Razlika med merilno negotovostjo in merilno napako

Merilna negotovost in napaka sta osnovna pojma, ki se preučujeta v meroslovju, in sta tudi dva pomembna koncepta, ki ju pogosto uporabljajo metrološki preizkuševalci. Neposredno sta povezana z zanesljivostjo merilnih rezultatov ter natančnostjo in doslednostjo prenosa vrednosti. Vendar pa mnogi ljudje zaradi nejasnih konceptov zlahka zamenjajo ali napačno razumejo oba pojma. Ta članek združuje izkušnje s preučevanjem "Vrednotenja in izražanja merilne negotovosti", da bi se osredotočil na razlike med njima. Najprej je treba razjasniti konceptualno razliko med merilno negotovostjo in napako.

Merilna negotovost označuje oceno območja vrednosti, v katerem leži resnična vrednost izmerjene vrednosti.Določa interval, v katerem lahko pade resnična vrednost glede na določeno verjetnost zaupanja. Lahko je standardni odklon ali večkratniki le-tega ali polovična širina intervala, ki označuje stopnjo zaupanja. Ne gre za specifično resnično napako, temveč le za kvantitativno izražanje dela območja napak, ki ga ni mogoče popraviti v obliki parametrov. Izhaja iz nepopolne korekcije naključnih in sistematičnih učinkov ter je parameter razpršenosti, ki se uporablja za karakterizacijo izmerjenih vrednosti, ki so razumno dodeljene. Negotovost se glede na način pridobivanja deli na dve vrsti komponent ocenjevanja, A in B. Komponenta ocenjevanja tipa A je ocena negotovosti, opravljena s statistično analizo opazovalnih serij, komponenta ocenjevanja tipa B pa se ocenjuje na podlagi izkušenj ali drugih informacij, pri čemer se predpostavlja, da obstaja komponenta negotovosti, ki jo predstavlja približni "standardni odklon".

V večini primerov se napaka nanaša na merilno napako, njena tradicionalna definicija pa je razlika med rezultatom meritve in dejansko vrednostjo izmerjene vrednosti.Običajno jih lahko razdelimo v dve kategoriji: sistematične napake in naključne napake. Napaka obstaja objektivno in bi morala biti določena vrednost, vendar ker prava vrednost v večini primerov ni znana, prave napake ni mogoče natančno poznati. Iščemo le najboljši približek resnične vrednosti pod določenimi pogoji in to imenujemo konvencionalna resnična vrednost.

Z razumevanjem koncepta lahko vidimo, da obstajajo predvsem naslednje razlike med merilno negotovostjo in merilno napako:

1. Razlike v namenih ocenjevanja:

Negotovost meritve je namenjena označevanju razpršenosti izmerjene vrednosti;

Namen merilne napake je pokazati, v kolikšni meri rezultati meritev odstopajo od dejanske vrednosti.

2. Razlika med rezultati ocenjevanja:

Merilna negotovost je nepredznačeni parameter, izražen s standardnim odklonom ali večkratniki standardnega odklona ali polovično širino intervala zaupanja. Ljudje ga ocenjujejo na podlagi informacij, kot so poskusi, podatki in izkušnje. Kvantitativno ga je mogoče določiti z dvema vrstama metod ocenjevanja, A in B.

Merilna napaka je vrednost s pozitivnim ali negativnim predznakom. Njena vrednost je rezultat meritve minus izmerjena resnična vrednost. Ker resnična vrednost ni znana, je ni mogoče natančno dobiti. Če namesto resnične vrednosti uporabimo običajno resnično vrednost, je mogoče dobiti le ocenjeno vrednost.

3. Razlika med vplivnimi dejavniki:

Merilno negotovost ljudje pridobijo z analizo in vrednotenjem, zato je povezana z njihovim razumevanjem merjene veličine, kar vpliva na količino in postopek merjenja;

Napake pri merjenju obstajajo objektivno, nanje ne vplivajo zunanji dejavniki in se ne spreminjajo z razumevanjem ljudi;

Zato je treba pri analizi negotovosti v celoti upoštevati različne vplivne dejavnike in preveriti oceno negotovosti. V nasprotnem primeru je lahko zaradi nezadostne analize in ocene ocenjena negotovost velika, ko je rezultat meritve zelo blizu dejanski vrednosti (torej je napaka majhna), ali pa je podana negotovost zelo majhna, ko je napaka meritve dejansko velika.

