La differenza tra incertezza di misura ed errore di misura

L'incertezza e l'errore di misura sono concetti fondamentali studiati in metrologia, nonché uno dei più importanti e utilizzati dagli addetti alle prove metrologiche. Sono direttamente correlati all'affidabilità dei risultati di misura e all'accuratezza e alla coerenza della trasmissione del valore. Tuttavia, molti li confondono o li usano in modo improprio a causa di concetti poco chiari. Questo articolo unisce l'esperienza maturata nello studio di "Valutazione ed espressione dell'incertezza di misura" per concentrarsi sulle differenze tra i due. La prima cosa da chiarire è la differenza concettuale tra incertezza di misura ed errore.

L'incertezza di misura caratterizza la valutazione dell'intervallo di valori in cui si trova il valore vero del valore misurato.Fornisce l'intervallo in cui il valore vero può rientrare secondo una certa probabilità di confidenza. Può essere la deviazione standard o multipli di essa, oppure la semiampiezza dell'intervallo che indica il livello di confidenza. Non è un errore vero specifico, ma esprime quantitativamente la parte dell'intervallo di errore che non può essere corretta sotto forma di parametri. Deriva dalla correzione imperfetta di effetti accidentali ed effetti sistematici ed è un parametro di dispersione utilizzato per caratterizzare i valori misurati che sono ragionevolmente assegnati. L'incertezza è suddivisa in due tipi di componenti di valutazione, A e B, a seconda del metodo utilizzato per ottenerle. La componente di valutazione di tipo A è la valutazione dell'incertezza effettuata attraverso l'analisi statistica di serie di osservazioni, mentre la componente di valutazione di tipo B è stimata sulla base dell'esperienza o di altre informazioni, e si presume che vi sia una componente di incertezza rappresentata da una "deviazione standard" approssimativa.

Nella maggior parte dei casi, l'errore si riferisce all'errore di misurazione e la sua definizione tradizionale è la differenza tra il risultato della misurazione e il valore reale del valore misurato.Solitamente si dividono in due categorie: errori sistematici ed errori accidentali. L'errore esiste oggettivamente e dovrebbe essere un valore definito, ma poiché il valore vero non è noto nella maggior parte dei casi, l'errore vero non può essere conosciuto con precisione. Cerchiamo semplicemente la migliore approssimazione del valore di verità in determinate condizioni e la chiamiamo valore di verità convenzionale.

Attraverso la comprensione del concetto, possiamo vedere che ci sono principalmente le seguenti differenze tra incertezza di misura ed errore di misura:

1. Differenze negli scopi della valutazione:

L'incertezza di misura ha lo scopo di indicare la dispersione del valore misurato;

Lo scopo dell'errore di misura è indicare il grado in cui i risultati della misurazione si discostano dal valore reale.

2. La differenza tra i risultati della valutazione:

L'incertezza di misura è un parametro senza segno espresso dalla deviazione standard o da multipli della deviazione standard o dalla semiampiezza dell'intervallo di confidenza. Viene valutata da persone sulla base di informazioni quali esperimenti, dati ed esperienza. Può essere determinata quantitativamente da due tipi di metodi di valutazione, A e B.

L'errore di misura è un valore con segno positivo o negativo. Il suo valore è dato dal risultato della misura meno il valore vero misurato. Poiché il valore vero è sconosciuto, non può essere ottenuto con precisione. Quando si utilizza il valore vero convenzionale al posto del valore vero, è possibile ottenere solo il valore stimato.

3. La differenza dei fattori influenti:

L'incertezza di misura viene ottenuta dalle persone attraverso l'analisi e la valutazione, quindi è correlata alla comprensione da parte delle persone del misurando, influenzando la quantità e il processo di misurazione;

Gli errori di misurazione esistono oggettivamente, non sono influenzati da fattori esterni e non cambiano con la comprensione delle persone;

Pertanto, quando si esegue un'analisi dell'incertezza, è necessario considerare attentamente i vari fattori influenti e verificare la valutazione dell'incertezza. In caso contrario, a causa di un'analisi e di una stima insufficienti, l'incertezza stimata potrebbe essere elevata quando il risultato della misurazione è molto vicino al valore reale (ovvero, l'errore è piccolo), oppure l'incertezza indicata potrebbe essere molto piccola quando l'errore di misurazione è effettivamente elevato.

