Hiểu như thế nào về độ không đảm bảo đo?
Độ không đảm bảo đo của các phép đo có thể đến từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm thiết bị đo tham chiếu được sử dụng để thực hiện phép đo, điều kiện môi trường, người thực hiện phép đo, quy trình và các nguồn khác.
Có một số hướng dẫn và tiêu chuẩn về tính không đảm bảo đo trong hiệu chuẩn, nhưng hầu hết chúng chỉ toàn là các công thức toán học. Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cố gắng giảm thiểu tối đa các công thức toán học.
1. Độ không đảm bảo đo của phép đo là gì ?
Độ không đảm bảo đo của phép đo là gì? Nói một cách đơn giản, đó là “sự không đảm bảo đo” trong phép đo, vì vậy nó cho chúng ta biết độ chính xác của phép đo. Mỗi phép đo chúng ta thực hiện đều có một số “sự không đảm bảo đo” và chúng ta cần biết mức độ nghi ngờ đó để có thể quyết định xem phép đo có đủ tốt để sử dụng hay không.
Điều quan trọng cần nhớ là sai số không giống với độ không đảm bảo đo. Trong hiệu chuẩn, khi chúng ta so sánh thiết bị cần hiệu chuẩn với chuẩn tham chiếu, sai số là sự khác biệt giữa hai kết quả này. Sai số sẽ vô nghĩa nếu chúng ta không biết độ không đảm bảo đo của phép đo .
Ví dụ kinh điển về độ không đảm đo khi tiến hành đo một “sợi dây”
Hãy lấy một ví dụ đơn giản để minh họa về độ không đảm bảo đo của phép đo trong thực tế. Chúng ta đưa cùng một đoạn dây cho ba người khác nhau (mỗi người một đoạn) và yêu cầu họ đo chiều dài của đoạn dây đó. Không có hướng dẫn bổ sung nào được đưa ra. Họ có thể sử dụng các công cụ và phương pháp riêng của mình để đo.
Nhiều khả năng, bạn sẽ nhận được ba câu trả lời hơi khác nhau. Ví dụ:
+ Người đầu tiên nói sợi dây dài khoảng 60 cm. Anh ta dùng thước nhựa 10 cm để đo sợi dây một lần và đưa ra kết luận này.
+ Người thứ hai nói nó dài 69 cm. Anh ta dùng thước dây dài ba mét và kiểm tra lại kết quả vài lần để chắc chắn mình đo đúng.
+ Người thứ ba cho biết chiều dài là 67,5 cm với độ sai số ±0,5 cm. Anh ta đã sử dụng thước dây chính xác và đo sợi dây nhiều lần để lấy giá trị trung bình và độ lệch chuẩn. Sau đó, anh ta kiểm tra xem sợi dây giãn ra bao nhiêu khi bị kéo và nhận thấy rằng điều này chỉ ảnh hưởng rất ít đến kết quả.
Ngay cả ví dụ đơn giản này cũng cho thấy có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến kết quả đo: Các công cụ đo được sử dụng, phương pháp được sử dụng và cách thức người thực hiện công việc.
Vì vậy, khi thực hiện việc đo lường một thứ gì ta cần bao quát được những yếu tố liên quan ảnh hưởng đến độ không đảm bảo đo và kết quả đo sẽ không có nhiều giá trị khi ta không nắm rõ những yếu tố này.
2. Các thành phần của độ không đảm bảo đo:
a) Độ lệch chuẩn – một thành phần quan trọng của độ không đảm bảo đo:
Độ không đảm bảo đo của phép đo tổng thể bao gồm nhiều thành phần, và một trong những thành phần quan trọng nhất là độ lệch chuẩn.
Một phương pháp đơn giản nhưng hữu ích là lặp lại phép đo nhiều lần thay vì chỉ thực hiện một lần. Ta có thể sẽ phát hiện ra những khác biệt nhỏ trong các phép đo giữa các lần lặp lại.
Không cần đi sâu vào thống kê, người thực hiện phép đo có thể kết luận rằng đo một lần là chưa đủ. Nếu lặp lại phép đo nhiều lần, ta có thể tìm ra giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của phép đo, từ đó biết được kết quả có thể khác nhau bao nhiêu giữa các lần đo. Điều này có nghĩa là ta có thể xác định được sự khác biệt bình thường giữa các phép đo.
Phép đo nên được thực hiện nhiều lần, thậm chí đến mười lần, để kết quả đủ tin cậy về mặt thống kê nhằm tính toán độ lệch chuẩn. Các thành của độ không đảm bảo đo này, thu được bằng cách tính độ lệch chuẩn, được gọi là các thành phần không đảm bảo đo loại A.
b) Chuẩn hiệu chuẩn và khả năng truy xuất nguồn gốc của nó:
Hình 1: Phân bố chuẩn
Một trong những nguồn gây ra sự không đảm bảo đo lớn nhất thường đến từ chuẩn hiệu chuẩn được sử dụng trong trong quy trình hiệu chuẩn.
Việc chỉ sử dụng thông số kỹ thuật của nhà sản xuất cho tiêu chuẩn tham chiếu và tiếp tục sử dụng thông số đó làm độ không đảm bảo đo cho tiêu chuẩn tham chiếu trong nhiều năm là chưa đủ.
Thay vào đó, việc thường xuyên hiệu chuẩn các mẫu chuẩn tham chiếu của mình tại một phòng thí nghiệm hiệu chuẩn có đủ khả năng (độ không đảm bảo đo đủ nhỏ) để hiệu chuẩn mẫu chuẩn và đảm bảo tính truy xuất nguồn gốc. Hãy chú ý đến tổng độ không đảm bảo đo của quá trình hiệu chuẩn mà phòng thí nghiệm ghi lại cho mẫu chuẩn tham chiếu của bạn.
c) Các nguồn độ không đảm bảo đo khác:
Trong bản báo cáo chính thức, bạn có thể tìm thấy phần thảo luận chi tiết hơn về các nguồn gây ra sự không đảm bảo đo khác.
