امروزه نتایج آزمون و کالیبراسیون‌هایی که در آزمایشگاه انجام می‌شود؛ بسیار حائز اهمیت است. به‌منظور حصول اطمینان از اعتبار و کیفیت نتایج به‌دست آمده در آزمایشگاه‌های کالیبراسیون و تأیید صلاحیت شده، می‌توان از مفاهیم و ابزارهایی همچون عدم قطعیت اندازه‌گیری و تضمین کیفیت نتایج استفاده کرد.

 اندازه گيري راجع به خاصيت چيزي سخن  مي گويد . ممكن است اين ويژگي سنگيني يك جسم، گرما و يا طول آن باشد اندازه گيري، عددي را به آن خاصيت نسبت مي دهد . اندازه گيريها هميشه با ابزاري مانند خط كش، كرونومتر، ترازو  و دماسنج و ... انجام می گيرند به طور طبيعي ، نتيجة يك اندازه گيري از دو قسمت یعنی عدد و واحد اندازگيري  تشكيل شده است.

 چه چيزهايي يك اندازه گيري محسوب نمي شوند:

بعضي فرآيندها ممكن است يك اندازهگيري به نظر آيند ولي در واقع چنين چيزي نيست. به عنوان نمونه، مقايسة دو رشته ريسمان جهت تعيين ريسمان بلندتر واقعاً يك اندازه گیری محسوب نمی شود. طبیعتا شمارش هم اندازه گیری نیست. غالبا یک آزمون که به طور طبیعی منجر به جواب بله / خیر یا رد/قبول می شود اندازه گیری به شمار نمی آید. با وجود این ممکن است اندازه گیری ها قسمتی از فرآیندی باشد که به پاسخ یک تست منجر می شود.

عدم قطعیت به عنوان یک مفهوم عمومی اصطلاحی است که عدم اطمینان انسان را در مورد برخی اشخاص یا اشیا منعکس می‌نماید، و بازه‌ی باز میان اطمینان کامل و عدم اطمینان محض را در بر می‌گیرد. در این بررسی عدم قطعیت یک عامل همراه با نتیجه اندازه‌گیری‏ است که محدوده مقادیری را معین می‌کند که نتیجه اندازه‌گیری‏ می‌تواند داشته باشد و مقدار آن نشان‌ دهنده سطح اطمینانی است که مقدار واقعی مورد اندازه‌گیری‏ شده در محدوده تعیین شده، قرار می‌گیرد. هدف از محاسبه عدم قطعیت در آزمایشگاه آزمون و کالیبراسیون ایجاد اطمینان از صحت و دقت نتایج آزمون کشش مطابق استاندارد ISO/IEC 17025 می باشد. نتایج حاصل از این بررسی نشان می دهد که عدم قطعیت اندازه گیری می تواند باعث کاهش خطای دستگاه و کارکنان انجام آزمون و افزایش کارایی در آزمایشگاه گردد.
عدم قطعیت اندازه گیری اطلاعاتی راجع به کیفیت ،کمیت مورد اندازه گیری بیان می کند در حقیقت، عدم قطعیت شک و گمانی است دربارة نتیجه هر اندازه گیری پدید می آید.

 عدم قطعیت نتیجه اندازه‌گیری از دانش ناقص ما از مقدار نتیجه آزمون و عوامل تأثیرگذار بر آن تشکیل می‌شود. به‌طور کلی کلمه عدم قطعیت با فرضیه عمومی تردید مرتبط است. عدم قطعیت اندازه‌گیری بیانگر تردید در خصوص اعتبار اندازه‌گیری نمی‌باشد، بلکه وجود دانش در خصوص عدم قطعیت بیانگر اطمینان بیشتر در مورد اعتبار نتیجه اندازه‌گیری است. 

 همیشه در بسیاری از اندازه گیری ها حتی دقیق ترین آنها جای شک و تردید وجود دارد. در زبان محاوره ای این تردید به صورت عبارت کم و زیاد بیان می شود. مثلا می گوییم این عصا تقریبا 2 متر است با  سانتی متر کم و زیاد.

