عدم قطعیت و خطای اندازهگیری، گزارههای اساسی مورد مطالعه در اندازهگیری هستند و همچنین یکی از مفاهیم مهمی هستند که اغلب توسط آزمایشکنندگان اندازهگیری استفاده میشوند. این موضوع ارتباط مستقیمی با قابلیت اطمینان نتایج اندازهگیری و دقت و ثبات انتقال مقدار دارد. با این حال، بسیاری از افراد به دلیل مفاهیم مبهم، به راحتی این دو را با هم اشتباه میگیرند یا به اشتباه از هم استفاده میکنند. این مقاله، تجربه مطالعه «ارزیابی و بیان عدم قطعیت اندازهگیری» را با تمرکز بر تفاوتهای بین این دو ترکیب میکند. اولین چیزی که باید روشن شود، تفاوت مفهومی بین عدم قطعیت اندازهگیری و خطا است.
عدم قطعیت اندازهگیری، ارزیابی محدوده مقادیری را مشخص میکند که مقدار واقعی مقدار اندازهگیری شده در آن قرار دارد.این پارامتر، بازه ای را نشان میدهد که در آن مقدار واقعی ممکن است طبق یک احتمال اطمینان خاص، کاهش یابد. این میتواند انحراف معیار یا مضربی از آن یا نصف عرض بازه باشد که نشاندهنده سطح اطمینان است. این یک خطای واقعی خاص نیست، بلکه فقط به صورت کمی بخشی از محدوده خطا را که نمیتوان آن را به شکل پارامترها اصلاح کرد، بیان میکند. این پارامتر از اصلاح ناقص اثرات تصادفی و اثرات سیستماتیک مشتق شده است و یک پارامتر پراکندگی است که برای توصیف مقادیر اندازهگیری شدهای که به طور منطقی تعیین شدهاند، استفاده میشود. عدم قطعیت بر اساس روش به دست آوردن آنها به دو نوع مؤلفه ارزیابی، A و B، تقسیم میشود. مؤلفه ارزیابی نوع A، ارزیابی عدم قطعیتی است که از طریق تجزیه و تحلیل آماری سریهای مشاهده انجام میشود و مؤلفه ارزیابی نوع B بر اساس تجربه یا سایر اطلاعات تخمین زده میشود و فرض میشود که یک مؤلفه عدم قطعیت وجود دارد که با یک "انحراف معیار" تقریبی نشان داده میشود.
در بیشتر موارد، خطا به خطای اندازهگیری اشاره دارد و تعریف سنتی آن، اختلاف بین نتیجه اندازهگیری و مقدار واقعی مقدار اندازهگیری شده است.معمولاً میتوان آنها را به دو دسته تقسیم کرد: خطاهای سیستماتیک و خطاهای تصادفی. خطا به صورت عینی وجود دارد و باید مقدار مشخصی داشته باشد، اما از آنجایی که مقدار واقعی در بیشتر موارد مشخص نیست، نمیتوان خطای واقعی را به طور دقیق مشخص کرد. ما فقط به دنبال بهترین تقریب از مقدار واقعی تحت شرایط خاص هستیم و آن را مقدار واقعی قراردادی مینامیم.
با درک این مفهوم، میتوانیم ببینیم که عمدتاً تفاوتهای زیر بین عدم قطعیت اندازهگیری و خطای اندازهگیری وجود دارد:
۱. تفاوت در اهداف ارزیابی:
عدم قطعیت اندازهگیری برای نشان دادن پراکندگی مقدار اندازهگیری شده در نظر گرفته شده است؛
هدف از خطای اندازهگیری، نشان دادن میزان انحراف نتایج اندازهگیری از مقدار واقعی است.
۲. تفاوت بین نتایج ارزیابی:
عدم قطعیت اندازهگیری یک پارامتر بدون علامت است که با انحراف معیار یا مضربی از انحراف معیار یا نصف عرض فاصله اطمینان بیان میشود. این پارامتر توسط افراد بر اساس اطلاعاتی مانند آزمایشها، دادهها و تجربه ارزیابی میشود. میتوان آن را به صورت کمی با دو نوع روش ارزیابی، الف و ب، تعیین کرد.
خطای اندازهگیری مقداری با علامت مثبت یا منفی است. مقدار آن حاصل اندازهگیری منهای مقدار واقعی اندازهگیری شده است. از آنجایی که مقدار واقعی ناشناخته است، نمیتوان آن را به طور دقیق به دست آورد. وقتی به جای مقدار واقعی از مقدار واقعی قراردادی استفاده میشود، فقط میتوان مقدار تخمینی را به دست آورد.
۳. تفاوت عوامل مؤثر:
عدم قطعیت اندازهگیری توسط افراد از طریق تجزیه و تحلیل و ارزیابی به دست میآید، بنابراین به درک افراد از شیء اندازهگیریشده مربوط میشود و بر کمیت و فرآیند اندازهگیری تأثیر میگذارد.
خطاهای اندازهگیری به صورت عینی وجود دارند، تحت تأثیر عوامل خارجی قرار نمیگیرند و با درک افراد تغییر نمیکنند؛
بنابراین، هنگام انجام تحلیل عدم قطعیت، عوامل مؤثر مختلف باید به طور کامل در نظر گرفته شوند و ارزیابی عدم قطعیت باید تأیید شود. در غیر این صورت، به دلیل تحلیل و تخمین ناکافی، عدم قطعیت تخمین زده شده ممکن است زمانی که نتیجه اندازهگیری بسیار نزدیک به مقدار واقعی است (یعنی خطا کوچک است) بزرگ باشد، یا عدم قطعیت داده شده ممکن است زمانی که خطای اندازهگیری در واقع بزرگ است، بسیار کوچک باشد.
