Meetonzekerheid en -fout zijn fundamentele begrippen die in de metrologie worden bestudeerd en tevens belangrijke concepten die vaak door metrologen worden gebruikt. Ze zijn direct gerelateerd aan de betrouwbaarheid van de meetresultaten en de nauwkeurigheid en consistentie van de waardeoverdracht. Veel mensen verwarren of misbruiken de twee echter gemakkelijk vanwege onduidelijke concepten. Dit artikel combineert de ervaring van het bestuderen van "Evaluatie en uitdrukking van meetonzekerheid" om de verschillen tussen de twee te belichten. Het eerste dat duidelijk moet worden, is het conceptuele verschil tussen meetonzekerheid en -fout.
De meetonzekerheid kenmerkt de inschatting van het bereik van waarden waarbinnen de werkelijke waarde van de gemeten waarde ligt.Het geeft het interval aan waarbinnen de werkelijke waarde kan vallen volgens een bepaalde betrouwbaarheidskans. Dit kan de standaarddeviatie zijn, of veelvouden daarvan, of de halve breedte van het interval dat het betrouwbaarheidsniveau aangeeft. Het is geen specifieke werkelijke fout, maar drukt kwantitatief het deel van de foutmarge uit dat niet kan worden gecorrigeerd in de vorm van parameters. Het is afgeleid van de onvolledige correctie van toevallige en systematische effecten en is een spreidingsparameter die wordt gebruikt om de gemeten waarden te karakteriseren die redelijkerwijs zijn toegewezen. Onzekerheid wordt, afhankelijk van de methode waarmee ze worden verkregen, onderverdeeld in twee soorten evaluatiecomponenten, A en B. Type A-evaluatiecomponent is de onzekerheidsschatting die wordt gemaakt door middel van statistische analyse van observatiereeksen, terwijl type B-evaluatiecomponent wordt geschat op basis van ervaring of andere informatie, waarbij wordt aangenomen dat er een onzekerheidscomponent is die wordt weergegeven door een benaderde "standaarddeviatie".
In de meeste gevallen verwijst fout naar meetfout, en de traditionele definitie daarvan is het verschil tussen het meetresultaat en de werkelijke waarde van de gemeten waarde.Systematische fouten kunnen doorgaans in twee categorieën worden verdeeld: systematische fouten en toevallige fouten. De fout bestaat objectief en zou een vaste waarde moeten hebben, maar aangezien de werkelijke waarde in de meeste gevallen niet bekend is, kan de werkelijke fout niet nauwkeurig worden bepaald. We zoeken daarom de beste benadering van de werkelijke waarde onder bepaalde voorwaarden en noemen dit de conventionele werkelijke waarde.
Door het concept te begrijpen, kunnen we zien dat er hoofdzakelijk de volgende verschillen bestaan tussen meetonzekerheid en meetfout:
1. Verschillen in beoordelingsdoeleinden:
De meetonzekerheid is bedoeld om de spreiding van de gemeten waarde aan te geven;
Het doel van meetfouten is om aan te geven in hoeverre de meetresultaten afwijken van de werkelijke waarde.
2. Het verschil tussen de evaluatieresultaten:
Meetonzekerheid is een parameter zonder teken, uitgedrukt in de standaarddeviatie, veelvouden van de standaarddeviatie of de halve breedte van het betrouwbaarheidsinterval. Deze wordt door mensen bepaald op basis van informatie zoals experimenten, gegevens en ervaring. Ze kan kwantitatief worden bepaald met behulp van twee evaluatiemethoden, A en B.
De meetfout is een waarde met een positief of negatief teken. De waarde ervan is het meetresultaat min de gemeten werkelijke waarde. Omdat de werkelijke waarde onbekend is, kan deze niet nauwkeurig worden bepaald. Wanneer in plaats van de werkelijke waarde de conventionele werkelijke waarde wordt gebruikt, kan slechts een geschatte waarde worden verkregen.
3. Het verschil in beïnvloedende factoren:
Meetonzekerheid wordt door mensen verkregen door middel van analyse en evaluatie, en is dus gerelateerd aan het begrip dat mensen hebben van de te meten grootheid, wat van invloed is op de hoeveelheid en het meetproces;
Meetfouten bestaan objectief, worden niet beïnvloed door externe factoren en veranderen niet met het begrip van mensen;
Bij het uitvoeren van een onzekerheidsanalyse moeten daarom diverse beïnvloedende factoren volledig in overweging worden genomen en moet de onzekerheidsschatting worden geverifieerd. Anders kan, door onvoldoende analyse en schatting, de geschatte onzekerheid groot zijn terwijl het meetresultaat zeer dicht bij de werkelijke waarde ligt (dat wil zeggen, de fout klein is), of kan de gegeven onzekerheid zeer klein zijn terwijl de meetfout in werkelijkheid groot is.
