مقدمه ای بر عدم قطعیت اندازه گیری

مقدمه ای بر عدم قطعیت اندازه گیری

هر زمان که اندازه گیری انجام شود، نتیجه هرگز دقیق نخواهد بود. مهم نیست که چقدر دقیق یا علمی، هر اندازه گیری مستعد خطا و عدم قطعیت است. اندازه گیری بهترین تخمین کمی از یک مشاهده است که توسط یک یا چند عامل محدود کننده محدود می شود. این محدودیت ها در نتیجه مشاهده شده تردید ایجاد می کند و مفهوم عدم قطعیت را معرفی می کند.

آزمایشگاه ها و تولید کنندگان در سراسر جهان هر روز اندازه گیری ها را انجام می دهند. نتایج اندازه گیری ها و نتایج حاصل از آنها بر کیفیت و ایمنی محصولات و خدمات مورد استفاده مصرف کنندگان تأثیر می گذارد. بنابراین، آموزش و آگاهی از عدم قطعیت در اندازه گیری بیش از هر زمان دیگری اهمیت دارد.

داده های اندازه گیری کمی معمولاً برای تأثیر گذاری و تصمیم گیری استفاده می شود. با هر تصمیم، پذیرش، ریسکی همراه است. عدم قطعیت پارامتری است که کیفیت داده های اندازه گیری را نشان می دهد. درک معنی و کاربرد عدم قطعیت به ایجاد اعتماد در تصمیم گیری کمک می کند.

اطلاعات زیر قصد دارد خوانندگان را با مفهوم عدم قطعیت در نتایج اندازه گیری آشنا کند. اطلاعات بیشتر در مورد عدم قطعیت اندازه گیری و تجزیه و تحلیل عدم قطعیت را می توان در مراجع اصلی در سایت ما یافت.

عدم قطعیت اندازه گیری چیست؟

بر اساس نسخه 2012 واژگان BIPM در مترولوژی (VIM)، اصطلاح عدم قطعیت به عنوان یک پارامتر غیر منفی تعریف می شود که پراکندگی مقادیر کمیت را که به یک اندازه گیری نسبت داده می شود، بر اساس اطلاعات استفاده شده، مشخص می کند.

اساساً، عدم قطعیت یک نتیجه اندازه گیری، شک مرتبط با نتیجه اندازه گیری است. صرف نظر از میزان دقیق یا علمی، همه اندازه‌ گیری‌ها در معرض خطا و عدم قطعیت هستند. ما هرگز نمی توانیم کاملاً مطمئن باشیم که یک نتیجه اندازه گیری درست  است. بنابراین، ما باید مرزی ایجاد کنیم که مطمئن باشیم نتیجه اندازه گیری بین آن قرار دارد.

خطا در مقابل عدم قطعیت

خطا و عدم قطعیت دو اصطلاحی هستند که در گذشته به جای هم استفاده می شدند. با این حال، معنای هر اصطلاح به طور مشخص متفاوت است.

• عدم قطعیت، کمی سازی شک مرتبط با نتیجه اندازه گیری است. اساساً چیزی در مورد کیفیت آن بیان می کند.
• خطا تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی چیزی است که اندازه گیری می شود.

اصل تاریکی بیان می کند که همه چیز در مورد یک سیستم را نمی توان شناخت. در جایی که بتوانیم خطا را از طریق آزمایش تجربی کمی کنیم، می توانیم اصلاح را اعمال کنیم. از آنجایی که ما قادر به دانستن ارزش واقعی نیستیم، هرگز خطا را نخواهیم دانست. هر خطایی که مقدار آن مشخص نیست، منبع عدم قطعیت است. بنابراین، باید آنچه را که نمی‌ دانیم و نمی‌ توانیم کمیت کنیم، حساب کنیم.

انواع خطاها

خطاها را می توان به دو نوع متمایز طبقه بندی کرد: تصادفی و سیستماتیک. طبقه بندی ها بر اساس چگونگی تأثیر خطا بر نتیجه اندازه گیری تعیین می شوند.