 بیان کردن عدم قطعیت اندازه گیری:

چون ترید در هر اندازه گیری وجود دارد لذا پاسخ به سوالات زیر ضروری به نظر می رسد:

• میزان شک و تردید در اندازه گیری چقدر است؟
• این شک تا چه اندازه نادرست و بی اعتبار است؟

بنابراين براي تعيين عدم قطعيت اندازهگيري به دو عدد يكي فاصله و ديگري سطح اطمينان ( یعنی میزان اطمینانی که مقدار واقعی اندازه گیری در داخل فاصله قرار می گیرد) نیازمندیم.

بعنوان مثال ممکن است بگوییم که طول چوبی در سطح اطمینان 95% برابر 20 سانتی متر، 1+ می باشد. این نتیسجه را می توان به صورت مقابل نوشت : در سطح اطمینان 95% ، cm 1 +  cm20 . این عبارت بدین معنی است که با اطمینان 95% طول چوب بین 19 و 21 سانتی متر خواهد بود.

 

در اندازه گیری کمیت های فیزکی خطا اجتناب ناپذیر است و یا بهتر است گفته شود خطا جزء جدا نشدنی اندازه گیری به شمار می آید. از این رو در اندازه گیری کمیتها به اندازه و نیز منابع خطا باید همواره توجه شود. به عبارت دیگر مطالعه و شناخت خطا ما را در یافتن روش های کاهش آن برای دستیابی به نتایج بهینه یاری می دهد. به این ترتیب از میزان خطا تا به اندازه ای می توان کاست که از اثر آن بر نتایج به دست آمده از اندازه گیری ، بتوان چشم پوشی کرد.
نکته مهم ان است که اصطلاحات خطا و عدم قطعیت نباید با هم اشتباه شوند. خطا اختلاف بین مقدار اندازه گیری شده و مقدار واقعی کمیت مورد اندازه گیری است . در صورتی که عدم قطعیت تعیین شک و تردید راجع به نتیجة اندازه گیری است. با این حال سعی مان بر این است که تا حد امکان در هر زمانی خطاهای شناخته شده را تصحیح کنیم .

در نتیجه خطا در آزمون یعنی تفاوت بین مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی در صورتی که عدم قطعیت یعنی کمی نمودن تردید درباره اندازه‌گیری.

به عنوان نمونه این تصحیحات براساس گواهینامه های کالیبراسیون قابل انجام است. اما هر خطایی که معلوم نباشد منبع عدم قطعیت خواهد بود.

 به طور کلی سه نوع خطا در سیستم به شرخ ذیل تعریف شده است:

• خطای عمده:

این خطا عمدتا مربوط به خطای انسانی است و در فرایند اندازه گیری این خطا اجتناب ناپذیر است.

• خطای سیستماتیک:

میانگین نتایج حاصل از انجام تعداد نامحدودي اندازه گیري یک اندازه ده در شرایط تکرارپذیر منهی مقدار واقعی آن اندازه ده.

خطاي سیستماتیک از روشهاي ناقص، تجهیزات کالیبره نشده یا برخی از متغیرها که نتیجه ي اندازه گیري را هر بار با مقدار ثابتی تغییر میدهند، ناشی می شود. خطاي سیستماتیک میتواند شناخته یا ناشناخته باشد. یک خطاي سیستماتیک معلوم یا معین، بایاس نامیده میشود. دو مثال بارز از خطاي سیستماتیک، خطاي دستگاه اندازه گیري و خطاي روش اندازه گیري است

نتیجه ي اندازه گیري منهاي میانگین نتایجی که از انجام تعداد نامحدودي اندازه گیري یک اندازه ده در شرایط تکرارپذیر به دست میآید.

خطاي تصادفی از شرایط کنترل ناپذیر آزمایش و منابع ناشناخته ناشی میشود. این خطا در هر بار اندازه گیري، نتیجه ي اندازه گیري را با مقداري متفاوت تغییر میدهد. دیده شده است که نتایج اندازه گیري حتی پس از درنظر گرفتن تمام خطاهاي سیستماتیک از یک خوانده به خوانده ي دیگر تغییر میکند.

به منظور درک بهتر نتایج اندازه گیری و بدست آوردن اندازه گیری های با کیفیت بالا، ممکن است علاقه مند به محاسبة عدم قطعیت اندازه گیری باشیم. با وجود این دلایل خاص دیگری برای محاسبه و گزارش عدم قطعیت وجود دارد. اندازه گیری ها ممکن است قسمتی از یکی از موارد زیر باشند:

کالیبراسیون: عدم قطعیت اندازه گیری باید در گواهینامة کالیبراسیون گزارش شود.

