Mittausepävarmuus ja -virhe ovat metrologiassa tutkittuja perusväittämiä ja myös yksi tärkeimmistä käsitteistä, joita metrologian testaajat usein käyttävät. Ne liittyvät suoraan mittaustulosten luotettavuuteen sekä arvonsiirron tarkkuuteen ja johdonmukaisuuteen. Monet ihmiset kuitenkin sekoittavat tai käyttävät näitä kahta helposti väärin epäselvien käsitteiden vuoksi. Tässä artikkelissa yhdistetään "Mittausepävarmuuden arviointi ja ilmaiseminen" -tutkimuksesta saatuja kokemuksia keskittyäkseen niiden välisiin eroihin. Ensimmäinen asia, joka on selvitettävä, on mittausepävarmuuden ja virheen käsitteellinen ero.
Mittausepävarmuus kuvaa sen arvoalueen arviointia, jolla mitatun arvon todellinen arvo sijaitsee.Se antaa aikavälin, jolle todellinen arvo voi osua tietyn luottamustodennäköisyyden mukaisesti. Se voi olla keskihajonta tai sen monikertoja tai luottamustasoa ilmaisevan aikavälin puolileveys. Se ei ole erityinen todellinen virhe, vaan se vain ilmaisee kvantitatiivisesti sen osan virhealueesta, jota ei voida korjata parametrien muodossa. Se on johdettu satunnaisten vaikutusten ja systemaattisten vaikutusten epätäydellisestä korjauksesta, ja se on hajontaparametri, jota käytetään kuvaamaan kohtuullisesti määritettyjä mitattuja arvoja. Epävarmuus jaetaan kahteen arviointikomponenttiin, A ja B, niiden hankintamenetelmän mukaan. Tyypin A arviointikomponentti on havaintosarjan tilastollisen analyysin avulla tehty epävarmuuden arviointi, ja tyypin B arviointikomponentti arvioidaan kokemuksen tai muun tiedon perusteella, ja oletetaan, että on olemassa epävarmuuskomponentti, jota edustaa likimääräinen "keskihajonta".
Useimmissa tapauksissa virheellä tarkoitetaan mittausvirhettä, ja sen perinteinen määritelmä on mittaustuloksen ja mitatun arvon todellisen arvon välinen ero.Yleensä voidaan jakaa kahteen luokkaan: systemaattiset virheet ja tahattomat virheet. Virhe on objektiivisesti olemassa, ja sen pitäisi olla tietty arvo, mutta koska todellinen arvo ei useimmissa tapauksissa ole tiedossa, todellista virhettä ei voida tietää tarkasti. Etsimme vain parasta approksimaation totuusarvolle tietyissä olosuhteissa ja kutsumme sitä tavanomaiseksi totuusarvoksi.
Käsitteen ymmärtämisen kautta voimme nähdä, että mittausepävarmuuden ja mittausvirheen välillä on pääasiassa seuraavat erot:
1. Arviointitarkoitusten erot:
Mittausepävarmuudella tarkoitetaan mitatun arvon hajontaa;
Mittausvirheen tarkoituksena on osoittaa, kuinka paljon mittaustulokset poikkeavat todellisesta arvosta.
2. Arviointitulosten välinen ero:
Mittausepävarmuus on etumerkitön parametri, joka ilmaistaan keskihajontana, keskihajonnan kerrannaisina tai luottamusvälin puolileveytenä. Ihmiset arvioivat sitä kokeiden, datan ja kokemuksen kaltaisten tietojen perusteella. Se voidaan määrittää kvantitatiivisesti kahdella arviointimenetelmällä, A ja B.
Mittausvirhe on positiivisen tai negatiivisen etumerkin omaava arvo. Sen arvo on mittaustulos vähennettynä mitatusta todellisesta arvosta. Koska todellinen arvo on tuntematon, sitä ei voida saada tarkasti. Kun todellisen arvon sijaan käytetään tavanomaista todellista arvoa, saadaan vain arvioitu arvo.
3. Vaikuttavien tekijöiden ero:
Mittausepävarmuus saadaan ihmisten analysoimalla ja arvioimalla, joten se liittyy ihmisten ymmärrykseen mittaussuureesta, vaikuttaen määrään ja mittausprosessiin;
Mittausvirheet ovat olemassa objektiivisesti, niihin eivät vaikuta ulkoiset tekijät, eivätkä ne muutu ihmisten ymmärryksen myötä;
Siksi epävarmuusanalyysiä suoritettaessa on otettava huomioon kaikki vaikuttavat tekijät ja varmistettava epävarmuuden arviointi. Muuten riittämättömän analyysin ja arvioinnin vuoksi arvioitu epävarmuus voi olla suuri, vaikka mittaustulos on hyvin lähellä todellista arvoa (eli virhe on pieni), tai annettu epävarmuus voi olla hyvin pieni, vaikka mittausvirhe on todellisuudessa suuri.
