ההבדל באי-ודאות המדידה ובטעות המדידה

אי ודאות מדידה ושגיאה הן מושגים בסיסיים הנלמדים במטרולוגיה, וגם אחד המושגים החשובים המשמשים לעתים קרובות בודקי מטרולוגיה. הם קשורים ישירות לאמינות תוצאות המדידה ולדיוק ולעקביות של העברת הערך. עם זאת, אנשים רבים מתבלבלים בקלות או משתמשים לרעה ביניהם עקב מושגים לא ברורים. מאמר זה משלב את הניסיון של לימוד "הערכה וביטוי של אי ודאות מדידה" כדי להתמקד בהבדלים ביניהם. הדבר הראשון שצריך להבהיר הוא ההבדל הקונספטואלי בין אי ודאות מדידה לשגיאה.

אי ודאות מדידה מאפיינת את הערכת טווח הערכים שבו נמצא הערך האמיתי של הערך הנמדד.הוא נותן את הטווח שבו הערך האמיתי עשוי ליפול בהתאם להסתברות ביטחון מסוימת. זה יכול להיות סטיית התקן או כפולות שלה, או חצי רוחב הטווח המציין את רמת הביטחון. זו אינה שגיאה אמיתית ספציפית, היא פשוט מבטאת באופן כמותי את החלק של טווח השגיאה שלא ניתן לתקן בצורה של פרמטרים. הוא נגזר מתיקון לא מושלם של השפעות מקריות ואפקטים שיטתיים, והוא פרמטר פיזור המשמש לאפיון הערכים הנמדדים שהוקצו באופן סביר. אי הוודאות מחולקת לשני סוגים של רכיבי הערכה, A ו-B, בהתאם לשיטת קבלתם. רכיב הערכה מסוג A הוא הערכת אי הוודאות הנעשית באמצעות ניתוח סטטיסטי של סדרות תצפיות, ורכיב הערכה מסוג B מוערך על סמך ניסיון או מידע אחר, ומניחים שקיים רכיב אי ודאות המיוצג על ידי "סטיית תקן" מקורבת.

ברוב המקרים, שגיאה מתייחסת לשגיאת מדידה, וההגדרה המסורתית שלה היא ההפרש בין תוצאת המדידה לערך האמיתי של הערך הנמדד.בדרך כלל ניתן לחלק זאת לשתי קטגוריות: שגיאות שיטתיות ושגיאות מקריות. השגיאה קיימת באופן אובייקטיבי, והיא צריכה להיות בעלת ערך מוגדר, אך מכיוון שהערך האמיתי אינו ידוע ברוב המקרים, לא ניתן לדעת את השגיאה האמיתית במדויק. אנו פשוט מחפשים את הקירוב הטוב ביותר של ערך האמת בתנאים מסוימים, וקוראים לו ערך האמת המקובל.

באמצעות הבנת המושג, אנו יכולים לראות כי ישנם בעיקר ההבדלים הבאים בין אי ודאות מדידה לשגיאת מדידה:

1. הבדלים במטרות ההערכה:

אי ודאות המדידה נועדה לציין את פיזור הערך הנמדד;

מטרת שגיאת המדידה היא לציין את המידה שבה תוצאות המדידה סוטות מהערך האמיתי.

2. ההבדל בין תוצאות ההערכה:

אי-ודאות במדידה היא פרמטר לא חתום המתבטא בסטיית תקן או בכפולות של סטיית תקן או בחצי רוחב רווח הסמך. הוא מוערך על ידי אנשים על סמך מידע כגון ניסויים, נתונים וניסיון. ניתן לקבוע אותו כמותית על ידי שני סוגים של שיטות הערכה, A ו-B.

שגיאת המדידה היא ערך בעל סימן חיובי או שלילי. ערכה הוא תוצאת המדידה פחות הערך האמיתי הנמדד. מכיוון שהערך האמיתי אינו ידוע, לא ניתן לקבלו במדויק. כאשר משתמשים בערך האמיתי המקובל במקום בערך האמיתי, ניתן לקבל רק את הערך המשוער.

3. ההבדל בין גורמי המשפיעים:

אי ודאות במדידה מושגת על ידי אנשים באמצעות ניתוח והערכה, ולכן היא קשורה להבנתם של אנשים את הגודל הנמדד, ומשפיעה על הכמות ותהליך המדידה;

שגיאות מדידה קיימות באופן אובייקטיבי, אינן מושפעות מגורמים חיצוניים ואינן משתנות עם הבנתם של אנשים;

לכן, בעת ביצוע ניתוח אי-ודאות, יש לקחת בחשבון באופן מלא גורמי השפעה שונים, ולאמת את הערכת אי-הוודאות. אחרת, עקב ניתוח ואומדן לא מספקים, אי-הוודאות המשוערת עשויה להיות גדולה כאשר תוצאת המדידה קרובה מאוד לערך האמיתי (כלומר, השגיאה קטנה), או שאי-הוודאות הנתונה עשויה להיות קטנה מאוד כאשר שגיאת המדידה גדולה בפועל.

