Ngay cả các thí nghiệm được thực hiện bởi các chuyên gia cũng không bao giờ đưa ra số liệu hoàn toàn chính xác. Mọi giá trị, cho dù nó được đo lường cẩn thận đến đâu, đều có một nghi ngờ được gọi là sự không đảm bảo đo lường.

Bài viết này sẽ giúp bạn hiểu độ không đảm bảo đo lường là gì. Nguồn và cách để giảm sự không chắc chắn

Định nghĩa độ không đảm bảo đo lường

Độ không đảm bảo đo lường là một nghi ngờ định lượng tồn tại trong mọi kết quả đo.

Ví dụ: giả sử bạn được yêu cầu đo chiều dài của một thanh bằng thước kẻ. Vì không có thông tin giữa chúng, bạn phải đoán giá trị và dự đoán này tạo ra sự không chắc chắn.

Tương tự, Nghi ngờ trong các phép đo phát sinh do các sai số nhỏ vẫn tồn tại ngay cả sau khi hiệu chỉnh.

Nó cũng xảy ra do sự không hoàn hảo trong các công cụ mà chúng ta sử dụng các phím tắt hoặc giả định mà chúng ta đưa ra trong quá trình thử nghiệm và các yếu tố khác. Nhiều hơn nữa được mô tả dưới đây.

Chúng tôi thể hiện sự nghi ngờ này bằng các con số sử dụng ±, cho thấy mức chênh lệch hoặc biên độ của một giá trị có thể đại diện cho một phép đo.

Theo hướng dẫn sử dụng JCGM 100:2008 và VIM (Từ vựng Đo lường Quốc tế), độ không đảm bảo đo lường được định nghĩa là

Các thông số hiển thị các đặc tính phân bố của các giá trị đo được có thể được quy cho phép đo một cách hợp lý.

Hãy giải thích các thuật ngữ được sử dụng trong định nghĩa này để hiểu rõ hơn.

• Tham số: Là một con số cung cấp thông tin về chênh lệch (phân phối)
• Phân phối: Sự lan truyền của các giá trị có thể được quy cho phép đo.
• Đo lường: Số lượng bạn muốn đo, nó có thể là chiều dài, nhiệt độ hoặc những thứ khác.
• Hợp lý: Tất cả các giá trị đo được đều hợp lý vì giá trị của phép đo là giá trị hợp lý.

Hãy tưởng tượng rằng bạn có một chiếc cần câu dài 20 cm, nếu bạn yêu cầu một số đồng nghiệp đoán chiều dài của nó. Bạn có thể nghe thấy câu trả lời, ví dụ, khoảng 21 cm, 19 cm, 20 cm, 22 cm hoặc 18 cm.

Tuy nhiên, không ai nói rằng một chiếc cần câu là khoảng 5 cm, 1 cm hoặc 40 cm vì những giá trị đó không có ý nghĩa đối với một chiếc cần có kích thước đó.ี้

Một giá trị hợp lý cho một phép đo cụ thể là hợp lý.

Công cụ tốt hơn Nhân viên lành nghề và tình trạng tốt giúp phép đo chính xác hơn. Điều đó có nghĩa là phạm vi các giá trị hợp lý sẽ bị thu hẹp.

Nói một cách đơn giản, độ không đảm bảo đo lường là một con số mô tả sự phân phối (chênh lệch) của một giá trị hợp lý là giá trị của phép đo.

Nói chung, ký hiệu đại diện cho sự không đảm bảo Tiêu chuẩn đo lường là u, là dạng đơn giản nhất của độ không đảm bảo bắt nguồn từ một nguồn duy nhất của độ không đảm bảo đo lường mà không kết hợp nó với các độ không chắc chắn khác.

Nếu chúng ta áp dụng hệ số bao phủ k cho độ không đảm bảo tiêu chuẩn, nó được gọi là độ không đảm bảo mở rộng, được ký hiệu bằng ký hiệu U.

U=k.u

Trong vật lý, một quy ước phổ biến là biểu thị độ không chắc chắn tuyệt đối (được viết dưới dạng giá trị với số và đơn vị) bằng cách sử dụng chữ cái Hy Lạp Δ (delta). Nếu thể tích là một lực (F), độ không đảm bảo trong đó được biểu thị bằng ký hiệu ΔF.

Cách tốt nhất là sửa tất cả các lỗi đã biết trước khi đánh giá độ không đảm bảo của phép đo.

