وبلاگ
مفاهیم کلیدی در اندازهگیری: کالیبراسیون، عدم قطعیت، دقت و صحت
در تمامی شاخههای علم و فناوری، انتخاب دقیق واژگان تخصصی از اهمیت بالایی برخوردار است. هر اصطلاح باید برای همه کاربران آن معنایی یکسان داشته باشد و مفهومی کاملا مشخص را بیان کند که با زبان روزمره در تضاد نباشد. هر اندازهگیری تحت تاثیر خطاهایی قرار دارد که بهطور کامل شناختهشده نیستند و همین موضوع منجر به پدیدهای به نام «عدم قطعیت اندازه گیری» میشود. توجه به این عدم قطعیت هنگام بیان نتیجه یک اندازه گیری، امری ضروری است. به عبارت دیگر، لازم است که خطاهای احتمالی موجود در هر اندازهگیری را نیز بهطور دقیق توصیف کنیم.
در این مقاله، مجموعهای از اصطلاحات مهم و پرکاربرد در حوزه اندازه گیری ارائه میشود که درک و به کارگیری صحیح آنها برای تمامی افرادی که با فرآیندهای اندازهگیری سروکار دارند، ضروری است. همچنین برای مشاهده انواع مدل چگالی سنج دیجیتال آنتون پار و اطلاعات بیشتر با ما در تماس باشید.
کالیبراسیون (Calibration)
کالیبراسیون فرآیند مقایسه نتایج به دست آمده از اندازه گیری با یک مقدار مرجع استاندارد است. این فرآیند بهمنظور ارزیابی و اعتبارسنجی کیفیت اندازه گیری ها و تنظیمات دستگاه انجام میشود. به عنوان مثال، در مورد چگالی سنج ها، مقدار مرجع استاندارد توسط گواهی های معتبر برای مایعات مرجع تامین میشود. توصیه میشود که در طول سال، یک تا دو بار کالیبراسیون با استفاده از استاندارد های گواهیشده انجام گیرد تا از حفظ کیفیت اندازه گیری ها اطمینان حاصل گردد.
تنظیم (Adjustment)
تنظیم به معنای اصلاح ثابت های دستگاه است تا اندازه گیری های صحیح امکان پذیر شده و خطاهای سیستماتیک اندازه گیری حذف شوند. تنظیم معمولا پس از انجام کالیبراسیون صورت میگیرد، مگر آنکه انحراف مشاهده شده در محدوده مجاز تلورانس قرار داشته باشد. به عنوان مثال برای انجام تنظیم دستگاه دانسیتومتر از مقادیر چگالی استاندارد ها و دوره های نوسان اندازه گیری شده استفاده میکند تا ثابت های دستگاه را محاسبه کند. معمولا برای این کار به دو استاندارد نیاز است؛ مانند هوای خشک و آب مقطر که بهتازگی گاز زدایی شده باشد.
Simplified-adjustment-graph-of-a-density-meter
دقت (Accuracy)
دقت اندازه گیری به طور کیفی بیان میکند که نتیجه اندازه گیری تا چه حد به مقدار واقعی کمیت مورد اندازه گیری نزدیک است. به بیان دیگر، دقت نشاندهنده نزدیکی نتیجه به واقعیت است. معیار کمی برای این مفهوم، همان «عدم قطعیت اندازهگیری» است.
صحت (Precision)
صحت اندازه گیری بهصورت کیفی بیان میکند که نتایج اندازه گیری تحت شرایط مشخصی چقدر به یکدیگر نزدیک هستند. صحت میتواند در دو شرایط تکرارپذیری یا تجدیدپذیری بیان شود. برای درک بهتر، چهار وضعیت کلی را میتوان تصور کرد:
- نه دقیق، نه صحیح
- دقیق، بدون صحت
- بدون دقت، ولی صحیح
- هم دقیق و هم صحیح
عدم قطعیت اندازه گیری (Uncertainty of Measurement)
عدم قطعیت اندازه گیری محدوده ای را مشخص میکند که انتظار میرود مقدار واقعی کمیت اندازه گیریشده در آن قرار داشته باشد. عدم قطعیت تنها به عملکرد دستگاه وابسته نیست، بلکه مجموعهای از عوامل مختلف در ایجاد آن نقش دارند که شامل موارد زیر هستند:
- عدم قطعیت تجهیزات (ناشی از خود دستگاه اندازه گیری)
- عدم قطعیت استاندارد های کالیبراسیون
- عدم قطعیت ناشی از فرآیند اندازه گیری (مانند آمادهسازی نمونه، پرکردن و …)
عدم قطعیت اندازه گیری معمولا از چند مولفه تشکیل شده است:
برخی از این مولفهها را میتوان از توزیع آماری نتایج یا مجموعهای از اندازهگیریها استخراج کرد و با انحراف معیار مشخص نمود. (ارزیابی نوع A، مطابق با استاندارد ISO/IEC Guide 98-3:2008) و سایر مولفهها که آنها نیز میتوانند با انحراف معیار مشخص شوند، بر اساس بر اساس توزیعهای احتمالی فرضی که از تجربه یا اطلاعات جانبی به دست آمدهاند. (ارزیابی نوع B، مطابق با استاندارد ISO/IEC Guide 98-3:2008)
مفاهیم کلیدی در اندازهگیری: کالیبراسیون، عدم قطعیت، دقت و صحت
عدم قطعیت تجهیزات اندازه گیری (Instrumental Measurement Uncertainty)
عدم قطعیت تجهیزات اندازهگیری، مولفهای از عدم قطعیت اندازه گیری است که ناشی از دستگاه یا سیستم اندازهگیری مورد استفاده است. این نوع عدم قطعیت از طریق کالیبراسیون دستگاه یا سیستم اندازهگیری به دست میآید.
