Niepewność pomiaru i błąd pomiaru to podstawowe pojęcia badane w metrologii, a także jedne z ważnych pojęć często używanych przez metrologów. Są one bezpośrednio związane z wiarygodnością wyników pomiarów oraz dokładnością i spójnością przekazu wartości. Jednak wiele osób łatwo myli lub nadużywa tych dwóch pojęć z powodu niejasności pojęciowych. Niniejszy artykuł łączy doświadczenia z badań nad „Oceną i wyrażaniem niepewności pomiaru”, aby skupić się na różnicach między nimi. Pierwszą rzeczą, którą należy wyjaśnić, jest różnica pojęciowa między niepewnością pomiaru a błędem.
Niepewność pomiaru charakteryzuje ocenę zakresu wartości, w którym mieści się prawdziwa wartość mierzonej wielkości.Określa przedział, w którym wartość prawdziwa może przypadać zgodnie z określonym prawdopodobieństwem ufności. Może to być odchylenie standardowe lub jego wielokrotności, albo połówkowa szerokość przedziału wskazująca poziom ufności. Nie jest to konkretny błąd prawdziwy, lecz ilościowo wyraża część zakresu błędu, której nie można skorygować w postaci parametrów. Jest ona pochodną niedoskonałej korekty efektów przypadkowych i systematycznych i jest parametrem dyspersji używanym do charakteryzowania wartości zmierzonych, które są rozsądnie przypisane. Niepewność dzieli się na dwa typy składowych oceny, A i B, w zależności od metody ich uzyskiwania. Składowa oceny typu A to ocena niepewności dokonywana poprzez analizę statystyczną szeregów obserwacyjnych, a składowa oceny typu B jest szacowana na podstawie doświadczenia lub innych informacji, przy czym zakłada się, że istnieje składowa niepewności reprezentowana przez przybliżone „odchylenie standardowe”.
W większości przypadków błąd oznacza błąd pomiaru i jest tradycyjnie definiowany jako różnica między wynikiem pomiaru a rzeczywistą wartością mierzonej.Zazwyczaj można je podzielić na dwie kategorie: błędy systematyczne i błędy przypadkowe. Błąd istnieje obiektywnie i powinien mieć określoną wartość, ale ponieważ w większości przypadków wartość prawdziwa nie jest znana, nie można dokładnie określić rzeczywistego błędu. Po prostu szukamy najlepszego przybliżenia wartości logicznej w określonych warunkach i nazywamy ją konwencjonalną wartością logiczną.
Dzięki zrozumieniu tej koncepcji możemy zauważyć, że między niepewnością pomiaru a błędem pomiaru istnieją następujące główne różnice:
1. Różnice w celach oceny:
Niepewność pomiaru ma na celu wskazanie rozrzutu wartości mierzonej;
Błąd pomiaru służy wskazaniu stopnia, w jakim wyniki pomiaru odbiegają od wartości prawdziwej.
2. Różnica pomiędzy wynikami oceny:
Niepewność pomiaru to parametr bez znaku wyrażony jako odchylenie standardowe, wielokrotność odchylenia standardowego lub szerokość połówkowa przedziału ufności. Jest ona oceniana przez ludzi na podstawie informacji takich jak eksperymenty, dane i doświadczenie. Można ją określić ilościowo za pomocą dwóch rodzajów metod oceny: A i B.
Błąd pomiaru to wartość ze znakiem dodatnim lub ujemnym. Jego wartość to wynik pomiaru pomniejszony o zmierzoną wartość prawdziwą. Ponieważ wartość prawdziwa jest nieznana, nie można jej dokładnie uzyskać. Użycie konwencjonalnej wartości prawdziwej zamiast wartości prawdziwej pozwala na uzyskanie jedynie wartości szacowanej.
3. Różnica czynników wpływających:
Niepewność pomiaru ludzie uzyskują poprzez analizę i ocenę, jest więc związana ze zrozumieniem przez nich wielkości mierzonej, wpływającej na wielkość i proces pomiaru;
Błędy pomiarowe istnieją obiektywnie, nie są uwarunkowane czynnikami zewnętrznymi i nie zmieniają się wraz ze zrozumieniem człowieka;
Dlatego podczas analizy niepewności należy w pełni uwzględnić różne czynniki wpływające i zweryfikować ocenę niepewności. W przeciwnym razie, z powodu niewystarczającej analizy i oszacowania, oszacowana niepewność może być duża, gdy wynik pomiaru jest bardzo bliski wartości rzeczywistej (tj. błąd jest niewielki), lub podana niepewność może być bardzo mała, gdy błąd pomiaru jest rzeczywiście duży.
