Η γνώση της έννοιας και των διαφορών της αβεβαιότητας, των σφαλμάτων και της ανοχής είναι ζωτικής σημασίας. Ο λόγος είναι ότι αυτές οι παράμετροι βοηθούν στην κατασκευή λειτουργικών εξαρτημάτων. Να θυμάστε, όταν κάνουμε μετρήσεις, οι ενδείξεις ή τα αποτελέσματα δεν είναι ποτέ ακριβή. Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από το αν μετράτε χειροκίνητα ή χρησιμοποιώντας προηγμένα μηχανήματα.
Ως εκ τούτου, παραμένουν αμφιβολίες σχετικά με τα αποτελέσματα των μετρήσεων. Γι' αυτό είναι χρήσιμη η χρήση παραμέτρων όπως η αβεβαιότητα και η ανοχή. Θυμηθείτε, οι παράμετροι αυτές χρησιμοποιούνται ευρέως στις εργαστηριακές δοκιμές και στην κατασκευή εξαρτημάτων. Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσω την αβεβαιότητα, τα σφάλματα και την ανοχή και τις βασικές διαφορές τους. Ας ξεκινήσουμε.
Τι είναι η αβεβαιότητα μέτρησης;
Η αβεβαιότητα είναι μια σημαντική παράμετρος που χρησιμοποιείται σε διάφορα εργαστήρια και δοκιμές. Δίνει την ιδέα ότι η ληφθείσα μέτρηση δεν είναι 100% ακριβής. Ορισμένες πιθανότητες ή σφάλματα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά την κατασκευή ή τη δοκιμή. Με άλλα λόγια, η αβεβαιότητα υποδεικνύει μια πιθανότητα σφαλμάτων για ακριβή μέτρηση. Δείχνει ότι η τελική μέτρηση μπορεί να είναι ελαφρώς υψηλότερη ή χαμηλότερη από τη σημειωμένη μέτρηση.
Θα δείτε την αβεβαιότητα να γράφεται ως ±0,1, ±0,2, ±0,3 κ.ο.κ. Τα σύμβολα συν και μείον υποδηλώνουν ότι η συγκεκριμένη μέτρηση μπορεί να είναι είτε υψηλότερη είτε χαμηλότερη κατά τον συγκεκριμένο αριθμό. Ας υποθέσουμε ότι μετράτε 20 εκατοστά με βεβαιότητα ±0,5. Αυτό σημαίνει ότι η μέτρηση είναι ελαφρώς λανθασμένη, με πιθανή απόκλιση ±0,5.
Αυτό σημαίνει ότι η μέτρηση μπορεί να είναι είτε 20,5 cm είτε 19,5 cm. Αυτός είναι ο καλύτερος τρόπος για να αρθεί η σύγχυση και να μεταφερθεί το μήνυμα ότι η μέτρηση δεν πρέπει να θεωρείται τέλεια. Αξίζει να σημειωθεί ότι η αβεβαιότητα λαμβάνεται υπόψη όχι μόνο για τις χειροκίνητες αλλά και για τις μετρήσεις που λαμβάνονται από μηχανές. Να θυμάστε ότι τόσο οι άνθρωποι όσο και οι μηχανές είναι πάντα επιρρεπείς σε λάθη.
Διαφορετικοί παράγοντες μπορούν να κάνουν την ανάγνωση ελαφρώς λιγότερο ακριβή. Σε αυτούς περιλαμβάνονται η υγρασία, η θερμοκρασία, οι ενδείξεις μέτρησης μεγάλης κλίμακας και άλλα. Ωστόσο, χρησιμοποιώντας την αβεβαιότητα, μειώνετε την πιθανότητα σφαλμάτων. Αυτή η αβεβαιότητα είναι ακόμη πιο κρίσιμη όταν κατασκευάζετε εξαρτήματα ή προϊόντα που απαιτούν ακρίβεια.
