ความแตกต่างระหว่างความไม่แน่นอนในการวัดและข้อผิดพลาดในการวัด

ความไม่แน่นอนและความคลาดเคลื่อนในการวัดเป็นข้อเสนอพื้นฐานที่ศึกษาในวิชามาตรวิทยา และเป็นหนึ่งในแนวคิดสำคัญที่ผู้ทดสอบทางมาตรวิทยาใช้บ่อย สิ่งเหล่านี้เกี่ยวข้องโดยตรงกับความน่าเชื่อถือของผลการวัด ความถูกต้อง และความสม่ำเสมอของการส่งผ่านค่า อย่างไรก็ตาม หลายคนมักสับสนหรือใช้สองสิ่งนี้ผิดเนื่องจากแนวคิดไม่ชัดเจน บทความนี้จึงนำประสบการณ์จากการศึกษา "การประเมินและการแสดงความไม่แน่นอนในการวัด" มาใช้เพื่อเน้นความแตกต่างระหว่างสองสิ่งนี้ สิ่งแรกที่ต้องทำความเข้าใจคือความแตกต่างเชิงแนวคิดระหว่างความไม่แน่นอนและความคลาดเคลื่อนในการวัด

ความไม่แน่นอนในการวัดบ่งบอกถึงช่วงของค่าที่ค่าที่แท้จริงของค่าที่วัดได้นั้นอยู่ภายในความไม่แน่นอนคือช่วงที่ค่าที่แท้จริงอาจตกอยู่ตามความน่าจะเป็นของความเชื่อมั่นที่กำหนดไว้ อาจเป็นค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานหรือค่าทวีคูณของค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน หรือครึ่งความกว้างของช่วงที่ระบุระดับความเชื่อมั่น ความไม่แน่นอนไม่ใช่ค่าความคลาดเคลื่อนที่แท้จริงที่เฉพาะเจาะจง แต่เป็นการแสดงส่วนของช่วงความคลาดเคลื่อนที่ไม่สามารถแก้ไขได้ในรูปของพารามิเตอร์ ความไม่แน่นอนได้มาจากการแก้ไขที่ไม่สมบูรณ์ของผลกระทบจากอุบัติเหตุและผลกระทบจากระบบ และเป็นพารามิเตอร์การกระจายที่ใช้ในการกำหนดลักษณะของค่าที่วัดได้ซึ่งกำหนดไว้อย่างเหมาะสม ความไม่แน่นอนแบ่งออกเป็นสองประเภทขององค์ประกอบการประเมิน คือ ประเภท A และประเภท B ตามวิธีการได้มา องค์ประกอบการประเมินประเภท A คือการประเมินความไม่แน่นอนที่ทำผ่านการวิเคราะห์ทางสถิติของอนุกรมการสังเกต และองค์ประกอบการประเมินประเภท B คือการประมาณจากประสบการณ์หรือข้อมูลอื่น ๆ และถือว่ามีองค์ประกอบความไม่แน่นอนที่แสดงด้วย "ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน" โดยประมาณ

โดยส่วนใหญ่แล้ว คำว่า "ข้อผิดพลาด" หมายถึง ข้อผิดพลาดในการวัด และความหมายดั้งเดิมของข้อผิดพลาดคือ ความแตกต่างระหว่างผลการวัดกับค่าที่แท้จริงของค่าที่วัดได้โดยทั่วไปสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท คือ ข้อผิดพลาดที่เป็นระบบและข้อผิดพลาดโดยบังเอิญ ข้อผิดพลาดนั้นมีอยู่จริงในเชิงวัตถุวิสัย และควรจะเป็นค่าที่แน่นอน แต่เนื่องจากในกรณีส่วนใหญ่ไม่ทราบค่าที่แท้จริง จึงไม่สามารถทราบข้อผิดพลาดที่แท้จริงได้อย่างแม่นยำ เราจึงเพียงแต่หาค่าประมาณที่ดีที่สุดของค่าความจริงภายใต้เงื่อนไขบางประการ และเรียกค่านั้นว่าค่าความจริงตามข้อตกลง

จากการทำความเข้าใจแนวคิดนี้ เราจะเห็นได้ว่าความแตกต่างหลักๆ ระหว่างความไม่แน่นอนในการวัดและข้อผิดพลาดในการวัดมีดังต่อไปนี้:

1. ความแตกต่างในวัตถุประสงค์ของการประเมิน:

ความไม่แน่นอนของการวัด หมายถึง การกระจายตัวของค่าที่วัดได้

จุดประสงค์ของการระบุค่าความคลาดเคลื่อนในการวัด คือ เพื่อแสดงให้เห็นถึงระดับที่ผลการวัดเบี่ยงเบนไปจากค่าที่แท้จริง