4. Verschillen van nature:
Het is over het algemeen niet nodig om onderscheid te maken tussen de eigenschappen van meetonzekerheid en onzekerheidscomponenten. Indien onderscheid noodzakelijk is, dient dit te worden uitgedrukt als: "onzekerheidscomponenten veroorzaakt door willekeurige effecten" en "onzekerheidscomponenten veroorzaakt door systeemeffecten".
Meetfouten kunnen, afhankelijk van hun eigenschappen, worden onderverdeeld in willekeurige fouten en systematische fouten. Per definitie zijn zowel willekeurige als systematische fouten ideale concepten in het geval van een oneindig aantal metingen.
5. Het verschil tussen de correctie van de meetresultaten:
De term 'onzekerheid' impliceert op zichzelf een schatbare waarde. Het verwijst niet naar een specifieke en exacte foutwaarde. Hoewel de onzekerheid geschat kan worden, kan deze niet gebruikt worden om de waarde te corrigeren. De onzekerheid die wordt geïntroduceerd door onvolmaakte correcties kan alleen worden meegenomen in de onzekerheid van de gecorrigeerde meetresultaten.
Als de geschatte waarde van de systeemfout bekend is, kan het meetresultaat worden gecorrigeerd om het gecorrigeerde meetresultaat te verkrijgen.
Na correctie van een waarde kan deze dichter bij de werkelijke waarde komen, maar de onzekerheid neemt niet alleen niet af, maar wordt soms zelfs groter. Dit komt vooral doordat we niet precies weten wat de werkelijke waarde is, maar alleen een schatting kunnen maken van de mate waarin de meetresultaten dicht bij of ver van de werkelijke waarde liggen.
Hoewel meetonzekerheid en meetfout de bovengenoemde verschillen vertonen, zijn ze nauw met elkaar verbonden. Het concept onzekerheid is een toepassing en uitbreiding van de foutentheorie, en foutenanalyse vormt nog steeds de theoretische basis voor de evaluatie van meetonzekerheid, met name bij het schatten van B-type componenten. Foutenanalyse is hierbij onmisbaar. De eigenschappen van meetinstrumenten kunnen bijvoorbeeld worden beschreven in termen van maximaal toelaatbare fout, indicatiefout, enzovoort. De grenswaarde van de toelaatbare fout van een meetinstrument, zoals gespecificeerd in de technische specificaties en voorschriften, wordt de "maximaal toelaatbare fout" of "toelaatbare foutlimiet" genoemd. Dit is het door de fabrikant gespecificeerde toelaatbare bereik van de indicatiefout voor een bepaald type instrument, niet de werkelijke fout van dat instrument. De maximaal toelaatbare fout van een meetinstrument is te vinden in de handleiding van het instrument en wordt, indien weergegeven als een numerieke waarde, aangegeven met een plus- of minteken. Meestal wordt deze uitgedrukt als absolute fout, relatieve fout, referentiefout of een combinatie hiervan. Bijvoorbeeld ±0,1 PV, ±1%, enz. De maximaal toelaatbare fout van het meetinstrument is niet de meetonzekerheid, maar kan wel als basis dienen voor de evaluatie van de meetonzekerheid. De onzekerheid die het meetinstrument in het meetresultaat introduceert, kan worden geëvalueerd aan de hand van de maximaal toelaatbare fout van het instrument volgens de B-type evaluatiemethode. Een ander voorbeeld is het verschil tussen de aangegeven waarde van het meetinstrument en de overeengekomen werkelijke waarde van de corresponderende input, oftewel de indicatiefout van het meetinstrument. Bij fysieke meetinstrumenten is de aangegeven waarde de nominale waarde. Meestal wordt de waarde die wordt geleverd of gereproduceerd door een hogere meetnorm gebruikt als de overeengekomen werkelijke waarde (vaak kalibratiewaarde of standaardwaarde genoemd). Tijdens de verificatie kan het instrument als gekwalificeerd worden beschouwd wanneer de uitgebreide onzekerheid van de standaardwaarde die door de meetnorm wordt gegeven 1/3 tot 1/10 van de maximaal toelaatbare fout van het geteste instrument bedraagt, en de indicatiefout van het geteste instrument binnen de gespecificeerde maximaal toelaatbare fout valt.
Geplaatst op: 10 augustus 2023