4. Różnice ze względu na charakter:
Zasadniczo nie ma potrzeby rozróżniania właściwości niepewności pomiaru i składowych niepewności. Jeśli zachodzi taka potrzeba, należy je wyrazić jako: „składowe niepewności wprowadzane przez efekty losowe” i „składowe niepewności wprowadzane przez efekty systemowe”;
Błędy pomiarowe można podzielić na błędy losowe i błędy systematyczne, w zależności od ich właściwości. Z definicji zarówno błędy losowe, jak i błędy systematyczne są pojęciami idealnymi w przypadku nieskończenie wielu pomiarów.
5. Różnica pomiędzy korektą wyników pomiaru:
Termin „niepewność” sam w sobie implikuje wartość możliwą do oszacowania. Nie odnosi się on do konkretnej i dokładnej wartości błędu. Chociaż można ją oszacować, nie można jej wykorzystać do skorygowania tej wartości. Niepewność wprowadzona przez niedoskonałe poprawki może być uwzględniona jedynie w niepewności skorygowanych wyników pomiarów.
Jeżeli znana jest szacowana wartość błędu systemu, wynik pomiaru można skorygować w celu uzyskania poprawnego wyniku pomiaru.
Po skorygowaniu wielkości, może ona być bliższa wartości rzeczywistej, ale jej niepewność nie tylko nie maleje, ale czasami wręcz wzrasta. Dzieje się tak głównie dlatego, że nie wiemy dokładnie, ile wynosi wartość rzeczywista, a jedynie szacujemy, w jakim stopniu wyniki pomiaru są zbliżone lub od niej odległe.
Chociaż niepewność pomiaru i błąd pomiaru różnią się od siebie w sposób opisany powyżej, nadal są ze sobą ściśle powiązane. Pojęcie niepewności stanowi zastosowanie i rozwinięcie teorii błędów, a analiza błędów nadal stanowi teoretyczną podstawę oceny niepewności pomiaru, zwłaszcza w przypadku szacowania składowych typu B. Analiza błędów jest nierozerwalnie związana. Na przykład, charakterystyki przyrządów pomiarowych można opisać za pomocą maksymalnego błędu dopuszczalnego, błędu wskazania itp. Wartość graniczna błędu dopuszczalnego przyrządu pomiarowego określona w specyfikacjach technicznych i przepisach nazywana jest „maksymalnym błędem dopuszczalnym” lub „granicą błędu dopuszczalnego”. Jest to dopuszczalny zakres błędu wskazania określony przez producenta dla danego typu przyrządu, a nie rzeczywisty błąd danego przyrządu. Maksymalny błąd dopuszczalny przyrządu pomiarowego można znaleźć w instrukcji obsługi przyrządu i jest on oznaczony znakiem plus lub minus, gdy jest wyrażony jako wartość liczbowa, zazwyczaj wyrażany jako błąd bezwzględny, błąd względny, błąd odniesienia lub ich kombinacja. Na przykład ±0,1PV, ±1% itd. Maksymalny dopuszczalny błąd przyrządu pomiarowego nie jest niepewnością pomiaru, ale może być użyty jako podstawa do oceny niepewności pomiaru. Niepewność wprowadzona przez przyrząd pomiarowy do wyniku pomiaru może być oceniona zgodnie z maksymalnym dopuszczalnym błędem przyrządu zgodnie z metodą oceny typu B. Innym przykładem jest różnica między wartością wskazania przyrządu pomiarowego a uzgodnioną wartością prawdziwą odpowiadającego mu wejścia, która jest błędem wskazania przyrządu pomiarowego. W przypadku fizycznych przyrządów pomiarowych wskazana wartość jest ich wartością nominalną. Zwykle wartość podana lub odtworzona przez wzorzec pomiarowy wyższego poziomu jest używana jako uzgodniona wartość prawdziwa (często nazywana wartością kalibracji lub wartością standardową). W pracach weryfikacyjnych, gdy rozszerzona niepewność wartości standardowej podanej przez wzorzec pomiarowy wynosi od 1/3 do 1/10 maksymalnego dopuszczalnego błędu badanego przyrządu, a błąd wskazania badanego przyrządu mieści się w określonym maksymalnym dopuszczalnym błędzie, można go uznać za kwalifikowany.
Czas publikacji: 10 sierpnia 2023 r.
