Η αβεβαιότητα και το σφάλμα μέτρησης είναι βασικές προτάσεις που μελετώνται στη μετρολογία και επίσης μία από τις σημαντικές έννοιες που χρησιμοποιούνται συχνά από τους μετρολόγους. Σχετίζονται άμεσα με την αξιοπιστία των αποτελεσμάτων μέτρησης και την ακρίβεια και τη συνέπεια της μετάδοσης τιμών. Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι συγχέουν ή κάνουν κακή χρήση των δύο λόγω ασαφών εννοιών. Αυτό το άρθρο συνδυάζει την εμπειρία από τη μελέτη της «Αξιολόγησης και Έκφρασης της Αβεβαιότητας Μέτρησης» για να επικεντρωθεί στις διαφορές μεταξύ των δύο. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να διευκρινιστεί είναι η εννοιολογική διαφορά μεταξύ της αβεβαιότητας μέτρησης και του σφάλματος.
Η αβεβαιότητα μέτρησης χαρακτηρίζει την αξιολόγηση του εύρους τιμών στο οποίο βρίσκεται η πραγματική τιμή της μετρούμενης τιμής.Δίνει το διάστημα στο οποίο μπορεί να εμπίπτει η πραγματική τιμή σύμφωνα με μια ορισμένη πιθανότητα εμπιστοσύνης. Μπορεί να είναι η τυπική απόκλιση ή πολλαπλάσια αυτής ή το μισό πλάτος του διαστήματος που υποδεικνύει το επίπεδο εμπιστοσύνης. Δεν είναι ένα συγκεκριμένο πραγματικό σφάλμα, απλώς εκφράζει ποσοτικά το μέρος του εύρους σφάλματος που δεν μπορεί να διορθωθεί με τη μορφή παραμέτρων. Προέρχεται από την ατελή διόρθωση τυχαίων και συστηματικών επιδράσεων και είναι μια παράμετρος διασποράς που χρησιμοποιείται για τον χαρακτηρισμό των μετρούμενων τιμών που έχουν εύλογα αποδοθεί. Η αβεβαιότητα διαιρείται σε δύο τύπους συνιστωσών αξιολόγησης, Α και Β, ανάλογα με τη μέθοδο απόκτησής τους. Το στοιχείο αξιολόγησης τύπου Α είναι η αξιολόγηση αβεβαιότητας που γίνεται μέσω της στατιστικής ανάλυσης σειρών παρατηρήσεων και το στοιχείο αξιολόγησης τύπου Β εκτιμάται με βάση την εμπειρία ή άλλες πληροφορίες και θεωρείται ότι υπάρχει ένα στοιχείο αβεβαιότητας που αντιπροσωπεύεται από μια κατά προσέγγιση «τυπική απόκλιση».
Στις περισσότερες περιπτώσεις, το σφάλμα αναφέρεται σε σφάλμα μέτρησης και ο παραδοσιακός ορισμός του είναι η διαφορά μεταξύ του αποτελέσματος μέτρησης και της πραγματικής τιμής της μετρούμενης τιμής.Συνήθως μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες: συστηματικά σφάλματα και τυχαία σφάλματα. Το σφάλμα υπάρχει αντικειμενικά και θα πρέπει να έχει μια καθορισμένη τιμή, αλλά επειδή η πραγματική τιμή δεν είναι γνωστή στις περισσότερες περιπτώσεις, το πραγματικό σφάλμα δεν μπορεί να είναι γνωστό με ακρίβεια. Απλώς αναζητούμε την καλύτερη προσέγγιση της τιμής αλήθειας υπό ορισμένες συνθήκες και την ονομάζουμε συμβατική τιμή αλήθειας.
Μέσα από την κατανόηση της έννοιας, μπορούμε να δούμε ότι υπάρχουν κυρίως οι ακόλουθες διαφορές μεταξύ της αβεβαιότητας μέτρησης και του σφάλματος μέτρησης:
1. Διαφορές στους σκοπούς της αξιολόγησης:
Η αβεβαιότητα της μέτρησης έχει ως στόχο να υποδείξει τη διασπορά της μετρούμενης τιμής.
Ο σκοπός του σφάλματος μέτρησης είναι να υποδείξει τον βαθμό στον οποίο τα αποτελέσματα της μέτρησης αποκλίνουν από την πραγματική τιμή.
