Neistota a chyba merania sú základné pojmy študované v metrológii a zároveň jeden z dôležitých konceptov, ktoré často používajú metrológovia. Priamo súvisia so spoľahlivosťou výsledkov merania a presnosťou a konzistentnosťou prenosu hodnôt. Mnoho ľudí si však tieto dva pojmy ľahko zamieňa alebo zneužíva kvôli nejasným konceptom. Tento článok spája skúsenosti zo štúdia témy „Vyhodnotenie a vyjadrenie neistoty merania“ s cieľom zamerať sa na rozdiely medzi nimi. Prvá vec, ktorú treba objasniť, je koncepčný rozdiel medzi neistotou merania a chybou.
Neistota merania charakterizuje vyhodnotenie rozsahu hodnôt, v ktorom leží skutočná hodnota nameranej veličiny.Udáva interval, v ktorom sa môže nachádzať skutočná hodnota podľa určitej pravdepodobnosti spoľahlivosti. Môže to byť štandardná odchýlka alebo jej násobky, alebo polovičná šírka intervalu udávajúca úroveň spoľahlivosti. Nie je to špecifická skutočná chyba, iba kvantitatívne vyjadruje časť rozsahu chyby, ktorú nemožno opraviť vo forme parametrov. Je odvodená z nedokonalej korekcie náhodných efektov a systematických efektov a je to parameter rozptylu používaný na charakterizáciu nameraných hodnôt, ktoré sú rozumne priradené. Neistota sa delí na dva typy hodnotiacich zložiek, A a B, podľa spôsobu ich získania. Hodnotiaca zložka typu A je hodnotenie neistoty vykonané prostredníctvom štatistickej analýzy pozorovacích radov a hodnotiaca zložka typu B sa odhaduje na základe skúseností alebo iných informácií a predpokladá sa, že existuje zložka neistoty predstavovaná približnou „štandardnou odchýlkou“.
Vo väčšine prípadov sa chyba vzťahuje na chybu merania a jej tradičná definícia je rozdiel medzi výsledkom merania a skutočnou hodnotou nameranej hodnoty.Zvyčajne sa dajú rozdeliť do dvoch kategórií: systematické chyby a náhodné chyby. Chyba existuje objektívne a mala by mať jednoznačnú hodnotu, ale keďže skutočná hodnota nie je vo väčšine prípadov známa, skutočnú chybu nemožno presne poznať. Hľadáme len najlepšiu aproximáciu pravdivostnej hodnoty za určitých podmienok a nazývame ju konvenčnou pravdivostnou hodnotou.
Pochopením tohto konceptu vidíme, že medzi neistotou merania a chybou merania existujú najmä tieto rozdiely:
1. Rozdiely v účeloch hodnotenia:
Neistota merania má označovať rozptyl nameranej hodnoty;
Účelom chyby merania je uviesť mieru, do akej sa výsledky merania líšia od skutočnej hodnoty.
2. Rozdiel medzi výsledkami hodnotenia:
Neistota merania je neznamienkový parameter vyjadrený štandardnou odchýlkou alebo násobkami štandardnej odchýlky alebo polovičnou šírkou intervalu spoľahlivosti. Ľudia ju hodnotia na základe informácií, ako sú experimenty, údaje a skúsenosti. Kvantitatívne ju možno určiť dvoma typmi metód hodnotenia, A a B.
Chyba merania je hodnota s kladným alebo záporným znamienkom. Jej hodnota je výsledok merania mínus nameraná skutočná hodnota. Keďže skutočná hodnota nie je známa, nemožno ju presne získať. Ak sa namiesto skutočnej hodnoty použije konvenčná skutočná hodnota, možno získať iba odhadovanú hodnotu.
3. Rozdiel ovplyvňujúcich faktorov:
Neistotu merania ľudia získavajú analýzou a hodnotením, takže súvisí s chápaním meranej veličiny ľuďmi, čo ovplyvňuje množstvo a proces merania;
Chyby merania existujú objektívne, nie sú ovplyvnené vonkajšími faktormi a nemenia sa s chápaním ľudí;
Preto by sa pri analýze neistoty mali plne zvážiť rôzne ovplyvňujúce faktory a overiť vyhodnotenie neistoty. V opačnom prípade môže byť odhadovaná neistota v dôsledku nedostatočnej analýzy a odhadu veľká, keď je výsledok merania veľmi blízky skutočnej hodnote (t. j. chyba je malá), alebo udaná neistota môže byť veľmi malá, keď je chyba merania skutočne veľká.