Πώς υπολογίζεται η αβεβαιότητα;
Υπάρχουν δύο ενδείξεις ή μετρήσεις που χρησιμοποιούνται στα εργαστήρια. Αυτές περιλαμβάνουν τις μετρούμενες και τις πραγματικές τιμές. Η πραγματική τιμή καθορίζει τα σφάλματα και την αβεβαιότητα. Έτσι, ο υπολογισμός της αβεβαιότητας βοηθά στον προσδιορισμό του πόσο αποκλίνει μια μετρούμενη τιμή από την πραγματική τιμή. Ακολουθεί ο ακριβής τύπος που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για τον υπολογισμό της αβεβαιότητας:
Αβεβαιότητα ≈ (Μέγιστη τιμή - Ελάχιστη τιμή) ÷ 2
Ας υποθέσουμε ότι έχετε μια ράβδο και τη μετράτε με συγκεκριμένα εργαλεία μέτρησης. Κατά τη διάρκεια αυτών των μετρήσεων, λαμβάνετε διαφορετικές ενδείξεις, όπως 50 cm, 49,3 cm, 49,5 cm, 50,5 cm και 50,7 cm. Αυτό σημαίνει ότι κάθε φορά που μετράτε, βρίσκετε μια μικρή διαφορά. Εφόσον υπάρχουν αποκλίσεις στις μετρήσεις, αυτό υποδηλώνει αβεβαιότητα.
Για να το υπολογίσετε, θα πάρετε τη μέγιστη τιμή μέτρησης και θα την αφαιρέσετε από την ελάχιστη τιμή μέτρησης. Για παράδειγμα:
Αβεβαιότητα = (50,7 - 49,3) ÷ 2 = 0,7 cm (ή ±0,7 cm)
Η μετρούμενη τιμή είναι περίπου 50 cm ±0,7 cm. Αυτό σημαίνει ότι η πραγματική τιμή σε αυτές τις μετρήσεις μπορεί να είναι 50 cm ±0,7 cm. Αυτό δείχνει ότι η τιμή μπορεί να είναι είτε 0,7 cm μικρότερη είτε 50 cm μεγαλύτερη από 50 cm. Μπορείτε να υπολογίσετε την αβεβαιότητα χρησιμοποιώντας αυτόν τον τύπο και για διαφορετικές τιμές.
Τι είναι το σφάλμα μέτρησης;
Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η αβεβαιότητα υποδηλώνει την πιθανότητα σφάλματος. Ωστόσο, το ίδιο το σφάλμα είναι η διαφορά μεταξύ της μετρούμενης τιμής σας και της πραγματικής τιμής. Υπάρχουν κυρίως δύο τύποι σφαλμάτων: τα θετικά και τα αρνητικά. Για παράδειγμα, εάν η μετρούμενη τιμή σας είναι 30 εκ. Ωστόσο, η πραγματική τιμή αυτής της μέτρησης είναι 33 cm.
Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν σφάλματα κατά -3 cm. Δεδομένου ότι είναι μείον, πρόκειται για αρνητικά σφάλματα. Ομοίως, αν η πραγματική σας τιμή ήταν 30 cm και η τιμή της μέτρησης ήταν 33 cm. Σε μια τέτοια περίπτωση, θα υπάρχει σφάλμα 3 cm και ονομάζεται θετικό σφάλμα. Έχετε μπερδευτεί σχετικά με τον τρόπο υπολογισμού των σφαλμάτων; Ακολουθεί ο τύπος:
Σφάλμα = Μετρούμενη τιμή - Πραγματική τιμή
Αξίζει να σημειωθεί ότι οι μετρήσεις δεν μπορούν ποτέ να είναι 100%, ακόμη και με τις πιο σύγχρονες μεθόδους. Πολλαπλοί παράγοντες προκαλούν σφάλματα μέτρησης. Σε αυτούς περιλαμβάνονται ζητήματα στα εργαλεία, περιβαλλοντικές επιπτώσεις, σφάλμα από το άτομο κ.ο.κ. Δυστυχώς, δεν μπορούμε να ελέγξουμε όλους τους παράγοντες για να έχουμε ακριβή μέτρηση 100%. Αν μπορούσαμε, θα είχαμε εξαλείψει τα σφάλματα. Ωστόσο, η γνώση του σφάλματος είναι πάντα επωφελής όταν εργάζεστε σε ένα εργαστήριο με διαφορετικός εξοπλισμός.