Sự không chắc chắn không phải là tất cả sai lầm. Đó là một phần nhỏ còn lại sau khi chúng ta sửa chữa những lỗi mà chúng ta biết. Sai số còn lại là một trong những nguồn gốc của nhiều điều không chắc chắn.

Độ không đảm bảo cho chúng ta biết về chất lượng của kết quả đo. Nếu sự không chắc chắn lớn. Giá trị thực tế có thể cao hơn hoặc thấp hơn nhiều so với con số chúng tôi đo được. Giá trị thực tế có thể còn lâu mới đo được. Chúng ta không thể tin tưởng vào các giá trị đo lường khi đưa ra quyết định hoặc so sánh.

Về mặt toán học, chúng tôi viết độ không đảm bảo với ước tính đo lường tốt nhất bằng cách sử dụng ký hiệu.±

Ước tính tốt nhất±Độ không chắc chắn

Các ước tính tốt nhất thu được bằng cách tính trung bình các phép đo lặp lại và sử dụng các hiệu chỉnh lỗi có hệ thống đã biết. ± đại diện cho một khoảng thời gian bao gồm tất cả các giá trị nằm trong khoảng thời gian.

[Ước tính tốt nhất − Độ không chắc chắn, Ước tính tốt nhất + Độ không chắc chắn]

Ở đâu?

x min = Ước tính tốt nhất - độ không chắc chắn

x max = ước tính tốt nhất + độ không đảm bảo

10 Nguồn của độ không đảm bảo tiềm ẩn trong các phép đo

Có nhiều nguồn (hoặc nguyên nhân) của sự không đảm bảo đo lường.ี้:

1. Các phép đo được xác định một phần

Đại lượng chúng ta muốn đo lường không thể được xác định bằng số, vì chúng ta chưa biết giá trị của nó. Thay vào đó, chúng tôi mô tả số lượng bằng cách chỉ định các thuộc tính. Ví dụ:

Nước được giữ trong bể điều nhiệt ở áp suất khí quyển (101.325 Pa). Nhiệt độ được hiển thị bằng độ C.

Vì không thể có được lượng thông tin không giới hạn về phép đo, nên có chỗ cho sự không chắc chắn.

2. Nhận biết các phép đo không phù hợp

Trong ví dụ trước, Chúng tôi muốn đo nhiệt độ và chúng tôi giải thích các đặc tính của nó như sau:

• 1 lít nước cất.
• Bồn tắm ổn nhiệt
• Áp suất khí quyển (101.325 Pa)
• Trung tâm hình học
• Khởi động thường xuyên.

Mặc dù chúng tôi cố gắng nhận ra liều lượng theo những yêu cầu này, nhưng không có công cụ nào có thể cung cấp một con số chính xác. Không thể có 1 lít nước hoặc kiểm soát hoàn hảo nhiệt độ của bồn tắm.

Như vậy, nhận thức chỉ là một ước tính đo lường. Sự khác biệt nhỏ giữa những gì chúng ta muốn đo và những gì chúng ta thực sự đo làm tăng độ không chắc chắn của phép đo.

3. Độ không chắc chắn trong mẫu đại diện

Hầu hết thời gian, quá khó hoặc không thể đo tất cả các đối tượng. Điều này đặc biệt đúng khi bạn làm việc trong nhà máy hoặc trên quy mô lớn.

Để làm cho mọi thứ hoạt động, Chúng tôi sử dụng các mẫu nhỏ thay vì đo lường mọi thứ.

Nhưng vấn đề là: trong các vật thể lớn, các bộ phận có thể không hoàn toàn giống nhau. Do đó, ví dụ mà chúng ta mang đến có thể không đại diện hoàn hảo cho tất cả các đối tượng.

Ví dụ: Hãy tưởng tượng một bể chứa dung dịch đường lớn trong một nhà máy. Nếu chúng ta chỉ dùng thìa nhỏ để đo nồng độ đường, nó có thể không phù hợp với nồng độ của toàn bộ xô đường. Sự khác biệt này gây ra sự không chắc chắn trong các phép đo của chúng tôi.

4. Tác động môi trường đến đo lường

Các yếu tố môi trường như nhiệt độ, áp suất hoặc độ ẩm có thể ảnh hưởng đến phép đo.้

Đo lường lại và hiệu chỉnh thích hợp có thể làm giảm tác động của những thay đổi này. Nhưng chúng ta không thể loại bỏ nó hoàn toàn. Các tác động nhỏ còn lại góp phần vào sự không chắc chắn tổng thể của các phép đo.

