مقدمة حول عدم اليقين في القياس

عندما يتم إجراء القياس ، لا تكون النتيجة دقيقة أبدا. بغض النظر عن مدى الحذر أو العلم ، فإن كل قياس عرضة للخطأ وعدم اليقين. القياس هو أفضل تقدير كمي للملاحظة المقيدة بعامل محدد واحد أو أكثر. تخلق هذه القيود الشك في النتيجة المرصودة وتقدم مفهوم عدم اليقين.

تقوم المختبرات والمصنعون في جميع أنحاء العالم بإجراء القياسات كل يوم. تؤثر نتائج القياسات والاستنتاجات المستخلصة منها على جودة وسلامة المنتجات والخدمات التي يستخدمها المستهلكون. لذلك ، فإن التثقيف والوعي بعدم اليقين في القياس أكثر أهمية من أي وقت مضى.

تستخدم بيانات القياس الكمي بشكل شائع للتأثير واتخاذ القرارات. مع كل قرار يأتي الاعتراف بالمخاطر وقبولها. عدم اليقين هو معلمة تعرض جودة بيانات القياس. سيساعد فهم معنى وتطبيق عدم اليقين على بث الثقة في صنع القرار.

تهدف هذه المعلومات التالية إلى تعريف القراء بمفهوم عدم اليقين في نتائج القياس. يمكن العثور على مزيد من المعلومات فيما يتعلق بتحليل عدم اليقين في القياس وعدم اليقين في مكتبتنا التقنية.

ما هو عدم اليقين في القياس؟
وفقا لطبعة 2012 من مفردات BIPM في علم القياس (VIM) ، يتم تعريف مصطلح عدم اليقين على أنه معلمة غير سالبة تميز تشتت قيم الكمية المنسوبة إلى القياس ، بناء على المعلومات المستخدمة.

في الأساس ، عدم اليقين في نتيجة القياس هو الشك المرتبط بنتيجة القياس. بغض النظر عن مدى الحذر أو العلمية ، فإن جميع القياسات عرضة للخطأ وعدم اليقين. لا يمكننا أبدا أن نكون متأكدين تماما من أن نتيجة القياس صحيحة أو محدودة. لذلك ، يجب أن نضع حدودا نثق من أن نتيجة القياس ستكون بينها.

خطأ مقابل عدم اليقين
الخطأ وعدم اليقين مصطلحان تم استخدامهما بالتبادل في الماضي. ومع ذلك ، فإن معنى كل مصطلح مختلف بشكل واضح.

• عدم اليقين هو تقدير الشك المرتبط بنتيجة القياس. بشكل أساسي ، يعبر عن شيء عن جودته.

• الخطأ هو الفرق بين القيمة المقاسة والقيمة الحقيقية لما يتم قياسه.

ينص مبدأ الظلام على أن كل شيء عن النظام لا يمكن معرفته. عندما نكون قادرين على تحديد الخطأ من خلال التجارب التجريبية ، يمكننا تطبيق التصحيح. نظرا لأننا غير قادرين على معرفة القيمة الحقيقية ، فلن نعرف الخطأ أبدا. أي خطأ لا تعرف قيمته هو مصدر عدم اليقين. لذلك ، يجب أن نفسر ما لا نعرفه وما لا يمكننا تحديده.

أنواع الأخطاء
يمكن تصنيف الأخطاء إلى نوعين متميزين: عشوائي ومنهجي. يتم تحديد التصنيفات من خلال كيفية تأثير الخطأ على نتيجة القياس.

• الخطأ العشوائي هو خطأ عشوائي وغير مرتبط ، مما يؤثر على نتائج القياسات المتكررة. تضيف مصادر الخطأ العشوائي مكونا غير معروف إلى نتيجة القياس.

• الخطأ المنهجي هو خطأ يؤثر على جميع القياسات بنفس الطريقة. عندما تكون الأخطاء العشوائية صغيرة ، من الممكن تحديد الأخطاء المنهجية.

أنواع عدم اليقين
يمكن تصنيف أوجه عدم اليقين إلى نوعين متميزين: النوع أ والنوع ب. يتم تحديد التصنيفات من خلال كيفية تقدير عدم اليقين.

• أوجه عدم اليقين من النوع أ هي تلك التي يتم تقييمها باستخدام الأساليب الإحصائية نتيجة للتجارب التجريبية.