Τύποι σφαλμάτων
Τα σφάλματα μπορούν να ταξινομηθούν ανάλογα με τις αιτίες τους. Ορισμένα σφάλματα μπορούν να μετριαστούν σε κάποιο βαθμό, αλλά απαιτούν μέγιστη προσοχή και ελεγχόμενα περιβάλλοντα. Ακολουθεί ο κατάλογος αυτών των τύπων:
- Ανθρώπινο σφάλμα
- Τυχαίο σφάλμα
- Συστηματικό σφάλμα
- Σφάλματα βαθμονόμησης
Όπως ανέφερα, τα σφάλματα είναι αναπόφευκτα, ανεξάρτητα από το πόσο καλές είναι οι ικανότητές σας στις μετρήσεις. Είναι αναπόφευκτα, οπότε η κατανόησή τους είναι ζωτικής σημασίας για τον μετριασμό των επιπτώσεών τους σε εξαρτήματα ακριβείας ή δοκιμές. Τα ανθρώπινα σφάλματα είναι από τους πιο συνηθισμένους τύπους που προκύπτουν από ανθρώπινη αμέλεια. Ακόμη και αν μετράτε με τη μεγαλύτερη δυνατή προσοχή, θα εξακολουθείτε να κάνετε λάθη. Το τυχαίο σφάλμα συμβαίνει λόγω ενός απρόβλεπτου παράγοντα.
Το εύρος σφάλματος μπορεί να διαφέρει κάθε φορά λόγω τυχαίων σφαλμάτων. Τα συστηματικά σφάλματα και τα σφάλματα βαθμονόμησης συνδέονται στενά. Προκαλούνται από λανθασμένη βαθμονόμηση ή ελαττωματικά εργαλεία μέτρησης. Ωστόσο, το σφάλμα αυτό είναι γενικά σταθερό ανεξάρτητα από το πόσες φορές μετράτε. Γιατί; Επειδή χρησιμοποιείτε ελαττωματικά εργαλεία ή επειδή δεν είναι βαθμονομημένα ώστε να σας δίνουν ακριβή μέτρηση.
Τι είναι η Ανοχή;
Η ανοχή είναι μια άλλη σημαντική παράμετρος, αλλά διαφέρει τόσο από την αβεβαιότητα όσο και από τα σφάλματα. Πώς; Ο λόγος είναι ότι η ανοχή υποδεικνύει μια επιτρεπόμενη ή επιτρεπόμενη διακύμανση της τιμής. Με άλλα λόγια, αναφέρεται στην αποδεκτή απόκλιση για τη δοκιμή ή τη συναρμολόγηση διαφορετικών εξαρτημάτων. Ας υποθέσουμε ότι έχετε μια ράβδο μήκους 70 mm με ανοχή ±0,4 mm.
Αυτό σημαίνει ότι η ράβδος πρέπει να είναι 70mm. Ωστόσο, αν είναι 69,6 ή 70,6, εξακολουθεί να είναι αποδεκτή και η συγκεκριμένη λειτουργία σας δεν θα σταματήσει. Αυτό το ±0,4 mm είναι στην πραγματικότητα μια παραλλαγή ή απόκλιση, αλλά αυτό το εύρος είναι αποδεκτό. Αυτό το συν-πλην (±) υποδεικνύει το εύρος της απόκλισης, το οποίο δεν είναι καθοριστικό για τη διαδικασία δοκιμής ή κατασκευής. Ας υποθέσουμε ότι πραγματοποιείτε μια δοκιμή σε ένα θάλαμος περιβαλλοντικών δοκιμών. Σε αυτή τη δοκιμή, η ανοχή θερμοκρασίας είναι ±2 βαθμοί Κελσίου.
Σε μια τέτοια περίπτωση, το τεστ σας θα είναι εντάξει εάν η θερμοκρασία είναι μεταξύ 32 ή 28 και 32 βαθμών Κελσίου. Η απόκλιση ±2 βαθμών Κελσίου είναι αποδεκτή για αυτή τη δοκιμή και θα εξακολουθήσετε να έχετε ακριβή αποτελέσματα. Αυτό σας επιτρέπει να διατηρείτε τη θερμοκρασία ρυθμισμένη στους 30 βαθμούς Κελσίου, αλλά με αποδεκτές αποκλίσεις. Αυτό είναι πολύ χρήσιμο εάν οι περιβαλλοντικοί θάλαμοι σας είναι παλιοί και παρουσιάζουν ελαφρές διακυμάνσεις στη θερμοκρασία.
