درستی، خطا، دقت و عدم قطعیت

مقدمه
همه اندازه گیری های کمیت های فیزیکی در معرض عدم قطعیت ها در اندازه گیری ها هستند.تغییرپذیری در نتایج اندازه گیری های تکراری حاصل می شود زیرا متغیرهایی که می توانند بر نتیجه اندازه گیری تأثیر بگذارند، غیرممکن است که ثابت بمانند. حتی اگر شرایط بتواند به دقت کنترل شود، نتیجه، خطایی مرتبط با آن دارد. به این دلیل است که ترازو با سطح کیفیت مشخصساخته شد، غالبا خواندن ترازو به طور عالی و دقیق، مشکل می باشد، ممکن است بین نشانه گذاری ترازو، برآوردهای کسری و جزئی صورت گیرد وغیره. البته فاصله های کم می توانند مقدار عدم قطعیت را محدود کنند اما همیشه وجود دارد.به منظور تفسیر داده ها به طور صحیح و نتیجه گیری هایمعتبر، عدم قطعیت باید نشان داده شود و به طور مناسب به آنپرداخته شود. برای اینکه نتیجه اندازه گیری، معنی واضحیداشته باشد، مقدار نمی تواند شامل تنها مقدار اندازه گیریشده باشد و دقت و درستی نتیجه باید معلوم باشد. بنابرایننتیجه هر اندازه گیری دو مؤلفه اساسی دارد: (1) مقدارعددی (در سیستم یکاهای معین) بهترین برآورد ممکن از پارامتر اندازه گیری کمیت و ( 2) درجه عدم قطعیت مرتبط با این مقدار برآورد شده. عدم قطعیت، پارامتری است که دامنه مقادیر را در محدوده ای که مقدار پارامتر اندازه گیری می تواند گفته شودکه در آن سطح اطمینان معین قرار دارد، مشخص می کند. بعنوان مثال، اندازه گیری عرض میز ممکن است نتیجه 0/1±95/3  سانتیمتر را داشته باشد. این نتیجه اساسا  است نتیجهمی رساند که شخصی که اندازه گیری را انجام می دهد معتقد است مقدار باید به 95/3 نزدیک ترین باشد اما می تواند 95/4 و 95/2 نیز باشد. . عدم قطعیت، نشانه کمی کیفیت نتیجه است و به این پرسش، پاسخ می دهد، تا چه نتیجه، مقدار دقیق کمیت مورد اندازه گیری را نشان می دهد؟ 

پروسه رسمی کامل، تعیین عدم قطعیت اندازه گیری، پروسهجامعی است که شناسایی همه پروسه های مهم و متغیرهایمحیطی و ارزیابی تأثیرشان بر اندازه گیری را دربرمی گیرد.این پروسه، ورای حیطه این جزوه می باشد اما در راهنمای ایزو مربوط به بیان عدم قطعیت در اندازه گیری(GUM) و استاندارد امریکایی متناظر  ANSI/NCSI 2-540Z به تفصیل بیان می شود. با این وجود، معیارهایی برای برآورد عدم قطعیت وجود دارد مانند، انحراف استاندارد که کلاً براساس تحلیل داده های آزمایشی می باشد وقتی که همه منابع مهم تغییرپذیری در مجموعه داده ها نمونه برداری می شوند.

اولین مرحله در رساندن نتیجه اندازه گیری مجموعه ایاز اندازه گیری ها، درک اصطلاحات مرتبط با کیفیتاندازه گیری می باشد. این می تواند گیج کننده باشد، که تاحدودی با توجه به اصطلاحات استفاده شده به طور غلط واغلب » درستی « ناهماهنگ می باشد. بعنوان مثال، اصطلاحاستفاده شود. » درست بودن « زمانی استفاده می شود که بایداستفاده از اصطلاحات مناسب، کلیدی است که تضمین می کند نتایج به طور صحیح رسانده یا ابلاغ می شود.