• أوجه عدم اليقين من النوع باء هي تلك التي يتم تقييمها بوسائل أخرى غير الأساليب الإحصائية؛ التجارب السابقة ، وبيانات المعايرة ، ومواصفات الشركة المصنعة ، وما إلى ذلك.

مصادر الخطأ وعدم اليقين
نتيجة القياس ليست مثالية أبدا. تؤثر العوامل الداخلية والخارجية على القدرة على تحقيق نتائج القياس المثالية. يتم تحديد هذه العوامل كمصادر لعدم اليقين.

بعض المصادر الشائعة لعدم اليقين هي:

•الأخطاء العشوائية: التكرار والاستنساخ والاستقرار
•الأخطاء المنهجية: الدقة والتحيز والانجراف وما إلى ذلك.
•نظام القياس
•الوحدة قيد الاختبار
•دقة المعدات
•التتبع: عدم اليقين في المعايرة
•عملية القياس
•مهارة المشغل
• الظروف البيئية: درجة الحرارة والرطوبة والضغط وما إلى ذلك.

انتشار عدم اليقين
لا يمكن إنجاز بعض القياسات الفيزيائية بقياس مباشر واحد. لذلك ، يتم حساب القياس عن طريق القياس المباشر لمتغيرات مستقلة أو أكثر. عندما تتطلب نتيجة القياس خطوتين أو أكثر ، فإن تقدير عدم اليقين يتطلب خطوتين أو أكثر. وينبغي استخدام الطرائق التالية لتحديد كيفية انتشار أوجه عدم اليقين في القياسات غير المباشرة من خلال الحسابات لإنتاج عدم يقين في النتيجة النهائية.

تقدير عدم اليقين
يتم تقدير عدم اليقين من خلال الجمع بين وتوسيع العوامل المساهمة المتعددة التي تدخل عدم اليقين في نتيجة القياس. عادة ما تعتبر صناعة المترولوجيا الطرق الموضحة في "دليل ISO للتعبير عن عدم اليقين في القياس" هي المعيار الذي يجب أن تلتزم به جميع المختبرات المعتمدة من ISO 17025.

يتم دمج المساهمين في عدم اليقين باستخدام طريقة مجموع جذر المربعات. بموجب نظرية الحد المركزي ، يأخذ التوزيع الاحتمالي لعدم اليقين المشترك شكل توزيع غاوسي أو طبيعي. بعد ذلك ، يتم توسيع عدم اليقين المشترك إلى مستوى الثقة المطلوب. في صناعة المقاييس ، من الشائع توسيع عدم اليقين إلى فاصل ثقة 95.45٪ ، حيث k = 2.00.

التعبير عن عدم اليقين
وفقا ل NIST ، تكتمل نتيجة القياس فقط عند الإبلاغ عنها مع تقدير مرتبط بعدم اليقين في القياس. لذلك ، يجب التعبير عن جميع نتائج القياس الكمي بقيمة تقديرية لعدم اليقين. قام التعاون الدولي لاعتماد المختبرات (ILAC) بتطوير ووضع سياسة للمختبرات المعتمدة من ISO 17025 للالتزام بها عند التعبير عن عدم اليقين في القياس. الوثيقة هي ILAC P-14: 12/2010 ، "سياسة عدم اليقين في المعايرة".

مراجع
1. تايلور ، بي إن وكيات ، سي إي نيست ملاحظة فنية 1297 ، "مبادئ توجيهية لتقييم نتائج قياس عدم اليقين والتعبير عنها. Gaithersburg: NIST ، 1994.
2. تايلور ، جون ر. مقدمة لتحليل الخطأ. سوساليتو : كتب العلوم الجامعية ، 1997.
3. كيركوب ، ليس وفرينكل ، بوب. مقدمة في عدم اليقين في القياس. كامبريدج: مطبعة جامعة كامبريدج ، 2006.
4. ديك ، روبرت إتش عدم اليقين في القياس. حديقة مثلث البحوث : ISA ، 2006.
5. اللجنة المشتركة للمرشدين في المترولوجيا. المفردات الدولية في المترولوجيا - المفاهيم الأساسية والعامة والمصطلحات المرتبطة بها. Sevres Cedex : Bureau International des Poids et Mesures ، 2012.
6. دائرة الاعتماد في المملكة المتحدة. M3003: التعبير عن عدم اليقين والثقة في القياس. فيلثام: دائرة الاعتماد في المملكة المتحدة ، 2007.