Διαφορά μεταξύ αβεβαιότητας, σφάλματος και ανοχής
Η αβεβαιότητα, τα σφάλματα και η ανοχή είναι διαφορετικές έννοιες. Στην πραγματικότητα, εξυπηρετούν διαφορετικούς σκοπούς για τους μηχανικούς και τους κατασκευαστές. Πρώτα απ' όλα, η αβεβαιότητα αναφέρεται στην πιθανότητα σφαλμάτων. Υποδηλώνει ότι οι κατασκευαστές δεν πρέπει να εμπιστεύονται τυφλά τη μέτρηση. Υπάρχει πιθανότητα σφαλμάτων στην ανάγνωση, η οποία πρέπει να λαμβάνεται υπόψη. Αυτό βοηθά στη λήψη αποφάσεων κατά την κατασκευή εξαρτημάτων όπου η ακρίβεια έχει μεγαλύτερη σημασία.
Τα σφάλματα, από την άλλη πλευρά, είναι οι αποκλίσεις μεταξύ των μετρούμενων και των πραγματικών τιμών. Πραγματοποιείτε μετρήσεις αλλά απέχουν σαφώς από την πραγματική τιμή, με αποτέλεσμα να προκύπτει σφάλμα. Τα κατασκευαστικά σφάλματα βοηθούν στον εντοπισμό του ακριβούς προβλήματος. Όταν οι κατασκευαστές αντιμετωπίζουν σφάλματα, εντοπίζουν τις πιθανές αιτίες, όπως ελαττωματικά εργαλεία ή ανθρώπινο λάθος. Ως εκ τούτου, προσπαθούν να εξαλείψουν τα σφάλματα όσο το δυνατόν περισσότερο. Αυτό τελικά τους βοηθά να κατασκευάσουν αξιόπιστα εξαρτήματα ή προϊόντα.
Τέλος, η ανοχή επιτρέπει μια αποδεκτή απόκλιση. Με άλλα λόγια, υποδεικνύει ένα όριο πέρα από το οποίο ένα σφάλμα είναι αποδεκτό. Συμβολίζεται με συν-πλην (±) και υποδεικνύει κατά πόσον το σφάλμα που έγινε επηρεάζει τη λειτουργία των εξαρτημάτων. Ας υποθέσουμε ότι δύο εξαρτήματα πρέπει να προσαρμοστούν για να λειτουργήσουν σωστά. Η ανοχή αντιπροσωπεύει την αποδεκτή απόκλιση ώστε τα μέρη να ταιριάζουν μεταξύ τους. Με απλά λόγια, η ανοχή σημαίνει ότι τα εξαρτήματα ή τα προϊόντα είναι χρήσιμα εάν έχουν σφάλματα σε ένα συγκεκριμένο (αποδεκτό) εύρος.
| Αβεβαιότητα | Σφάλμα | Ανοχή |
| Αμφιβολία για τη μέτρηση | Απόκλιση από την πραγματική τιμή | Επιτρεπόμενο όριο |
| Σχετικά με τη διαδικασία | Σχετικά με την πραγματική αξία | Σχετικά με το σχεδιασμό |
| Δείχνει αξιοπιστία | Δείχνει λάθος | Εξασφαλίζει τη λειτουργία |
| Με βάση τις πιθανότητες | Ακριβής διαφορά | Εστίαση στην αποδοχή |
Συμπέρασμα
Συμπερασματικά, οι εργαστηριακές δοκιμές και η παραγωγή προϊόντων έχουν διαφορετικές απαιτήσεις. Μερικές φορές περιλαμβάνουν μετρήσεις και παραμέτρους. Αυτές οι παράμετροι δείχνουν αν τα διάφορα μέρη θα αποτελέσουν το τελικό προϊόν και αν η δοκιμή ήταν επιτυχής ή όχι. Βοηθούν επίσης στη λήψη αποφάσεων καθορίζοντας αν η μέτρηση του εξαρτήματος είναι αποδεκτή ή όχι.
Η αβεβαιότητα, το σφάλμα και η ανοχή είναι αναπόσπαστα στοιχεία κάθε παραγωγικής διαδικασίας. Η αβεβαιότητα υποδηλώνει το πιθανό εύρος σφάλματος ή αμφιβολίας στη μέτρηση. Αντίθετα, το σφάλμα υποδηλώνει μια σαφή απόκλιση μεταξύ των μετρούμενων και των πραγματικών τιμών. Τέλος, η ανοχή αναφέρεται στο αποδεκτό εύρος απόκλισης ή σφάλματος. Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν και τις τρεις παραμέτρους για να παράγουν ένα προϊόν που είναι κατάλληλο για χρήση σε πραγματικές καταστάσεις.