4. Rozdiely podľa povahy:
Vo všeobecnosti nie je potrebné rozlišovať vlastnosti neistoty merania a zložiek neistoty. Ak je potrebné ich rozlišovať, mali by sa vyjadriť ako: „zložky neistoty zavedené náhodnými vplyvmi“ a „zložky neistoty zavedené systémovými vplyvmi“;
Chyby merania možno podľa ich vlastností rozdeliť na náhodné chyby a systematické chyby. Podľa definície sú náhodné aj systematické chyby ideálnymi pojmami v prípade nekonečného počtu meraní.
5. Rozdiel medzi korekciou výsledkov merania:
Samotný pojem „neistota“ implikuje odhadnuteľnú hodnotu. Nevzťahuje sa na konkrétnu a presnú hodnotu chyby. Hoci ju možno odhadnúť, nemožno ju použiť na korekciu hodnoty. Neistotu spôsobenú nedokonalými korekciami možno zohľadniť iba v neistote korigovaných výsledkov merania.
Ak je známa odhadovaná hodnota systémovej chyby, výsledok merania je možné opraviť, aby sa získal korigovaný výsledok merania.
Po korekcii magnitúdy sa môže hodnota priblížiť k skutočnej hodnote, ale jej neistota sa nielenže nezníži, ale niekedy sa dokonca zväčší. Je to hlavne preto, že nemôžeme presne vedieť, o koľko sa skutočná hodnota líši, ale môžeme len odhadnúť, do akej miery sa výsledky merania blížia alebo od nej líšia.
Hoci neistota merania a chyba majú vyššie uvedené rozdiely, stále spolu úzko súvisia. Pojem neistota je aplikáciou a rozšírením teórie chýb a analýza chýb je stále teoretickým základom pre hodnotenie neistoty merania, najmä pri odhadovaní komponentov typu B, analýza chýb je neoddeliteľná. Napríklad charakteristiky meracích prístrojov možno opísať z hľadiska maximálnej povolenej chyby, chyby indikácie atď. Hraničná hodnota povolenej chyby meracieho prístroja uvedená v technických špecifikáciách a predpisoch sa nazýva „maximálna povolená chyba“ alebo „limit povolenej chyby“. Je to povolený rozsah chyby indikácie stanovený výrobcom pre určitý typ prístroja, nie skutočná chyba určitého prístroja. Maximálna povolená chyba meracieho prístroja sa nachádza v návode na obsluhu prístroja a pri vyjadrení ako číselná hodnota sa vyjadruje znamienkom plus alebo mínus, zvyčajne sa vyjadruje ako absolútna chyba, relatívna chyba, referenčná chyba alebo ich kombinácia. Napríklad ±0,1PV, ±1 % atď. Maximálna povolená chyba meracieho prístroja nie je neistota merania, ale môže sa použiť ako základ pre hodnotenie neistoty merania. Neistota vnesená meracím prístrojom do výsledku merania sa môže vyhodnotiť podľa maximálnej povolenej chyby prístroja podľa metódy hodnotenia typu B. Ďalším príkladom je rozdiel medzi indikovanou hodnotou meracieho prístroja a dohodnutou skutočnou hodnotou zodpovedajúceho vstupu, čo je chyba indikácie meracieho prístroja. Pre fyzické meracie nástroje je indikovaná hodnota ich nominálna hodnota. Zvyčajne sa ako dohodnutá skutočná hodnota používa hodnota poskytnutá alebo reprodukovaná etalónom vyššej úrovne (často nazývaná kalibračná hodnota alebo štandardná hodnota). Pri overovacích prácach, keď je rozšírená neistota štandardnej hodnoty danej etalónom 1/3 až 1/10 maximálnej povolenej chyby testovaného prístroja a chyba indikácie testovaného prístroja je v rámci špecifikovanej maximálnej povolenej chyby, možno ho považovať za kvalifikovaný.
Čas uverejnenia: 10. augusta 2023