4. Differenze per natura:

In genere, non è necessario distinguere le proprietà dell'incertezza di misura dalle componenti dell'incertezza. Se necessario, è opportuno esprimerle come: "componenti di incertezza introdotte da effetti casuali" e "componenti di incertezza introdotte da effetti di sistema";

Gli errori di misura possono essere suddivisi in errori casuali ed errori sistematici in base alle loro proprietà. Per definizione, sia gli errori casuali che gli errori sistematici sono concetti ideali nel caso di infinite misurazioni.

5. La differenza tra la correzione dei risultati della misurazione:

Il termine "incertezza" implica di per sé un valore stimabile. Non si riferisce a un valore di errore specifico ed esatto. Sebbene possa essere stimato, non può essere utilizzato per correggere il valore. L'incertezza introdotta da correzioni imperfette può essere considerata solo nell'incertezza dei risultati di misura corretti.

Se è noto il valore stimato dell'errore di sistema, è possibile correggere il risultato della misurazione per ottenere il risultato della misurazione corretto.

Dopo la correzione di una magnitudo, questa potrebbe avvicinarsi di più al valore reale, ma la sua incertezza non solo non diminuisce, ma a volte aumenta. Questo perché non possiamo sapere esattamente quanto sia il valore reale, ma possiamo solo stimare in che misura i risultati della misurazione si avvicinino o si allontanino dal valore reale.

Sebbene l'incertezza di misura e l'errore presentino le differenze sopra descritte, sono comunque strettamente correlati. Il concetto di incertezza è l'applicazione e l'espansione della teoria dell'errore, e l'analisi dell'errore è ancora la base teorica per la valutazione dell'incertezza di misura; soprattutto quando si stimano componenti di tipo B, l'analisi dell'errore è inseparabile. Ad esempio, le caratteristiche degli strumenti di misura possono essere descritte in termini di errore massimo ammissibile, errore di indicazione, ecc. Il valore limite dell'errore ammissibile dello strumento di misura specificato nelle specifiche tecniche e nelle normative è chiamato "errore massimo ammissibile" o "limite di errore ammissibile". Si tratta dell'intervallo ammissibile dell'errore di indicazione specificato dal produttore per un determinato tipo di strumento, non dell'errore effettivo di un determinato strumento. L'errore massimo ammissibile di uno strumento di misura è riportato nel manuale dello strumento ed è espresso con un segno più o meno quando espresso come valore numerico, solitamente espresso in errore assoluto, errore relativo, errore di riferimento o una combinazione di questi. Ad esempio ±0,1 PV, ±1%, ecc. L'errore massimo ammissibile dello strumento di misura non è l'incertezza di misura, ma può essere utilizzato come base per la valutazione dell'incertezza di misura. L'incertezza introdotta dallo strumento di misura nel risultato di misura può essere valutata in base all'errore massimo ammissibile dello strumento secondo il metodo di valutazione di tipo B. Un altro esempio è la differenza tra il valore di indicazione dello strumento di misura e il valore reale concordato dell'ingresso corrispondente, che rappresenta l'errore di indicazione dello strumento di misura. Per gli strumenti di misura fisici, il valore indicato è il suo valore nominale. Di solito, il valore fornito o riprodotto da uno standard di misura di livello superiore viene utilizzato come valore reale concordato (spesso chiamato valore di calibrazione o valore standard). Nel lavoro di verifica, quando l'incertezza estesa del valore standard fornito dallo standard di misura è compresa tra 1/3 e 1/10 dell'errore massimo ammissibile dello strumento testato e l'errore di indicazione dello strumento testato rientra nell'errore massimo ammissibile specificato, lo strumento può essere giudicato qualificato.