فهرست مطالب
-
عدم قطعیت سنسور
-
عدم قطعیت سنسور
-
سنسور رطوبت
هیچ چیز در این جهان کامل و بی‌نقص نیست؛ حداقل به‌معنایی که ما آن را درک می‌کنیم.
عدم قطعیت سنسور
تمامی متریال‌ها دقیقا آنطور که ما فکر می‌کنیم نیستند. دانش ما از خالص‌ترین مواد، همیشه تقریبی است. ماشین‌ها پرفکت نیستند و هرگز قطعات کاملا منطبق با نقشه‌ها را تولید نمی‌کنند. همه‌ی اجزا رانش را که نتیجه محیط‌زیست و سپری شدن زمان است، تجربه می‌کنند. عوامل و تداخلات خارجی ممکن است وارد سیستم شده، عملکرد و سیگنال خروجی سیستم را نیز تغییر دهند. عامل انسانی تقریبا همیشه دخیل بوده و کارگران سازگار نیستند و تولید کنندگان در نبردی دائمی برای یکنواختی و ثبات فرآیندها هستند. با این‌حال، واقعیت این است که هر قطعه‌ی تولیدشده، هرگز ایده‌آل نیست و دارای عدم قطعیت در خواص آن است.
هر سیستم اندازه‌گیری، از عناصر بسیاری از جمله سنسورها، تشکیل شده‌است. ببنابراین، مهم نیست که اندازه گیری چقدر دقیق باشد، فقط یک تقریب یا تخمین از مقدار واقعی کمیت خاص است که مورد اندازه گیری قرار می‌گیرد.( یعنی محرک یا اندازه‌گیری‌کننده). نتیجه‌ی یک اندازه‌گیری، تنها زمانی باید کامل درنظر گرفته‌شود که با ارائه توضیح مختصری از عدم قطعیت آن، همراه باشد. ما به‌سادگی نمی‌توانیم از مقدار اندازه‌گیری‌شده %100 مطمئن باشیم. هنگام انجام اندازه‌گیری‌های منحصربفرد (نمونه‌ها)، در شرایط نویز، ما انتظار داریم که محرک s توسط حسگر به‌عنوان مقدار متفاوتی از s نشان داده شود، به‌طوری‌که، خطا در اندازه‌گیری به‌صورت زیر بیان شود:
اختلاف بین خطای مشخص‌شده در معادله‌ی بالا و عدم قطعیت باید همیشه به‌وضوح درک شود. یک خطا را می‌توان تا حدی با اصلاح مؤلفه‌های سیستماتیک آن، جبران کرد. نتیجه‌ی چنین تصحیحی، می‌تواند به‌طور ناشناخته‌ای بسیار نزدیک به مقدار واقعی ناشناخته‌ی محرک باشد و درنتیجه، خطای بسیار کمی خواهد داشت. با این‌حال، با وجود یک خطای کوچک، عدم قطعیت اندازه‌گیری، ممکن است بسیار بزرگ باشد؛ بنابراین، نمی‌توانیم واقعا اعتماد کنیم که خطا، واقعا آنقدر کوچک است. خطا چیزی است که به طور ناخودآگاه هنگام اندازه‌گیری به دست می‌آوریم، در حالی که عدم قطعیت چیزی است که ما فکر می کنیم این خطا چقدر بزرگ است.
کمیته‌ی بین‌المللی وزن و اندازه‌گیری (CIPM) معتقد است؛ که عدم قطعیت شامل عوامل زیادی است که می‌توانند به دو دسته یا نوع دسته‌بندی شوند :
این تقسیم‌بندی واضح نیست و مرز بین انواع الف و ب تا حدی درهم‌تنیده است. به‌طور کلی، مولفه‌های نوع الف، عدم قطعیت را از اثرات تصادفی، ناشی می‌شوند؛ درحالی‌که، مولفه‌های نوع ب، از اثرات سیستماتیک ناشی می‌شود.