Các yếu tố môi trường phổ biến nhất bao gồm:ี้:

• Nhiệt độิ
• Độ ẩm
• Chuyển động không khí
• Áp lực
• Điện trường hoặc từ trường
• Trọng lực
• Thiết bị điện cho thiết bị đo lường

5. Số lượng công cụ tối thiểu.

Mỗi dụng cụ đo lường đều có giá trị có thể phát hiện tối thiểu. Đây được gọi là số hoặc độ phân giải nhỏ nhất. Nếu số lượng chúng ta đo lường ít hơn mức đó, Công cụ sẽ không thể phát hiện bộ phận đó. Giới hạn này làm tăng độ không chắc chắn của các phép đo của chúng tôi.

6. Tiêu chuẩn đo lường không hoàn hảo.

Tiêu chuẩn đo lường là những gì chúng tôi sử dụng làm tài liệu tham khảo trong việc hiệu chuẩn các dụng cụ đo lường khác.

Bởi vì tiêu chuẩn có các độ không chắc chắn liên quan, độ không đảm bảo này được chuyển sang thiết bị được hiệu chuẩn và cuối cùng góp phần vào sự không đảm bảo của giá trị đo.้

7. Độ không chắc chắn do hằng số không xác định

Để hiểu điều này, Giả sử bạn đang tính toán lực hấp dẫn giữa hai vật thể bằng định luật hấp dẫn Newton.:

Ký hiệu G đại diện cho hằng số hấp dẫn, trong khi m 1 và m 2 đại diện cho khối lượng của hai vật thể và r đề cập đến khoảng cách giữa hai vật.

Khi tính toán lực bất định trong giá trị của hằng số G, nó lan truyền đến kết quả cuối cùng.

8. Ước tính, đo lường và giả thuyết

Trong thử nghiệm Chúng tôi đưa ra giả thuyết để đơn giản hóa các phép đo và tính toán, chẳng hạn như bỏ qua ảnh hưởng của khay cân đối với trọng lượng. Tương tự, trong một con lắc, chúng ta xấp xỉ sin θ≈θ.

Những ước tính và giả định này làm cho các giá trị không chắc chắn, vì chúng ta không biết chính xác bao nhiêu, làm tăng thêm sự không chắc chắn cho các phép đo của chúng ta.

9. Thay đổi trong quan sát lặp đi lặp lại

Sự không chắc chắn có thể phát sinh từ những thay đổi đột ngột và không thể đoán trước trong các dụng cụ, môi trường hoặc phương pháp của người thử nghiệm.

Nếu bạn đo cùng một lượng nhiều lần trong cùng một điều kiện, bạn sẽ có thể đo cùng một lượng nhiều lần. Bạn sẽ thấy rằng các giá trị đo được hơi khác một chút. Những mẫu này không thể đoán trước và ngẫu nhiên. Vì vậy, không có cách nào bạn kiểm soát.้

Bạn có thể giảm tác động bằng cách tính trung bình tất cả các phép đo. Những khác biệt nhỏ còn lại là một phần của sự không đảm bảo đo lường.

10. hoạt động

Không có dụng cụ đo nào hoàn toàn ổn định theo thời gian. Theo thời gian, các bộ phận cơ khí, linh kiện điện tử và cảm biến dần thay đổi tính chất của chúng. Những thay đổi này phân biệt một cách có hệ thống các bài đọc trong cùng một tập.

Sau khi áp dụng hiệu chỉnh, hiệu ứng còn lại sẽ tạo ra độ không đảm bảo của phép đo. Những thay đổi về tính chất của một công cụ do thời gian trôi qua được gọi là trôi dạt trong dụng cụ.

Tại sao không có phép đo chính xác?

Các phép đo không thể chính xác tuyệt đối, vì chúng thường bị ảnh hưởng bởi nhiều nguồn không chắc chắn khác nhau mà bạn không thể tránh hoàn toàn.์

Chúng tôi có thể giảm độ không đảm bảo đo lường bằng cách sử dụng các thiết bị tốt hơn và chính xác hơn, kiểm soát môi trường và thuê các chuyên gia vận hành, nhưng không thể loại bỏ hoàn toàn độ không đảm bảo để có được giá trị chính xác.

Làm thế nào để giảm độ không đảm bảo của phép đo??

Có một số cách có thể giúp giảm độ không đảm bảo khi thực hiện các phép đo. Một số trong số chúng được đưa ra dưới đây.