خطای کلی، معمولاً ترکیبی از خطایتصادفی و خطای سیستماتیکمی باشد. اکثر اوقات، نتایج با دو خطا بیان می شوند. خطای اول معمولا خطای تصادفی است و خطای دوم، خطای سیستماتیکاگر تنها یک خطا بیان شود، آن خطا، خطای مرکب است.

از آنجا که مقدار واقعی، قطعا نمی تواند تعیین شود، در عمل، مقدار مرجع پذیرفته شده استفاده می شود. مقدار
مرجع پذیرفته شده معمولا با اندازه گیری مکرّر برخی از استانداردهای مرجع قابل ردیابی NIST یا ISO محقق  می شود. این مقدار، مقدار مرجعی نیست که در کتاب مرجع به چاپ رسیده. چنین مقادیر مرجعی، پاسخ های درستی نیستند. آنها اندازه گیری هایی هستند که خطاهایی مرتبط با آنها دارند و ممکن است کاملاً نماینده نمونه خاص مورد اندازه گیری نباشند.

درستی و خطا
درستی، نزدیک ترین هماهنگی یا توافق بین مقدار واقعی و مقدار اندازه گیری شده است. خطا، اختلاف بین اندازه گیری
و مقدار واقعی پارامتر مورد اندازه گیری می باشد. خطا شامل اشتباه نمی شود. مقادیری که حاصل خواندن مقدار غلط یا
ایجاد اشتباهات دیگر می باشد، باید توضیح داده شود واز مجموعه داده ها حذف شود. خطا آن چیزی است کهباعث می شود مقادیر، هنگام اندازه گیری مکرّر متفاوت باشند و هیچ یک از نتایج نتوانند به دیگری ترجیح داده شوند.(انتخاب و تشخیص مقدار درست سخت است). با اینکه حذف خطا به طور کامل در اندازه گیری، غیرممکن می باشدولی می تواند کنترل و مشخص شود. غالباً بیشتر تلاش هادر جهت تعیین خطا یا عدم قطعیت در اندازه گیری است تا انجام خود اندازه گیری.خطای کلی، معمولاً ترکیبی از خطای تصادفی و خطای سیستماتیک می باشد. اکثر اوقات، نتایج با دو خطا بیان
می شوند. خطای اول معمولا خطای تصادفی است و خطای دوم، خطای سیستماتیک اگر تنها یک خطا بیان شود، آن خطا، خطای مرکب است. خطای سیستماتیکهمه اندازه گیری ها را به طور حساب شده تغییر می دهد به طوری که در اندازه گیری های متعدد، مقدار میانگین دائما به طور قابل پیشگویی تغییر می کند یا جابجا می شود.دلایل ممکن است شناخته شده یا ناشناخته باشد اما بایدهمیشه در صورت حضور اصلاح شوند. بعنوان مثال، هیچدستگاهی نمی تواند به طور دقیق کالیبره شود از این رو وقتی مجموعه ای از اندازه گیری ها مرتبا از نمونه مرجع استاندارد متفاوت باشند، باید در مقادیر، تعدیل صورت گیرد. خطای سیستماتیک می تواند تنها زمانی اصلاح شود که مقدار واقعیمشخص شده باشد )مانند مقدار تعیین شده در نمونه مرجع یا کالیبراسیون(.خطای تصادفی، جزئی از خطای کلی است که در اندازه گیری مکرّر به طور غیرقابل پیشگویی، متفاوت می باشد.تصحیح خطای تصادفی امکان پذیر نیست. خطاهای تصادفیمی توانند به دلایل مختلف بوجود آیند از جمله:

فقدان حساسیت دستگاه

 ابزار اندازه گیری ممکن است نتواند تغییر در برخی کمیت های بسیار کوچک را نشان دهد یا ممکن است ناظر قادر نباشد تغییر را تشخیص دهد.
نویز در اندازه گیری

نویز، اختلال خارجی است که غیرقابل پیش بینی یا تصادفی است و نمی تواند کاملاً شناسایی شود.

تعریف غیردقیق (مبهم)

 تعریف دقیق ابعاد یک شیء مشکل می باشد. بعنوان مثال، تعیین انتهای ترک (شکاف) با اندازه گیری طولش مشکل می باشد. دو نفر ممکن است دو نقطه پایانی و آغازین مختلفی را درنظربگیرند.