4. Luonteeltaan erilaiset:
Mittausepävarmuuden ja epävarmuuskomponenttien ominaisuuksien erottaminen toisistaan on yleensä tarpeetonta. Jos ne on tarpeen erottaa toisistaan, ne tulisi ilmaista seuraavasti: "satunnaisvaikutusten aiheuttamat epävarmuuskomponentit" ja "järjestelmävaikutusten aiheuttamat epävarmuuskomponentit";
Mittausvirheet voidaan ominaisuuksiensa mukaan jakaa satunnaisvirheisiin ja systemaattisiin virheisiin. Määritelmän mukaan sekä satunnaisvirheet että systemaattiset virheet ovat ideaalisia käsitteitä äärettömän monen mittauksen tapauksessa.
5. Mittaustulosten korjauksen välinen ero:
Termi "epävarmuus" itsessään viittaa arvioitavissa olevaan arvoon. Se ei viittaa tarkkaan ja tarkkaan virhearvoon. Vaikka se voidaan arvioida, sitä ei voida käyttää arvon korjaamiseen. Epätäydellisten korjausten aiheuttama epävarmuus voidaan ottaa huomioon vain korjattujen mittaustulosten epävarmuudessa.
Jos järjestelmävirheen arvioitu arvo tunnetaan, mittaustulosta voidaan korjata korjatun mittaustuloksen saamiseksi.
Kun suuruus on korjattu, se voi olla lähempänä todellista arvoa, mutta sen epävarmuus ei ainoastaan pienene, vaan joskus se kasvaa. Tämä johtuu pääasiassa siitä, ettemme voi tietää tarkalleen, kuinka suuri todellinen arvo on, vaan voimme vain arvioida, missä määrin mittaustulokset ovat lähellä todellista arvoa tai poissa siitä.
Vaikka mittausepävarmuudella ja virheellä on edellä mainitut erot, ne ovat silti läheisesti yhteydessä toisiinsa. Epävarmuuden käsite on virheteorian soveltamista ja laajentamista, ja virheanalyysi on edelleen teoreettinen perusta mittausepävarmuuden arvioinnille, erityisesti B-tyypin komponentteja arvioitaessa virheanalyysi on erottamaton. Esimerkiksi mittauslaitteiden ominaisuuksia voidaan kuvata suurimmalla sallitulla virheellä, näyttövirheellä jne. Teknisissä eritelmissä ja määräyksissä määriteltyä mittauslaitteen sallitun virheen raja-arvoa kutsutaan "suurimmaksi sallituksi virheeksi" tai "sallituksi virherajaksi". Se on valmistajan tietyn tyyppiselle laitteelle määrittämä näyttövirheen sallittu alue, ei tietyn laitteen todellinen virhe. Mittauslaitteen suurin sallittu virhe löytyy laitteen käyttöohjeesta, ja se ilmaistaan plus- tai miinusmerkillä, kun se ilmaistaan numeerisena arvona. Yleensä se ilmaistaan absoluuttisena virheenä, suhteellisena virheenä, referenssivirheenä tai näiden yhdistelmänä. Esimerkiksi ±0,1 PV, ±1 % jne. Mittauslaitteen suurin sallittu virhe ei ole mittausepävarmuus, mutta sitä voidaan käyttää mittausepävarmuuden arvioinnin perustana. Mittauslaitteen mittaustulokseen aiheuttama epävarmuus voidaan arvioida laitteen suurimman sallitun virheen perusteella B-tyypin arviointimenetelmän mukaisesti. Toinen esimerkki on mittauslaitteen osoitinarvon ja vastaavan syötteen sovitun todellisen arvon välinen erotus, joka on mittauslaitteen osoitinvirhe. Fyysisillä mittauslaitteilla osoitettu arvo on sen nimellisarvo. Yleensä sovittuna todellisena arvona käytetään korkeamman tason mittausnormaalin antamaa tai toistamaa arvoa (usein kutsutaan kalibrointiarvoksi tai standardiarvoksi). Tarkastustyössä, kun mittausnormaalin antaman standardiarvon laajennettu epävarmuus on 1/3 - 1/10 testattavan laitteen suurimmasta sallitusta virheestä ja testattavan laitteen osoitinvirhe on määritellyn suurimman sallitun virheen sisällä, sitä voidaan pitää pätevänä.
Julkaisun aika: 10. elokuuta 2023