2. ความแตกต่างระหว่างผลการประเมิน:

ความไม่แน่นอนในการวัดเป็นพารามิเตอร์ที่ไม่มีเครื่องหมาย ซึ่งแสดงด้วยค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน หรือค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานหลายเท่า หรือครึ่งความกว้างของช่วงความเชื่อมั่น ความไม่แน่นอนนี้ได้รับการประเมินโดยบุคคลโดยอาศัยข้อมูล เช่น การทดลอง ข้อมูล และประสบการณ์ สามารถกำหนดได้ในเชิงปริมาณโดยวิธีการประเมินสองประเภท คือ วิธีการ A และวิธีการ B

ข้อผิดพลาดในการวัดคือค่าที่มีเครื่องหมายบวกหรือลบ ค่าของมันคือผลการวัดลบด้วยค่าจริงที่วัดได้ เนื่องจากค่าจริงไม่เป็นที่ทราบ จึงไม่สามารถหาได้อย่างแม่นยำ เมื่อใช้ค่าจริงตามธรรมเนียมแทนค่าจริง จะได้เพียงค่าประมาณเท่านั้น

3. ความแตกต่างของปัจจัยที่มีอิทธิพล:

ความไม่แน่นอนในการวัดได้มาจากการวิเคราะห์และประเมินผลของบุคคล ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับความเข้าใจของบุคคลเกี่ยวกับสิ่งที่วัด ซึ่งส่งผลต่อปริมาณและกระบวนการวัด

ข้อผิดพลาดในการวัดมีอยู่จริง ไม่ได้รับผลกระทบจากปัจจัยภายนอก และไม่เปลี่ยนแปลงไปตามความเข้าใจของผู้คน

ดังนั้น เมื่อทำการวิเคราะห์ความไม่แน่นอน ควรพิจารณาปัจจัยที่มีอิทธิพลต่างๆ อย่างครบถ้วน และควรตรวจสอบความถูกต้องของการประเมินความไม่แน่นอน มิเช่นนั้น เนื่องจากการวิเคราะห์และการประเมินที่ไม่เพียงพอ ความไม่แน่นอนที่ประเมินได้อาจมีค่ามากเมื่อผลการวัดใกล้เคียงกับค่าจริงมาก (กล่าวคือ ข้อผิดพลาดมีค่าน้อย) หรือความไม่แน่นอนที่ให้มาอาจมีค่าน้อยมากเมื่อข้อผิดพลาดในการวัดมีค่ามากจริงๆ

4. ความแตกต่างโดยธรรมชาติ:

โดยทั่วไปแล้วไม่จำเป็นต้องแยกแยะคุณสมบัติของความไม่แน่นอนในการวัดและส่วนประกอบของความไม่แน่นอน หากจำเป็นต้องแยกแยะ ควรแสดงออกมาในรูปแบบ: "ส่วนประกอบของความไม่แน่นอนที่เกิดจากผลกระทบแบบสุ่ม" และ "ส่วนประกอบของความไม่แน่นอนที่เกิดจากผลกระทบของระบบ"

ข้อผิดพลาดในการวัดสามารถแบ่งออกเป็นข้อผิดพลาดแบบสุ่มและข้อผิดพลาดแบบเป็นระบบตามคุณสมบัติของมัน โดยนิยามแล้ว ทั้งข้อผิดพลาดแบบสุ่มและข้อผิดพลาดแบบเป็นระบบเป็นแนวคิดในอุดมคติในกรณีที่มีการวัดจำนวนอนันต์

5. ความแตกต่างระหว่างการแก้ไขผลการวัด:

คำว่า "ความไม่แน่นอน" นั้นบ่งบอกถึงค่าที่สามารถประมาณได้ ไม่ได้หมายถึงค่าความคลาดเคลื่อนที่เฉพาะเจาะจงและแน่นอน แม้ว่าจะสามารถประมาณได้ แต่ก็ไม่สามารถนำมาใช้แก้ไขค่าได้ ความไม่แน่นอนที่เกิดจากการแก้ไขที่ไม่สมบูรณ์นั้นสามารถนำมาพิจารณาได้เฉพาะในความไม่แน่นอนของผลการวัดที่แก้ไขแล้วเท่านั้น

หากทราบค่าประมาณของความคลาดเคลื่อนของระบบแล้ว ก็สามารถแก้ไขผลการวัดเพื่อให้ได้ผลการวัดที่ถูกต้องได้