2. Η διαφορά μεταξύ των αποτελεσμάτων αξιολόγησης:
Η αβεβαιότητα μέτρησης είναι μια μη πρόσημη παράμετρος που εκφράζεται με τυπική απόκλιση ή πολλαπλάσια της τυπικής απόκλισης ή το μισό του διαστήματος εμπιστοσύνης. Αξιολογείται από άτομα με βάση πληροφορίες όπως πειράματα, δεδομένα και εμπειρία. Μπορεί να προσδιοριστεί ποσοτικά με δύο τύπους μεθόδων αξιολόγησης, Α και Β.
Το σφάλμα μέτρησης είναι μια τιμή με θετικό ή αρνητικό πρόσημο. Η τιμή του είναι το αποτέλεσμα μέτρησης μείον την μετρούμενη αληθή τιμή. Δεδομένου ότι η αληθής τιμή είναι άγνωστη, δεν μπορεί να ληφθεί με ακρίβεια. Όταν χρησιμοποιείται η συμβατική αληθής τιμή αντί της αληθούς τιμής, μπορεί να ληφθεί μόνο η εκτιμώμενη τιμή.
3. Η διαφορά των παραγόντων που επηρεάζουν:
Η αβεβαιότητα μέτρησης προκύπτει από τους ανθρώπους μέσω ανάλυσης και αξιολόγησης, επομένως σχετίζεται με την κατανόηση του μετρήσιμου μεγέθους από τους ανθρώπους, επηρεάζοντας την ποσότητα και τη διαδικασία μέτρησης.
Τα σφάλματα μέτρησης υπάρχουν αντικειμενικά, δεν επηρεάζονται από εξωτερικούς παράγοντες και δεν αλλάζουν με την κατανόηση των ανθρώπων.
Συνεπώς, κατά την εκτέλεση ανάλυσης αβεβαιότητας, θα πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη διάφοροι παράγοντες που επηρεάζουν την αβεβαιότητα και να επαληθεύεται η αξιολόγηση της αβεβαιότητας. Διαφορετικά, λόγω ανεπαρκούς ανάλυσης και εκτίμησης, η εκτιμώμενη αβεβαιότητα μπορεί να είναι μεγάλη όταν το αποτέλεσμα της μέτρησης είναι πολύ κοντά στην πραγματική τιμή (δηλαδή, το σφάλμα είναι μικρό) ή η δεδομένη αβεβαιότητα μπορεί να είναι πολύ μικρή όταν το σφάλμα μέτρησης είναι στην πραγματικότητα μεγάλο.
4. Διαφορές εκ φύσεως:
Γενικά, δεν είναι απαραίτητο να γίνεται διάκριση μεταξύ των ιδιοτήτων της αβεβαιότητας μέτρησης και των συνιστωσών αβεβαιότητας. Εάν χρειάζεται να γίνει διάκριση, θα πρέπει να εκφράζονται ως: «συνιστώσες αβεβαιότητας που εισάγονται από τυχαία φαινόμενα» και «συνιστώσες αβεβαιότητας που εισάγονται από συστημικά φαινόμενα».
Τα σφάλματα μέτρησης μπορούν να χωριστούν σε τυχαία σφάλματα και συστηματικά σφάλματα ανάλογα με τις ιδιότητές τους. Εξ ορισμού, τόσο τα τυχαία σφάλματα όσο και τα συστηματικά σφάλματα είναι ιδανικές έννοιες στην περίπτωση άπειρων μετρήσεων.
5. Η διαφορά μεταξύ της διόρθωσης των αποτελεσμάτων μέτρησης:
Ο όρος «αβεβαιότητα» από μόνος του υπονοεί μια εκτιμήσιμη τιμή. Δεν αναφέρεται σε μια συγκεκριμένη και ακριβή τιμή σφάλματος. Παρόλο που μπορεί να εκτιμηθεί, δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διόρθωση της τιμής. Η αβεβαιότητα που εισάγεται από ατελείς διορθώσεις μπορεί να ληφθεί υπόψη μόνο στην αβεβαιότητα των διορθωμένων αποτελεσμάτων μέτρησης.
Εάν η εκτιμώμενη τιμή του σφάλματος συστήματος είναι γνωστή, το αποτέλεσμα της μέτρησης μπορεί να διορθωθεί για να ληφθεί το διορθωμένο αποτέλεσμα μέτρησης.