4. הבדלים מטבעם:

בדרך כלל אין צורך להבחין בין המאפיינים של אי-ודאות במדידה ורכיבי אי-ודאות. אם יש צורך להבחין ביניהם, יש לבטא אותם כך: "רכיבי אי-ודאות שנוצרו על ידי השפעות אקראיות" ו"רכיבי אי-ודאות שנוצרו על ידי השפעות מערכתיות";

ניתן לחלק שגיאות מדידה לשגיאות אקראיות ושגיאות שיטתיות לפי תכונותיהן. מעצם הגדרתן, גם שגיאות אקראיות וגם שגיאות שיטתיות הן מושגים אידיאליים במקרה של אינסוף מדידות.

5. ההבדל בין תיקון תוצאות המדידה:

המונח "אי ודאות" כשלעצמו מרמז על ערך שניתן להעריך. הוא אינו מתייחס לערך שגיאה ספציפי ומדויק. למרות שניתן להעריך אותו, לא ניתן להשתמש בו כדי לתקן את הערך. אי הוודאות שנוצרת על ידי תיקונים לא מושלמים יכולה להילקח בחשבון רק באי הוודאות של תוצאות המדידה המתוקנות.

אם הערך המשוער של שגיאת המערכת ידוע, ניתן לתקן את תוצאת המדידה כדי לקבל את תוצאת המדידה המתוקנת.

לאחר תיקון גודל, הוא עשוי להיות קרוב יותר לערך האמיתי, אך אי הוודאות שלו לא רק שלא פוחתת, אלא שלפעמים היא הופכת לגדולה יותר. הסיבה לכך היא בעיקר משום שאיננו יכולים לדעת בדיוק כמה הערך האמיתי הוא, אלא רק להעריך את המידה שבה תוצאות המדידה קרובות או רחוקות מהערך האמיתי.

למרות שאי-ודאות במדידה ושגיאה קיימים בהבדלים הנ"ל, הם עדיין קשורים זה לזה באופן הדוק. מושג אי-הוודאות הוא יישום והרחבה של תורת השגיאות, וניתוח שגיאות הוא עדיין הבסיס התיאורטי להערכת אי-ודאות המדידה, במיוחד כאשר מעריכים רכיבים מסוג B, ניתוח שגיאות הוא בלתי נפרד. לדוגמה, ניתן לתאר את מאפייני מכשירי המדידה במונחים של שגיאה מקסימלית מותרת, שגיאת אינדיקציה וכו'. ערך הגבול של השגיאה המותרת של מכשיר המדידה שצוין במפרטים הטכניים ובתקנות נקרא "שגיאה מקסימלית מותרת" או "גבול השגיאה המותרת". זהו הטווח המותר של שגיאת האינדיקציה שצוינה על ידי היצרן עבור סוג מסוים של מכשיר, ולא השגיאה בפועל של מכשיר מסוים. ניתן למצוא את השגיאה המקסימלית המותרת של מכשיר מדידה במדריך המכשיר, והיא מבוטאת בסימן פלוס או מינוס כאשר היא מבוטאת כערך מספרי, שבדרך כלל מתבטאת בשגיאה מוחלטת, שגיאה יחסית, שגיאת ייחוס או שילוב שלהם. לדוגמה ±0.1PV, ±1% וכו'. השגיאה המרבית המותרת של מכשיר המדידה אינה אי הוודאות המדידה, אך ניתן להשתמש בה כבסיס להערכת אי הוודאות המדידה. ניתן להעריך את אי הוודאות שמכניס מכשיר המדידה לתוצאת המדידה לפי השגיאה המרבית המותרת של המכשיר לפי שיטת ההערכה מסוג B. דוגמה נוספת היא ההפרש בין ערך האינדיקציה של מכשיר המדידה לבין הערך האמיתי המוסכם של הקלט המתאים, שהוא שגיאת האינדיקציה של מכשיר המדידה. עבור כלי מדידה פיזיקליים, הערך המצוין הוא הערך הנומינלי שלהם. בדרך כלל, הערך המסופק או משוחזר על ידי תקן מדידה ברמה גבוהה יותר משמש כערך האמיתי המוסכם (הנקרא לעתים קרובות ערך כיול או ערך סטנדרטי). בעבודת האימות, כאשר אי הוודאות המורחבת של ערך התקן הניתן על ידי תקן המדידה היא 1/3 עד 1/10 מהשגיאה המרבית המותרת של המכשיר הנבדק, ושגיאת האינדיקציה של המכשיר הנבדק נמצאת במסגרת השגיאה המרבית המותרת שצוינה, ניתן לשפוט אותו כמסומן.