Chúng bao gồm:
+ Thiết bị đo (DUT)
+ Chuẩn tham chiếu
+ Quy trình thực hiện hiệu chuẩn
+ Điều kiện môi trường
+ Người thực hiện các phép đo
Các thành phần không đảm bảo đo bổ sung tùy thuộc vào đại lượng được đo.
Các thành phần độ không đảm bảo đo này được gọi là các thành phần độ không đảm bảo đo loại B.
3. Làm thế nào để đánh giá được kết quả hiệu chuẩn đã đạt hay không đạt?
Khi thực hiện hiệu chuẩn, kết quả trên giấy chứng nhận sẽ được so sánh kết quả với giới hạn dung sai. Vậy làm sao để đánh giá một kết quả hiệu chuẩn đạt hay không đạt?
Thông thường, khi hiệu chuẩn một thiết bị đo, bạn sẽ có các giới hạn dung sai được xác định trước mà thiết bị đó phải đáp ứng. Mức dung sai cho biết kết quả có thể sai lệch bao nhiêu so với giá trị thực. Nếu sai số của kết quả hiệu chuẩn nằm trong giới hạn dung sai, thì đó là kết quả hiệu chuẩn đạt yêu cầu và nếu một số sai số nằm ngoài giới hạn dung sai, thì đó là kết quả hiệu chuẩn không đạt yêu cầu.
Điều quan trọng cần nhớ là không chỉ tính đến sai số mà cũng phải tính đến độ không đảm bảo đo.
Trong hình 2, có bốn điểm hiệu chuẩn được lấy, hình thoi biểu thị kết quả hiệu chuẩn thực tế. Đường kẻ phía trên và phía dưới kết quả biểu thị tổng độ không không đảm bảo đo cho mỗi điểm hiệu chuẩn. Đường ngang màu đen đánh dấu giới hạn dung sai.
Hình 2: Biểu đồ thể hiện các điểm hiệu chuẩn
Chúng ta có thể diễn giải các trường hợp khác nhau được nêu trên như sau:
+ Trường hợp 1: Kết quả này rõ ràng nằm trong giới hạn cho phép, ngay cả khi đã tính đến độ không đảm bảo đo. Vì vậy, chúng ta có thể coi đây là kết quả đạt.
+ Trường hợp 4: Đây cũng là một trường hợp rõ ràng. Kết quả nằm ngoài giới hạn cho phép, ngay cả khi không tính đến độ không đảm bảo đo, vì vậy đây là một kết quả không đạt.
+ Trường hợp 2 và 3: Hai trường hợp này khó đánh giá hơn một chút. Có vẻ như trong trường hợp 2, kết quả nằm trong giới hạn cho phép, trong khi ở trường hợp 3 thì nằm ngoài, đặc biệt nếu không quan tâm đến độ không đảm bảo đo. Nhưng nếu tính đến độ không đảm bảo đo, ta không thể khẳng định rằng kết quả này đạt hay không đạt.
Có các quy định (ví dụ: ILAC G8:1996 – Hướng dẫn về đánh giá và báo cáo sự tuân thủ tiêu chuẩn; Hướng dẫn EURACHEM/CITAC: Sử dụng thông tin về độ không đảm bảo đo trong đánh giá sự tuân thủ, ấn bản đầu tiên năm 2007) về cách thức nêu rõ sự tuân thủ của quá trình hiệu chuẩn.
Các tài liệu này cho rằng kết quả chỉ được coi là đạt khi tổng sai số cộng với độ không đảm bảo đo nhỏ hơn giới hạn dung sai. Nó cũng cho rằng kết quả chỉ được coi là không đạt khi sai số cộng với độ không đảm bảo đo lớn hơn giới hạn dung sai.
4. Tổng kết:
Khi thực hiện hiệu chuẩn và đánh giá kết quả đo, cần ghi nhớ một số nguyên tắc quan trọng. Trước hết, phải phân biệt rõ giữa sai số và độ không đảm bảo đo, vì đây là hai khái niệm khác nhau nhưng thường dễ bị nhầm lẫn. Việc tiến hành thí nghiệm thông qua nhiều lần đo lặp là cần thiết để xác định độ lệch chuẩn của phép đo. Đồng thời, các chuẩn tham chiếu được sử dụng phải phù hợp với ứng dụng, có khả năng truy xuất nguồn gốc hợp lệ và độ không đảm bảo đo của quá trình hiệu chuẩn cần được biết rõ và nằm trong giới hạn cho phép. Bên cạnh đó, cần xem xét liệu điều kiện môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến độ không đảm bảo đo của phép đo hay không, cũng như chú ý đến khả năng đọc và độ phân giải của các thiết bị hiển thị. Người thực hiện hiệu chuẩn cũng cần nghiên cứu kỹ các yếu tố đặc thù của đại lượng đo đang được hiệu chuẩn, làm quen với phương pháp căn bậc hai của tổng bình phương (RSS) để tổng hợp các thành phần bất định độc lập, và hiểu rõ ý nghĩa của hệ số bao phủ, mức độ tin cậy và độ không đảm bảo đo mở rộng và lưu ý đến tổng độ không đảm bảo đo và sai số trước khi đưa ra quyết định đạt hay không đạt.
(Trung tâm Nghiên cứu Kiểm định Hiệu chuẩn Đo lường)