صحت و گرایش
صحت ، نزدیک ترین هماهنگی و توافق بین مقدار میانگین بدست آمدهاز مجموعه بزرگی از نتایج آزمون و واقعیت پذیرفته شده می باشد. ایناصطلاح بسیار شبیه به اصطلاح استفاده شده در درستی می باشد اما صحتدر مورد مقدار میانگین تعداد زیادی از اندازه گیری ها به کار می رود.گرایش، اختلاف بین مقدار میانگین مجموعهبزرگی از اندازه گیری ها و واقعیت پذیرفتهشده می باشد. گرایش، هم ارز با خطای کلیسیستماتیک در اندازه گیری و تصحیح جهتخنثی کردن خطای سیستماتیکی می باشد که می تواند با تعدیل گرایش ایجاد شود.

دقت، تکرار پذیری  و تجدیدپذیری 
دقت، نزدیکی توافقی بین اندازه گیری های جداگانه کمیت تحت همان شرایط است.دقت، معیار درستی انجام اندازه گیری بدون رجوع به مقدار واقعی یا تئوریکی می باشد. تعداد تقسیمات در درجه دستگاه اندازه گیری معمولا برثبات اندازه گیری های مکرر تأثیر می گذارد و در نتیجه بر دقت تأثیر می گذارد. از آنجا که دقت براساس مقدار واقعی نمی باشد، هیچ گرایش یا خطای سیستماتیکی در مقدار وجود ندارد، اما در عوض فقط به پراکندگی خطاهای تصادفی وابسته می باشد.
دقت اندازه گیری معمولاً بوسیله عدم قطعیت یا عدم قطعیت نسبی جزئی مقدار نشان داده می شود. تکرارپذیری، دقت تعیین شده تحت شرایطیاست که همان روش ها و دستگاه ها توسط همان کاربر برای اندازه گیری طبق نمونه های یکسان استفاده می شود. تجدید پذیری، دقت تعیین شده تحت شرایطی است که همان روش ها ولی با دستگاه های مختلف توسط یک کاربر دیگرب رایا ندازه گیری طبق نمونه های یکسان استفاده می شود.

عدم قطعیت
عدم قطعیت، مولفه ای از مقدار گزارش شده است که گستره مقادیر را در محدوده ای کهمقدار واقعی در آن قرار دارد مشخص می کند. برآورد عدم قطعیت باید خطای (تصادفی و سیستماتیک) حاصل از همه تأثیرات احتمالی را درنظر بگیرد و از این رو، معمولا مناسب ترینابزار بیان درستی نتایج است و با رهنمودهایISO  هماهنگ می باشد. با این وجود در بسیاری از موقعیت های اندازه گیری،خطای سیستماتیک موردنظر نیست و تنها خطای تصادفی دراندازه گیری عدم قطعیت شامل می شود. وقتی تنها خطایتصادفی در برآورد عدم قطعیت درنظر گرفته می شود،نشان دهنده بازتاب دقت اندازه گیری می باشد.

خلاصه
خطا، تفاوت بین مقدار واقعی و مقدار اندازه گیری شده پارامتر مورد اندازه گیری می باشد. خطای کلی، ترکیبی از
خطای سیستماتیک و خطای تصادفی است. صحت، نزدیکی هماهنگی بین مقدار میانگین بدست آمده از مجموعه بزرگی
از نتایج آزمون و واقعیت پذیرفته شده می باشد. صحت ، عمدتاً تحت تأثیر خطای سیستماتیک قرار می گیرد. دقت، نزدیکی توافقی بین اندازه گیری های جداگانه و مستقل می باشد. دقت تا حد زیادی تحت تأثیر خطای تصادفی قرار می گیرد. درستی، بیان فقدان خطا است، عدم قطعیت، گستره مقادیر را در محدوده ای که مقدار واقعی با برخی سطوحاطمینان در آن قرار دارد، شرح می دهد.

منبع:

THE ROYAL SOCIETY