• خطای تصادفی: خطای تصادفی و غیر همبسته است که بر نتایج اندازه گیری های مکرر تأثیر می گذارد. منابع خطای تصادفی یک جزء به نتیجه اندازه گیری اضافه می کنند که ناشناخته است.
•  خطای سیستماتیک خطایی است که تمام اندازه گیری ها را به یک شکل تحت تاثیر قرار می دهد. هنگامی که خطاهای تصادفی کوچک هستند، امکان شناسایی خطاهای سیستماتیک وجود دارد.

انواع عدم قطعیت

عدم قطعیت ها را می توان به دو نوع متمایز طبقه بندی کرد: نوع A و نوع B. طبقه بندی ها بر اساس نحوه برآورد عدم قطعیت تعیین می شوند.

• عدم قطعیت های نوع A آنهایی هستند که با استفاده از روش های آماری در نتیجه آزمایش های تجربی ارزیابی می شوند.
• عدم قطعیت های نوع B آنهایی هستند که با ابزاری غیر از روش های آماری ارزیابی می شوند. آزمایش‌ های گذشته، داده‌های کالیبراسیون، مشخصات سازنده و غیره.

منابع خطا و عدم قطعیت

یک نتیجه اندازه گیری هرگز کامل نیست. عوامل داخلی و خارجی بر توانایی دستیابی به نتایج اندازه گیری ایده آل تأثیر می گذارد. این عوامل به عنوان منابع عدم قطعیت شناسایی می شوند.

برخی از منابع رایج عدم قطعیت عبارتند از:

• خطاهای تصادفی: تکرارپذیری، تکرارپذیری و پایداری
• خطاهای سیستماتیک: دقت، سوگیری، رانش و غیره.
• سیستم اندازه گیری
• واحد تحت آزمایش

ریزنگری تجهیزات

• قابلیت ردیابی: عدم قطعیت کالیبراسیون
• فرآیند اندازه گیری
• مهارت اپراتور
• شرایط محیطی: دما، رطوبت، فشار و غیره

انتشار عدم قطعیت

برخی از اندازه گیری های فیزیکی را نمی توان با یک اندازه گیری مستقیم انجام داد. بنابراین، اندازه گیری با اندازه گیری مستقیم دو یا چند متغیر مستقل محاسبه می شود. هنگامی که یک نتیجه اندازه گیری به دو یا چند مرحله نیاز دارد، برآورد عدم قطعیت به دو یا چند مرحله نیاز دارد. روش های زیر باید برای تعیین چگونگی انتشار عدم قطعیت های اندازه گیری های غیرمستقیم از طریق محاسبات برای ایجاد عدم قطعیت در نتیجه نهایی استفاده شود.

تخمین عدم قطعیت

 از طریق ترکیب و گسترش چندین عامل کمک کننده که عدم قطعیت را در نتیجه اندازه گیری ایجاد می کند، انجام می شود. صنعت اندازه‌ شناسی معمولاً روش‌ های توصیف‌ شده در «راهنمای ISO برای بیان عدم قطعیت در اندازه‌ گیری» را به عنوان استانداردی در نظر می‌ گیرد که همه آزمایشگاه‌ های معتبر ISO 17025 باید از آن پیروی کنند.

عوامل عدم قطعیت با استفاده از روش مجموع مجموع مربعات ترکیب می شوند. بر اساس قضیه حد مرکزی، توزیع احتمال عدم قطعیت ترکیبی به شکل توزیع گاوسی یا نرمال است. پس از آن، عدم قطعیت ترکیبی به سطح اطمینان مطلوب گسترش می یابد. در صنعت اندازه‌ شناسی، گسترش عدم قطعیت تا فاصله اطمینان 95.45% که k = 2.00 است، رایج است.

بیان عدم قطعیت

طبق NIST، یک نتیجه اندازه گیری تنها زمانی کامل می شود که با تخمین عدم-قطعیت اندازه گیری مرتبط گزارش شود. بنابراین، تمام نتایج اندازه گیری کمی باید با مقدار تخمینی عدم قطعیت بیان شود. همکاری بین المللی اعتبارسنجی آزمایشگاهی (ILAC) خط مشی ای را برای آزمایشگاه های معتبر ISO 17025 ایجاد کرده است تا در هنگام بیان عدم قطعیت اندازه گیری از آن پیروی کنند. سند ILAC P-14:12/2010، «سیاست عدم قطعیت در کالیبراسیون» است.