4. Razlike po naravi:

Na splošno ni treba razlikovati med lastnostmi merilne negotovosti in komponentami negotovosti. Če jih je treba razlikovati, jih je treba izraziti kot: "komponente negotovosti, ki jih povzročajo naključni učinki" in "komponente negotovosti, ki jih povzročajo sistemski učinki";

Merilne napake lahko glede na njihove lastnosti razdelimo na naključne in sistematične napake. Po definiciji sta tako naključne kot sistematične napake idealna koncepta v primeru neskončnega števila meritev.

5. Razlika med popravkom rezultatov meritev:

Izraz "negotovost" sam po sebi pomeni ocenjeno vrednost. Ne nanaša se na specifično in natančno vrednost napake. Čeprav jo je mogoče oceniti, je ni mogoče uporabiti za popravek vrednosti. Negotovost, ki jo povzročajo nepopolni popravki, je mogoče upoštevati le pri negotovosti popravljenih rezultatov meritev.

Če je ocenjena vrednost sistemske napake znana, se lahko rezultat meritve popravi, da se dobi popravljeni rezultat meritve.

Po popravku velikosti se lahko ta približa pravi vrednosti, vendar se njena negotovost ne le ne zmanjša, ampak včasih postane večja. To je predvsem zato, ker ne moremo natančno vedeti, koliko je prava vrednost, temveč lahko le ocenimo, v kolikšni meri so rezultati meritev blizu ali oddaljeni od nje.

Čeprav se merilna negotovost in napaka razlikujeta po zgoraj navedenih razlikah, sta še vedno tesno povezani. Koncept negotovosti je uporaba in razširitev teorije napak, analiza napak pa je še vedno teoretična osnova za oceno merilne negotovosti, zlasti pri ocenjevanju komponent tipa B, kjer je analiza napak neločljiva. Na primer, značilnosti merilnih instrumentov lahko opišemo z največjo dovoljeno napako, napako indikacije itd. Mejna vrednost dovoljene napake merilnega instrumenta, določena v tehničnih specifikacijah in predpisih, se imenuje "največja dovoljena napaka" ali "meja dovoljene napake". To je dovoljeno območje napake indikacije, ki ga je proizvajalec določil za določeno vrsto instrumenta, ne pa dejanska napaka določenega instrumenta. Največja dovoljena napaka merilnega instrumenta je navedena v priročniku za instrument in je izražena z znakom plus ali minus, ko je izražena kot numerična vrednost, običajno kot absolutna napaka, relativna napaka, referenčna napaka ali njihova kombinacija. Na primer ±0,1 PV, ±1 % itd. Največja dovoljena napaka merilnega instrumenta ni merilna negotovost, vendar se lahko uporabi kot osnova za oceno merilne negotovosti. Negotovost, ki jo merilni instrument vnese v merilni rezultat, se lahko oceni glede na največjo dovoljeno napako instrumenta v skladu z metodo vrednotenja tipa B. Drug primer je razlika med indikacijsko vrednostjo merilnega instrumenta in dogovorjeno resnično vrednostjo ustreznega vhoda, ki je indikacijska napaka merilnega instrumenta. Pri fizičnih merilnih orodjih je prikazana vrednost njihova nominalna vrednost. Običajno se kot dogovorjena resnična vrednost uporablja vrednost, ki jo zagotavlja ali reproducira merilni standard višje ravni (pogosto imenovana kalibracijska vrednost ali standardna vrednost). Pri preverjanju, kadar je razširjena negotovost standardne vrednosti, ki jo poda merilni standard, od 1/3 do 1/10 največje dovoljene napake preizkušenega instrumenta in je indikacijska napaka preizkušenega instrumenta znotraj določene največje dovoljene napake, se lahko oceni kot kvalificiran.