei mittausvirheestä voida antaa arviota. Tuloksien tilastollisissa analyysissa voidaan kuitenkin usein ottaa huomioon mittausvirheen vaikutus. Mittausvirhe on aina likiarvo, sillä mittaustuloksiin liittyy aina epätarkkuutta. Mittausvirhe voidaan jaotella karkeaan, systemaattiseen ja satunnaiseen virheeseen.

Karkea virhe

Karkea virhe on se, mitä arkikielessä käsitetään sanalla virhe. Mittaustulokset, joiden kohdalla epäillään karkeaa virhettä, pyritään tavallisesti hylkäämään. Karkeita virheitä syntyy esimerkiksi, jos mitta-asteikkoa luetaan väärin, mittalaiteeseen tulee toimintahäiriö tai tietojen tallennuksessa tapahtuu virhe. Mittauspisteitä ei kuitenkaan saa hylätä, jos mittaajalla ei ole tuntumaa siihen, mistä erikoinen arvo saattaa johtua. Perusteeton hylkääminen ei ole hyvän tieteen teon periaatteiden mukaista. Mittausvirhe voi paljastua tuloksia vertaillessa.

Systemaattinen virhe

Systemaattinen virhe tarkoittaa virhettä, joka johtuu käytetystä mittalaiteesta tai mittausmenetelmästä. Virhe voi johtua nollakohdan virheellisestä asettamisesta, huolimattomuudesta johtuvasta mittausvirheestä tai laitteiston puutteellisesta kalibroimisesta. Esimerkiksi mittanauha on suunniteltu käytettäväksi huoneenlämpötilassa ja voi näyttää systemaattisesti lämpölaajenemisesta johtuen liian pientä lukemaa korkean lämpötilan mittauksissa. Tällaisissa tilanteissa virhe on mahdollista korjata kalibroimalla mittalaite standardinäytteellä. Mielipidetutkimuksissa voi tulla systemaattista virhettä, jos kysymyksen asettelu on epäonnistunut. Systemaattinen virhe voidaan poistaa kokonaan. Virhettä on vaikea huomata, mutta se voidaan huomata toistamalla mittaus toisenlaisella mittausjärjestelyllä.

Satunnainen virhe

Satunnainen eli tilastollinen virhe on mittauksissa aina läsnä eli sitä ei voi poistaa kokonaan. Kokeellisissa tutkimuksissa satunnaisen virheen osuus voidaan havaita, kun mittalaite on tarpeeksi tarkka. Tällainen virhe ei yleensä aiheuta harhaa tuloksiin, kunhan mittaukset toistetaan tarpeeksi monta kertaa, koska eri suuntiin olevat virheet kumoavat toisensa. Kokeellisessa tutkimuksessa satunnaiselle mittausvirheelle voidaan laskea arvio.

Suhteellinen ja absoluuttinen virhe

Mittaustuloksissa suhteellinen virhe kertoo, kuinka suuri absoluuttinen virhe on suhteessa mittaustulokseen. Mitatun suureen arvo voidaan esittää näin: x= x𝑚 ± Δx. Suhteellinen virhe usein lasketaan kaavalla Δx / x𝑚 ∙ 100 %. Laskukaavassa x on mitattu suure, Δx on absoluuttinen virhe ja x𝑚 on saatu mittaustulos.

Lähteet

• John R. Taylor: An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Sciences. 2nd ed. University Science Books, 1997. ISBN 0-935702-75-X. (englanniksi)

Katso myös

• Virhe (kokeellinen tiede) Virheen käsittelystä ja ilmoittamisesta
• Virheen kasautumislaki Miten virheet kasautuvat