آزمون: برای تعیین قبولی یا رد نتیجة آزمون می بایست عدم قطعیت اندازه گیری محاسبه و گزارش شود.

تلرانس: ممکن است قبل از اینکه تصمیم گرفته شود که آیا تلرانس مورد نظر بدست آمده نیازمند به دانستن عدم قطعیت باشیم

 

خطاها و عدم قطعیت ها از کجا ناشی می شوند: موارد بسیاری می تواند منجر به اشکال در یک اندازه گیری شود. این عیوب در اندازه گیری ممکن است قابل رویت یا غیرقابل دیدن باشند. از آنجایی که اندازه گیری ها واقعی هرگز تحت شرایط کاملی بدست نمی آیند لذا منابع ایجاد خطاها و عدم قطعیت ها اندازه گیری از موراد زیر ناشی می شوند:منابع خطا و عدم قطعیت ، ابزار اندازه گیری: ابزار اندازه گیری ممکن است از خطاهایی مانند اریبیی (تمایل به یک طرف)، تغییرات ناشی از طول عمر، پوسیدگی، خوردگی، سایش یا انواع دیگر انحراف، ناخوانا بودن، اغتشاش و سر و صدا ( در وسایل الکتریکی ) و بسیاری از مشکلات دیگر دچار خرابی شوند.

منابع خطا و عدم قطعیت ، جسم مورد اندازه گیری: ممکن است جسم، پایدار و ثابت نباشد. تصور کنید می خواهید اندازة یک مکعب یخی را در هوای گرم اندازه گیری کنید.

منابع خطا و عدم قطعیت ، فرآیند اندازه گیری: ممکن است انجام خود اندازه گیری با مشکلاتی همراه باشد. به عنوان نمونه مشکلات خاص مربوط به اندازه گیری ابعاد یک جسم خیلی کوچک را در نظر بگیرید.

منابع خطا و عدم قطعیت ، عدم قطعیت های ورودی: معمولا عدم قطعیت مربوط به کالیبراسیون ابزار اندازه گیری با عدم قطعیت اندازه گیری های بدست آمده ترکیب خواهد شد. قابل ذکر است که عدم قطعیت ناشی از کالیبره نکردن ابزار بسیار مضر می باشد.

منابع خطا و عدم قطعیت ، مهارت اپراتور: بعضی از اندازه گیری ها به مهارت و قضاوت اپراتور بستگی دارد. ممکن است در کار حساس تنظیم کردن و اندازه گیری، دقت شخصی نسبت به دیگری بیشتر بوده یا در خواندن اندازه ها با چشم، جزئیات را بهتر گزارش دهیم. مثلا استفاده از ابزاری مانند کرنومتر به زمان عکس العمل اپراتور بستگی دارد. قابل ذکر است که این اشتباهات بزرگ و فاحش که از طرف اپراتور ناشی می شود ( خطای اپراتور) جزء منابع ایجاد عدم قطعیت اندازه گیری محسوب نخواهد شد.

منابع خطا و عدم قطعیت ، روش نمونه گیری: اندازه گیری هایی که انجام می دهیم می بایست نمایندة شایسته ای از فرآیند مورد ارزیابی باشد. به عنوان مثال اگر قصد اندازه گیری درجه حرارت محیط کار را داریم نباید از دماسنج نصب شدة روی دیوار که در نزدیکی تهویة مطبوع قرار دارد استفاده کنیم. همچنین اگر برای اندازه گیری قصد انتخاب نمونه هایی از خط تولید را داریم نباید نمونه های انتخابی از 10 محصولی که در صبح روز اول هفته تولید شده انتخاب گردند.

منابع خطا و عدم قطعیت ، محیط: درجه حرارت ، فشار هوا ، رطوبت و شرایط بسیار دیگری می تواند بر ابزار اندازه گیری یا جسم مورد اندازه گیری تاثیر بگذارد.