تکرارپذیری (Measurement Repeatability)
تکرارپذیری اندازه گیری به میزان نزدیکی نتایج اندازه گیری های متوالی از یک نمونه تحت شرایط یکسان اشاره دارد. چنین شرایط ایدهآلی باعث حداقل پراکندگی در نتایج میشود. برای بررسی تکرار پذیری باید روش اندازه گیری ، اپراتور ، دستگاه ، شرایط بررسی و مکان آزمایش یکسان باشند؛ همچنین تکرار اندازهگیری در بازه زمانی کوتاهی انجام گیرد. تکرارپذیری را میتوان با انحراف معیار تکرارپذیری بیان کرد.
تجدیدپذیری (Measurement Reproducibility)
تجدیدپذیری اندازهگیری به میزان نزدیکی نتایج اندازه گیریهای یک نمونه که تحت شرایط متغیر انجام شدهاند، اشاره دارد. چنین شرایطی منجر به حداکثر پراکندگی در نتایج اندازهگیری میشود. در گزارش نتایج، حتما باید ذکر شود که چه شرایطی تغییر کرده است. تجدیدپذیری نیز با «انحراف معیار تجدیدپذیری» محاسبه و بیان میشود.
شرایط تجدیدپذیری میتواند شامل تغییر در موارد زیر باشد:
- اصل یا روش اندازهگیری
- اپراتور
- دستگاه اندازهگیری
- استاندارد مرجع
- مکان یا شرایط محیطی
- زمان
Measurement-error
Measurement-errors
خطای اندازه گیری (Measurement Error)
خطای اندازه گیری، حاصل تفریق مقدار مرجع از مقدار اندازه گیریشده است. خطاهای اندازه گیری به دو دسته تصادفی و سیستماتیک تقسیم میشوند. شناخت این دو نوع خطا نقش مهمی در تحلیل کیفیت نتایج اندازهگیری دارد.
الف: خطای تصادفی
خطای تصادفی، بخشی از خطای اندازه گیری است که در اندازه گیریهای تکراری بهصورت غیرقابلپیشبینی تغییر میکند. برای حذف خطاهای تصادفی، لازم است اندازه گیریهای زیادی انجام شود. مقدار میانگین این اندازه گیریها بهتدریج به مقدار واقعی نزدیک میشود.
ب: خطای سیستماتیک
خطای سیستماتیک برابر است با اختلاف میانگین نتایج حاصل از تعداد بسیار زیادی اندازه گیری تحت شرایط تکرارپذیری و مقدار واقعی کمیت اندازهگیری. در صورتی که علت خطای سیستماتیک مشخص باشد، میتوان با اعمال تصحیح مناسب اثر آن را جبران کرد. در مقایسه با خطاهای تصادفی، خطاهای سیستماتیک معمولا به صورت ثابت یا قابل پیشبینی در نتایج ظاهر میشوند.
– بایاس اندازهگیری (Measurement Bias)
بایاس اندازهگیری، برآوردی از خطای سیستماتیک اندازهگیری است. به بیان دیگر، شاخصی است که میزان وجود خطای سیستماتیک در نتایج را نشان میدهد و برای ارزیابی کیفیت عملکرد سیستم اندازه گیری مورد استفاده قرار گیرد.
رزولوشن (Resolution)
رزولوشن توانایی تشخیص تفاوتها بین دو مقدار یا دو پدیده است. هرچه قدرت تفکیک یک سیستم بیشتر باشد، توانایی آن در تشخیص اختلافهای کوچک نیز بیشتر خواهد بود. از اشتباهات رایج این است که تصور میشود دستگاههایی با قدرت تفکیک بالا، الزاما نتایج دقیقتری ارائه میدهند. در حالی که قدرت تفکیک بالا لزوما به معنای دقت بالای اندازهگیری نیست. در عین حال، دقت یک سیستم هرگز نمیتواند از قدرت تفکیک آن بیشتر باشد.
جمع بندی
توصیف صحیح اندازهگیریها مستلزم استفاده دقیق از مفاهیم استاندارد و شناختهشده در علم اندازه گیری است. هر یک از موارد بررسی شده نقش مشخصی در ارزیابی کیفیت نتایج اندازه گیری دارند و نباید به جای یکدیگر استفاده شوند. درک صحیح این اصطلاحات موجب میشود نتایج اندازه گیری با شفافیت بیشتری تفسیر شوند و کیفیت فرآیندهای اندازهگیری بهدرستی ارزیابی گردد.
شرکت وارش شیمی بهار به عنوان نماینده رسمی Anton Paar در ایران، با ارائه تجهیزات دقیق آزمایشگاهی و راهکارهای تخصصی در حوزه اندازهگیری، کالیبراسیون و کنترل کیفیت، همراه صنایع مختلف است تا دستیابی به نتایج قابل اعتماد و استاندارد را تسهیل کند.
گردآوری شده توسط تیم فنی وارش شیمی بهار