หลังจากปรับแก้ค่าความคลาดเคลื่อนแล้ว ค่าที่ได้อาจใกล้เคียงกับค่าที่แท้จริงมากขึ้น แต่ความไม่แน่นอนของค่าดังกล่าวไม่เพียงแต่ไม่ลดลงเท่านั้น แต่บางครั้งอาจเพิ่มขึ้นด้วยซ้ำ สาเหตุหลักเป็นเพราะเราไม่สามารถทราบได้อย่างแน่ชัดว่าค่าที่แท้จริงคือเท่าใด แต่สามารถประมาณได้เพียงว่าผลการวัดนั้นใกล้เคียงหรือแตกต่างจากค่าที่แท้จริงมากน้อยเพียงใด

แม้ว่าความไม่แน่นอนในการวัดและข้อผิดพลาดจะมีความแตกต่างกันดังที่กล่าวมาข้างต้น แต่ก็ยังมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด แนวคิดของความไม่แน่นอนคือการประยุกต์ใช้และการขยายทฤษฎีข้อผิดพลาด และการวิเคราะห์ข้อผิดพลาดก็ยังคงเป็นพื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการประเมินความไม่แน่นอนในการวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อประเมินส่วนประกอบประเภท B การวิเคราะห์ข้อผิดพลาดนั้นแยกจากกันไม่ได้ ตัวอย่างเช่น คุณลักษณะของเครื่องมือวัดสามารถอธิบายได้ในแง่ของข้อผิดพลาดสูงสุดที่อนุญาต ข้อผิดพลาดในการแสดงผล เป็นต้น ค่าขีดจำกัดของข้อผิดพลาดที่อนุญาตของเครื่องมือวัดที่ระบุไว้ในข้อกำหนดทางเทคนิคและข้อบังคับเรียกว่า "ข้อผิดพลาดสูงสุดที่อนุญาต" หรือ "ขีดจำกัดข้อผิดพลาดที่อนุญาต" ซึ่งเป็นช่วงที่อนุญาตของข้อผิดพลาดในการแสดงผลที่ผู้ผลิตกำหนดไว้สำหรับเครื่องมือประเภทหนึ่ง ไม่ใช่ข้อผิดพลาดที่แท้จริงของเครื่องมือนั้น ข้อผิดพลาดสูงสุดที่อนุญาตของเครื่องมือวัดสามารถพบได้ในคู่มือเครื่องมือ และจะแสดงด้วยเครื่องหมายบวกหรือลบเมื่อแสดงเป็นค่าตัวเลข โดยปกติจะแสดงเป็นข้อผิดพลาดสัมบูรณ์ ข้อผิดพลาดสัมพัทธ์ ข้อผิดพลาดอ้างอิง หรือการรวมกันของสิ่งเหล่านี้ ตัวอย่างเช่น ±0.1PV, ±1% เป็นต้น ค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ยอมรับได้ของเครื่องมือวัดไม่ใช่ความไม่แน่นอนของการวัด แต่สามารถใช้เป็นพื้นฐานในการประเมินความไม่แน่นอนของการวัดได้ ความไม่แน่นอนที่เกิดจากเครื่องมือวัดในผลการวัดสามารถประเมินได้ตามค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ยอมรับได้ของเครื่องมือตามวิธีการประเมินแบบ B อีกตัวอย่างหนึ่งคือความแตกต่างระหว่างค่าที่แสดงของเครื่องมือวัดกับค่าจริงที่ตกลงกันไว้ของค่าป้อนเข้าที่สอดคล้องกัน ซึ่งเป็นค่าความคลาดเคลื่อนในการแสดงค่าของเครื่องมือวัด สำหรับเครื่องมือวัดทางกายภาพ ค่าที่แสดงคือค่าที่ระบุไว้ โดยปกติแล้ว ค่าที่กำหนดหรือสร้างขึ้นใหม่โดยมาตรฐานการวัดระดับสูงกว่าจะถูกใช้เป็นค่าจริงที่ตกลงกันไว้ (มักเรียกว่าค่าสอบเทียบหรือค่ามาตรฐาน) ในงานตรวจสอบ เมื่อความไม่แน่นอนที่ขยายของค่ามาตรฐานที่กำหนดโดยมาตรฐานการวัดมีค่า 1/3 ถึง 1/10 ของค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ยอมรับได้ของเครื่องมือที่ทดสอบ และค่าความคลาดเคลื่อนในการแสดงค่าของเครื่องมือที่ทดสอบอยู่ในช่วงค่าความคลาดเคลื่อนสูงสุดที่ยอมรับได้ที่กำหนดไว้ ก็สามารถตัดสินได้ว่าผ่านเกณฑ์