Czy wynik pomiaru naprawdę jest dokładny? A jeśli nie, to jak duże może być odchylenie od wartości rzeczywistej i czy nadal możemy mu zaufać? Właśnie tym zajmuje się niepewność pomiaru, czyli jeden z najważniejszych parametrów współczesnej metrologii. Określa ona nie tyle błąd, co zakres, w którym może znajdować się rzeczywista wartość mierzonej wielkości. W tym artykule wyjaśniamy, czym jest niepewność pomiaru oraz jak się ją oblicza.
To pojęcie wprowadzono oficjalnie do metrologii wraz z publikacją dokumentu GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement). Od tego momentu ma duże znaczenie w laboratoriach wzorcujących, działach kontroli jakości oraz w przemyśle.
Niepewność pomiaru określa zakres wartości, w którym z określonym prawdopodobieństwem znajduje się rzeczywisty wynik pomiaru. Innymi słowy, pokazuje, jak bardzo możemy ufać otrzymanemu wynikowi. Ułatwia określenie, czy dany detal spełnia wymagania co do jakości i tolerancje.
Każdy pomiar jest obarczony pewnym poziomem niepewności. Nie istnieją pomiary idealnie dokładne. Na wynik wpływają bowiem różne czynniki, a mianowicie dokładność urządzenia, warunki otoczenia, doświadczenie operatora, temperatura i sposób wykonania pomiaru.
Podkreślamy, że niepewność pomiaru nie oznacza błędu ani wadliwego działania urządzenia. To naturalna cecha każdego procesu pomiarowego i element profesjonalnej analizy wyników.
Przykład? Jeśli wynik pomiaru wynosi 50 mm ±0,02 mm, oznacza to, że rzeczywista wartość znajduje się najprawdopodobniej w przedziale od 49,98 mm do 50,02 mm.
Błąd pomiaru to różnica między wynikiem pomiaru a rzeczywistą wartością mierzonej wielkości. Problem polega na tym, że najczęściej nie znamy dokładnej wartości rzeczywistej. Dlatego nie jesteśmy w stanie precyzyjnie określić błędu.
Niepewność pomiaru natomiast informuje nas o tym, jak duży może być potencjalny rozrzut wyniku, co jest bardziej praktycznym podejściem we współczesnej metrologii.
W skrócie:
W branży przemysłowej równie ważne jest właśnie określenie niepewności, tak jak i samego błędu, ponieważ można dzięki temu na przykład ograniczyć reklamacje.
Jednym z najczęściej zadawanych pytań jest: jak obliczyć niepewność pomiaru? Wiele zależy od rodzaju pomiaru, metody oraz innych czynników, o czym zaraz powiemy szerzej.
Podstawą jest stworzenie równania pomiaru, które uwzględnia wszystkie składowe wpływające na końcowy rezultat. Najczęściej stosowany wzór na niepewność rozszerzoną pomiaru wygląda następująco:
gdzie:
Standardowa niepewność złożona obliczana jest jako pierwiastek z sumy kwadratów niepewności składowych:
dokładność urządzenia,
rozdzielczość pomiaru,
powtarzalność wyników,
wpływ temperatury,
stabilność układu pomiarowego,
doświadczenie operatora.
Niepewność typu A wyznacza się metodami statystycznymi na podstawie serii pomiarów. Oznacza to, że wykonuje się wiele pomiarów tej samej wielkości, a następnie analizuje rozrzut wyników.
Najczęściej stosowany wzór wygląda następująco:
uA x=sxN
gdzie:
Im większa liczba pomiarów, tym bardziej wiarygodny wynik analizy.
Niepewność typu B określana jest na podstawie danych innych niż analiza statystyczna. Mogą to być:
Przykładem może być dokładność maszyny pomiarowej CMM lub rozdzielczość suwmiarki.
W przypadku współrzędnościowych maszyn pomiarowych CMM niepewność pomiaru gra ważną rolę, gdyż wpływa na wiarygodność całego procesu kontroli jakości. Na wynik pomiaru CMM wpływają między innymi:
To istotne w branżach takich jak:
Dlatego fundamentalna jest regularna kalibracja oraz wzorcowanie maszyn CMM, jak również szkolenie operatorów.
W metrologii przemysłowej niepewność pomiaru ma bardzo duże znaczenie praktyczne. To od niej zależy:
Dlatego firmy inwestują dziś nie tylko w sprzęt, ale również w profesjonalne usługi kalibracji, modernizacji maszyn pomiarowych oraz wsparcie metrologiczne.
W COMTEC 3D od ponad 20 lat specjalizujemy się w metrologii przemysłowej i nowoczesnych systemach pomiarowych 3D. Oferujemy:
Jako część grupy INNOVALIA METROLOGY korzystamy z najnowocześniejszych rozwiązań wykorzystywanych przez światowych liderów przemysłu.
Niepewność pomiaru to wartość określająca zakres, w którym z pewnym prawdopodobieństwem znajduje się rzeczywisty wynik pomiaru.
Czym różni się niepewność od błędu pomiaru?Błąd pomiaru oznacza różnicę między wynikiem a wartością rzeczywistą, natomiast niepewność określa, jak dokładnie znamy uzyskany wynik.
Jak obliczyć niepewność pomiaru?Obliczanie niepewności pomiaru polega na analizie wszystkich czynników wpływających na wynik oraz wyznaczeniu niepewności złożonej i rozszerzonej.
Co to jest niepewność rozszerzona?Niepewność rozszerzona to wartość otrzymana poprzez pomnożenie niepewności złożonej przez współczynnik rozszerzenia.
Po co podawać niepewność pomiaru?Niepewność pomiaru pozwala określić wiarygodność wyniku i ograniczyć ryzyko błędów, a co za tym idzie, strat finansowych i reklamacji.
Co to jest GUM?GUM (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) to międzynarodowy dokument określający zasady wyznaczania i prezentowania niepewności pomiaru.