۴. تفاوتهای ذاتی:
عموماً تفکیک ویژگیهای عدم قطعیت اندازهگیری و اجزای عدم قطعیت غیرضروری است. در صورت نیاز به تفکیک، باید به صورت زیر بیان شوند: «اجزای عدم قطعیت ناشی از اثرات تصادفی» و «اجزای عدم قطعیت ناشی از اثرات سیستم»؛
خطاهای اندازهگیری را میتوان بر اساس ویژگیهایشان به خطاهای تصادفی و خطاهای سیستماتیک تقسیم کرد. طبق تعریف، هم خطاهای تصادفی و هم خطاهای سیستماتیک در مورد اندازهگیریهای بینهایت، مفاهیم ایدهآلی هستند.
5. تفاوت بین اصلاح نتایج اندازه گیری:
اصطلاح «عدم قطعیت» خود به یک مقدار قابل تخمین اشاره دارد. این اصطلاح به یک مقدار خطای خاص و دقیق اشاره نمیکند. اگرچه میتوان آن را تخمین زد، اما نمیتوان از آن برای اصلاح مقدار استفاده کرد. عدم قطعیت ایجاد شده توسط اصلاحات ناقص را فقط میتوان در عدم قطعیت نتایج اندازهگیری اصلاح شده در نظر گرفت.
اگر مقدار تخمینی خطای سیستم مشخص باشد، میتوان نتیجه اندازهگیری را اصلاح کرد تا نتیجه اندازهگیری اصلاحشده به دست آید.
پس از اصلاح یک مقدار، ممکن است به مقدار واقعی نزدیکتر باشد، اما عدم قطعیت آن نه تنها کاهش نمییابد، بلکه گاهی اوقات بزرگتر میشود. این امر عمدتاً به این دلیل است که ما نمیتوانیم دقیقاً بدانیم مقدار واقعی چقدر است، بلکه فقط میتوانیم درجهای را که نتایج اندازهگیری به مقدار واقعی نزدیک یا دور هستند، تخمین بزنیم.
اگرچه عدم قطعیت اندازهگیری و خطا تفاوتهای فوق را دارند، اما همچنان ارتباط نزدیکی با هم دارند. مفهوم عدم قطعیت، کاربرد و گسترش نظریه خطا است و تحلیل خطا هنوز مبنای نظری برای ارزیابی عدم قطعیت اندازهگیری است، به خصوص هنگام تخمین اجزای نوع B، تحلیل خطا جداییناپذیر است. به عنوان مثال، ویژگیهای ابزارهای اندازهگیری را میتوان بر اساس حداکثر خطای مجاز، خطای نشانهگذاری و غیره توصیف کرد. مقدار حد خطای مجاز ابزار اندازهگیری که در مشخصات فنی و مقررات مشخص شده است، "حداکثر خطای مجاز" یا "حد خطای مجاز" نامیده میشود. این محدوده مجاز خطای نشانهگذاری است که توسط سازنده برای نوع خاصی از ابزار مشخص شده است، نه خطای واقعی یک ابزار خاص. حداکثر خطای مجاز یک ابزار اندازهگیری را میتوان در دفترچه راهنمای ابزار یافت و هنگامی که به عنوان یک مقدار عددی بیان میشود، معمولاً به صورت خطای مطلق، خطای نسبی، خطای مرجع یا ترکیبی از آنها بیان میشود، با علامت مثبت یا منفی بیان میشود. برای مثال ±0.1PV، ±1% و غیره. حداکثر خطای مجاز ابزار اندازهگیری، عدم قطعیت اندازهگیری نیست، اما میتواند به عنوان مبنایی برای ارزیابی عدم قطعیت اندازهگیری مورد استفاده قرار گیرد. عدم قطعیت ایجاد شده توسط ابزار اندازهگیری در نتیجه اندازهگیری را میتوان بر اساس حداکثر خطای مجاز ابزار طبق روش ارزیابی نوع B ارزیابی کرد. مثال دیگر، تفاوت بین مقدار نشاندهی ابزار اندازهگیری و مقدار واقعی توافق شده ورودی مربوطه است که همان خطای نشاندهی ابزار اندازهگیری است. برای ابزارهای اندازهگیری فیزیکی، مقدار نشان داده شده، مقدار اسمی آن است. معمولاً مقدار ارائه شده یا بازتولید شده توسط یک استاندارد اندازهگیری سطح بالاتر به عنوان مقدار واقعی توافق شده (که اغلب مقدار کالیبراسیون یا مقدار استاندارد نامیده میشود) استفاده میشود. در کار تأیید، هنگامی که عدم قطعیت گسترده مقدار استاندارد داده شده توسط استاندارد اندازهگیری 1/3 تا 1/10 حداکثر خطای مجاز ابزار آزمایش شده باشد و خطای نشاندهی ابزار آزمایش شده در محدوده حداکثر خطای مجاز مشخص شده باشد، میتوان آن را واجد شرایط دانست.
زمان ارسال: ۱۰ آگوست ۲۰۲۳