Thu thập thêm thông tin

Bạn càng thu thập nhiều dữ liệu, càng có nhiều hiệu ứng ngẫu nhiên bị hủy bỏ, làm cho sự phân phối các phép đo và giá trị của bạn gần với giá trị thực tế hơn.

Xác định các phép đo chi tiết hơn

Như đã đề cập trước đó, một phép đo chỉ có thể được xác định hoàn toàn nếu chúng ta có một lượng thông tin vô hạn về nó, điều này là không thể. Thực tế Chúng tôi có thể giảm độ không đảm bảo đo lường bằng cách cung cấp càng nhiều thông tin liên quan về phép đo càng tốt.

Thay đổi điều kiện đo

Bạn có thể giảm độ không đảm bảo bằng cách đo trong môi trường được kiểm soát tốt hơn.

Thay đổi từng thứ một, chẳng hạn như nhiệt độ, độ ẩm hoặc chuyển động của không khí và xem chúng ảnh hưởng đến kết quả của bạn như thế nào. Điều này sẽ giúp bạn biết yếu tố môi trường nào đang làm cho phép đo của bạn ổn định và đáng tin cậy hơn.

Ngoài ra, hãy thử thử nghiệm các chuyên gia hoặc công cụ khác nhau để xem liệu chúng có cải thiện kết quả của bạn hay không.่

Chọn phòng thí nghiệm có điều kiện tốt hơn.

Nếu bạn đo thể tích trong môi trường phòng thí nghiệm được kiểm soát cẩn thận và các dụng cụ, bạn sẽ có thể đo lượng liều. Bạn sẽ nhận được kết quả tốt hơn. Bạn cũng có thể so sánh các phòng thí nghiệm khác nhau bằng cách kiểm tra dữ liệu đo trước đây cho loại phép đo bạn đang thực hiện.

Điều này cho phép bạn phân tích phòng thí nghiệm nào đang cung cấp kết quả đáng tin cậy hơn cho loại phép đo bạn muốn thực hiện.

Nếu bạn chọn một phòng thí nghiệm được quản lý tốt và đáng tin cậy, bạn sẽ có thể chọn một phòng thí nghiệm. Bạn sẽ có thể giảm độ không đảm bảo của phép đo cuối cùng.้

Chọn một công cụ chính xác hơn

Nếu bạn chọn một công cụ chính xác hơn, bạn sẽ có thể làm như vậy. Bạn có thể định lượng với độ phân giải tốt hơn, điều này sẽ cung cấp cho bạn những con số đáng tin cậy hơn trong kết quả của mình.

Kết quả là, độ không chắc chắn tổng thể được giảm bớt khi công cụ cung cấp các giá trị gần với giá trị thực hơn.

Tránh ước tính và giả định.

Các nhà khoa học sử dụng các ước tính và giả định để đơn giản hóa các phép đo và tính toán, nhưng những ước tính và giả định này tạo ra thêm sự không chắc chắn trong giá trị của bạn. Bất cứ khi nào có thể. Thay vào đó, tránh dựa vào chúng để giảm bớt sự không chắc chắn trong kết quả cuối cùng.

Cải thiện phương pháp lấy mẫu

Nếu bạn đang làm việc trong một nhà máy và lấy mẫu từ số lượng lớn để đo nồng độ của các nguyên tố khác nhau trong đó, bạn sẽ có thể làm như vậy.

Xác định các yếu tố có thể làm tăng sự không chắc chắn. Ví dụ, công nhân có thể không trộn đều nguyên liệu hoặc mẫu bạn mang theo có thể quá nhỏ. Giảm độ không đảm bảo bằng cách trộn đều vật liệu và chọn các mẫu lớn hơn một chút.

Sai số đo lường so với độ không đảm bảo

Mọi người thường nhầm lẫn sai số đo lường với độ không đảm bảo đo lường, nhưng hai khái niệm này khác nhau.

Sai số đo định lượng sự khác biệt giữa giá trị đo được và giá trị thực tế. Nó cho chúng ta biết phép đo cách xa thực tế như thế nào.

Độ không đảm bảo của phép đo phản ánh sự chênh lệch hoặc phạm vi giá trị có thể liên quan đến phép đo. Nó nắm bắt được sự nghi ngờ cố hữu trong phép đo.

Ghi chúุ: Các lỗi hệ thống không xác định không gây ra sự không đảm bảo đo lường.