عدم قطعیت نوع الف، به‌طورکلی با انحراف معیار si مشخص می‌شود؛ که برابر با (مقدار تخمین زده شده‌ی آماری) جذر واریانس si2 و تعداد درجات آزادی vi است. برای چنین مولفه‌ای، عدم قطعیت استاندارد، ui=si است. عدم قطعیت استاندارد، نشان‌دهنده‌ی هریک از اجزای عدم قطعیت است؛ که به عدم قطعیت نتیجه‌ی اندازه‌گیری کمک می‌کنند. ارزیابی عدم قطعیت استاندارد نوع الف، ممکن است براساس هر روش آماری معتبر برای تصحیح رفتار داده باشد. به‌عنوان مثال، محاسبه‌ی انحراف استاندارد میانگین یک سری مشاهدات مستقل، با استفاده از روش حداقل مربعات برای برازش منحنی به داده، به‌منظور تخمین پارامترهای منحنی و انحراف معیار آنها است. اگر وضعیت اندازه‌گیری به‌طور ویژه، پیچیده باشد؛ باید از یک آمارگیر راهنمایی گرفت.
ارزیابی عدم قطعیت استاندارد نوع ب، معمولا براساس قضاوت علمی با استفاده از تمام اطلاعات مربوطه موجود است؛ که ممکن است شامل موارد زیر باشد:
برای راهنمایی دقیق در مورد ارزیابی و تعیین عدم قطعیت‌های استاندارد، باید به متون خاصی مراجعه کرد. هنگامی‌که، هردو عدم قطعیت نوع الف و نوع ب ارزیابی می‌شوند؛ آنها باید برای نشان‌دادن عدم قطعیت استاندارد ترکیبی، ترکیب شوند. این را می‌توان با استفاده از یک روش مرسوم برای ترکیب انحرافات استاندارد انجام داد. این روش، اغلب قانون انتشار عدم قطعیت، نامیده می‌شود و در اصطلاح رایج به‌عنوان “ریشه مجموع مربعات“( ریشه‌ی دوم مجموع مربعات) یا روش RSS برای ترکیب اجزای عدم قطعیت برآوردشده به‌عنوان انحرافات استاندارد تخمین زده می‌شود:
که n تعداد عدم قطعیت‌های استاندارد در بودجه‌ی عدم قطعیت است.
جدول بالا، نمونه‌ای از بودجه‌ی عدم قطعیت را برای یک دماسنج الکترونیکی با سنسورترمیستور نشان می‌دهد که دمای یک حمام آب را اندازه‌گیری می‌کند. هنگام تهیه‌ی چنین جدولی، باید بسیار مراقب بود؛ که هیچ‌گونه عدم قطعیت استاندارد، نه‌تنها در یک حسگر، بلکه در ابزار رابط، تنظیمات آزمایشی و جسم اندازه‌گیری نیز از دست نرود. این کار، باید در شرایط محیطی مختلف انجام شود که ممکن است، شامل دما، رطوبت، فشار اتمسفر، تغییرات منبع تغذیه، نویز انتقال، بالا رفتن سن استفاده و بسیاری عوامل دیگر باشد.
مهم نیست که هر اندازه‌گیری منحصربفرد چقدر دقیق انجام شود ( یعنی دمای اندازه‌گیری‌شده چقدر به دمای واقعی یک جسم نزدیک است) هرگز نمی‌توان مطمئن بود که واقعا دقیق است. عدم قطعیت استاندارد ترکیبی ۰.۰۶۸ درجه سانتیگراد، به این معنی نیست که خطای اندازه‌گیری بیشتر از ۰.۰۶۸ درجه سانتیگراد نیست. این مقدار فقط یک انحراف معیار است و اگر ناظر صبر کافی داشته‌باشد؛ ممکن است متوجه شود که خطاهای فردی ممکن است، بسیار بزرگتر باشند. کلمه‌ی “عدم قطعیت” به‌دلیل ماهیت خود، به این معنی است که عدم قطعیت، نتیجه‌ی اندازه‌گیری یک تخمین است و عموما محدودیت‌های مشخصی ندارد.
منبع: ردرونیک