 

تذکرات کلی: در مواردی که اندازه و اثر خطا معلوم باشد ( مثلا از گواهینامه کالیبراسیون ) می بایست تصحیحی برابر و با علامت مخالف بر روی نتیجة اندازه گیری اعمال کرد. به عنوان مثال اگر خطای دستگاه در گواهینامه کالیبراسیون 0.01 و نتیجة 2 باشد با اعمال تصحیح یاد شده مقدار اندازه گیری شده برابر با 1.99 خواهد شد. اما در حالت کلی ، عدم قطعیت های ناشی از منابع یاد شده و از سایر منابع دیگر هر یک به صورت انفرادی سهمی از عدم قطعیت کلی را به خود اختصاص خواهند داد.

تخمین عدم قطعیت در اصل ساده می باشد. پاراگرافهایی که در ادامه می آیند کارهاي لازم جهت رسیدن به تخمین عدم قطعیت مرتبط با نتیجه اندازه گیري را به طور خلاصه توضیح می دهند. بخش هاي بعدي نیز راهنمایی هاي اضافی و کاربردي در شرایط مختلف را توضیح می دهند، این راهنمایی ها عمدتاً شامل چگونگی استفاده از داده هاي بدست آمده درون سازمانی و مطالعات صحه گذاري متد مشترك، داده هاي QC داده هاي بدست آمده از آزمون مهارت (PT) و استفاده از اصول انتشار عدم قطعیت نرمال می باشند. مراحل انجام شده به ترتیب زیر می باشند:

یک توضیح روشن از آنچه که قرار است اندازه گیري شود را بنویسید. این توضیح میتواند شامل ارتباط بین کمیت اندازه ده و آن دسته از کمیت هاي ورودي (براي مثال، کمیت هاي اندازه گیري شونده، ثوابت، مقادیر استاندارد کالیبراسیون و غیره) باشند که اندازه ده به آنها وابسته است. هر جا که امکان داشته باشد، تصحیح هاي لازم براي اثرات سیستماتیک شناخته شده را هم لحاظ کنید. اطلاعات مربوط به مشخصات میبایست در روش اجرایی استاندارد (SOP) و یا دیگر تعریفهاي متد مرتبط ارائه شده باشند.

منابع احتمالی عدم قطعیت را فهرست کنید. این کار شناسایی منابعی است که میتوانند در عدم قطعیت روي پارامترهاي موجود در رابطه ي تعیین شده گام 1 مشارکت داشته باشند. هر چند منابع دیگري هم ممکن است وجود داشته باشند و در صورت نیاز حتی میبایست منابع احتمالی عدم قطعیت ناشی از فرضهاي شیمیایی را نیز لحاظ کرد.

اندازه مولفه عدم قطعیت مرتبط با هر منبع احتمالی عدم قطعیت شناسایی شده را تخمین بزنید. اغلب، امکان تخمین یا تعیین یک سهم تک براي عدم قطعیت مرتبط با تعداد زیادي منابع جدا از هم، با استفاده از داده هاي مطالعات صحهگذاري و دادههاي QC و غیره وجود دارد. استفاده از یک چنین داده هایی، کار لازم براي تخمین عدم قطعیت را به طور قابل ملاحظه اي کاهش میدهد، و چون در انجام این کار از داده هاي آزمایشگاهی واقعی استفاده می شود، لذا می تواند به تخمین هاي قابل اعتماد از عدم قطعیت نیز بینجامد. همچنین مهم است این نکته را در نظر بگیریم که آیا داده هاي موجود، توضیح کافی در مورد تمام منابع عدم قطعیت را ارائه می دهند یا نه، نکته دیگر آن که بعضی وقتها براي کسب اطمینان از این که آیا تمام منابع عدم قطعیت لحاظ شدهاند یا نه به آزمایشها و مطالعات اضافی دیگري نیاز خواهیم داشت.

اطلاعات بدست آمده از گام 3، چه مرتبط با منابع تک یا مرتبط با اثرات ترکیبی چندین منبع باشند، در هر حالت شامل تعدادي از مولفههاي با مقدار معین و سهیم در عدم قطعیت کل خواهند بود. مقدار هر یک از سهم ها می بایست به شکل انحراف استاندارد بیان و سپس بر اساس قوانین خاصی با یکدیگر ترکیب شده تا منجر به عدم قطعیت استاندارد مرکب شوند. براي رسیدن به عدم قطعیت بسط یافته، فاکتور پوشش مناسب نیز می بایست اعمال شود.