Αφού διορθωθεί ένα μέγεθος, μπορεί να είναι πιο κοντά στην πραγματική τιμή, αλλά η αβεβαιότητά του όχι μόνο δεν μειώνεται, αλλά μερικές φορές γίνεται μεγαλύτερη. Αυτό συμβαίνει κυρίως επειδή δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ακριβώς πόση είναι η πραγματική τιμή, αλλά μπορούμε μόνο να εκτιμήσουμε τον βαθμό στον οποίο τα αποτελέσματα της μέτρησης είναι κοντά ή μακριά από την πραγματική τιμή.
Παρόλο που η αβεβαιότητα και το σφάλμα μέτρησης έχουν τις παραπάνω διαφορές, εξακολουθούν να είναι στενά συνδεδεμένα. Η έννοια της αβεβαιότητας είναι η εφαρμογή και η επέκταση της θεωρίας σφάλματος και η ανάλυση σφάλματος εξακολουθεί να αποτελεί τη θεωρητική βάση για την αξιολόγηση της αβεβαιότητας μέτρησης, ειδικά κατά την εκτίμηση στοιχείων τύπου Β, η ανάλυση σφάλματος είναι αδιαχώριστη. Για παράδειγμα, τα χαρακτηριστικά των οργάνων μέτρησης μπορούν να περιγραφούν με βάση το μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα, το σφάλμα ένδειξης κ.λπ. Η οριακή τιμή του επιτρεπόμενου σφάλματος του οργάνου μέτρησης που καθορίζεται στις τεχνικές προδιαγραφές και τους κανονισμούς ονομάζεται "μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα" ή "όριο επιτρεπόμενου σφάλματος". Είναι το επιτρεπόμενο εύρος του σφάλματος ένδειξης που καθορίζεται από τον κατασκευαστή για έναν συγκεκριμένο τύπο οργάνου, όχι το πραγματικό σφάλμα ενός συγκεκριμένου οργάνου. Το μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα ενός οργάνου μέτρησης μπορεί να βρεθεί στο εγχειρίδιο του οργάνου και εκφράζεται με ένα σύμβολο συν ή πλην όταν εκφράζεται ως αριθμητική τιμή, συνήθως εκφράζεται σε απόλυτο σφάλμα, σχετικό σφάλμα, σφάλμα αναφοράς ή συνδυασμό αυτών. Για παράδειγμα ±0,1PV, ±1% κ.λπ. Το μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα του οργάνου μέτρησης δεν είναι η αβεβαιότητα μέτρησης, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για την αξιολόγηση της αβεβαιότητας μέτρησης. Η αβεβαιότητα που εισάγεται από το όργανο μέτρησης στο αποτέλεσμα της μέτρησης μπορεί να αξιολογηθεί σύμφωνα με το μέγιστο επιτρεπόμενο σφάλμα του οργάνου σύμφωνα με τη μέθοδο αξιολόγησης τύπου Β. Ένα άλλο παράδειγμα είναι η διαφορά μεταξύ της τιμής ένδειξης του οργάνου μέτρησης και της συμφωνημένης πραγματικής τιμής της αντίστοιχης εισόδου, η οποία είναι το σφάλμα ένδειξης του οργάνου μέτρησης. Για τα φυσικά εργαλεία μέτρησης, η υποδεικνυόμενη τιμή είναι η ονομαστική της τιμή. Συνήθως, η τιμή που παρέχεται ή αναπαράγεται από ένα πρότυπο μέτρησης υψηλότερου επιπέδου χρησιμοποιείται ως η συμφωνημένη πραγματική τιμή (συχνά ονομάζεται τιμή βαθμονόμησης ή τυπική τιμή). Στην εργασία επαλήθευσης, όταν η διευρυμένη αβεβαιότητα της τυπικής τιμής που δίνεται από το πρότυπο μέτρησης είναι 1/3 έως 1/10 του μέγιστου επιτρεπόμενου σφάλματος του υπό δοκιμή οργάνου και το σφάλμα ένδειξης του υπό δοκιμή οργάνου είναι εντός του καθορισμένου μέγιστου επιτρεπόμενου σφάλματος, μπορεί να κριθεί ως κατάλληλο.
Ώρα δημοσίευσης: 10 Αυγούστου 2023
