خطاهای اندازه گیری،اندازه گیری

خطاهای اندازهگیری
اگر کمیتی با وسیله ی اندازهگیری، تعیین شود به دلیل عوامل مختلف که بر اندازه گیری موثر است، مقدار اندازه گیری شده با مقدار حقیقی اختلاف دارد. این اختلاف را خطای اندازهگیری می نامند.
هر چقدر وسیله ی اندازه گیری دقیقتر باشد، اندازه ی خطا کوچکتر است، در اندازه گیری های فیزیکی چنانچه درجه ی دقت معلوم نباشد، اندازه گیری نمیتواند کاملا مورد استفاده قرار گیرد، اطلاع بر حدود خطا از اتلاف وقت آزمایش کننده جلوگیری میکند.
تقسیم بندی خطاها
خطاها از دیدگاه های مختلف دسته بندی می شوند که در زیر به برخی از آنها پرداخته می شود.
خطاهای تصادفی و منظم
عبارت از ثبت ناصحیح نتایج یا محاسبات ناصحیح اعداد و ارقام بدست آمده از آزمون است. تنها راه (Mistake) اشتباه تصادفی و اتفاقی است و (Error) پی بردن به آن وارسی دقیق هر مورد و محاسبه مجدد است. از طرف دیگر خطا می تواند معین یا نامعین باشد. بنابراین، رفع اشتباه از ردیابی و کاهش خطاهای تصادفی آسانتر است. دقت اندازه گیری به عوامل متعددی مانند نوع دستگاه بکار رفته در آزمون و تجربه و تبحر آزمون کننده بستگی دارد. خطا را میتوان از دیدگاههای مختلفی مد نظر قرار داد که از آن جمله به موارد زیر اشاره میشود.
خطاهای قابل اجتناب
این خطاها در نتیجه روش غلط اندازه گیری یا نقص در وسائل و ادوات اندازه گیری و یا خطا در طریقه قرائت رخ میدهد. اینگونه خطاها را میتوان رفع کرد.
خطاهای غیر قابل اجتناب
این خطاها، خطاهایی هستند که می توان حدود آنها را تخمین زد، خطاهای اتفاقی قسمتی از خطاهای غیر قابل اجتناب است، هنگامی که با یک وسیله و ابزار اندازه گیری و در شرایط مشابه، یک عمل اندازه گیری تکرار شود نتایج حاصله در اثر خطای اتفاقی اختلاف پیدا میکند. مثلا اگر طول میله ای را بخواهیم با دقت حدود یک سانتیمتراندازه گیری کنیم در تمام اندازه گیریهای مکرر عددی مانند 15 سانتیمتر بدست میآید، ولی اگر بخواهیم با دقت یک دهم میلیمتر اندازه بگیریم ممکن است به ترتیب نتایجی از قبیل 15.56 و 15.69 و 15.61 و 15.56 و 15.58 و سانتیمتر حاصل شود .اگر به دفعات متعدد آزمایش تکرار شود اغلب نتایج در حول یک مقدار متوسط خواهد بود.
برخی تعاریف در مورد خطاها
خطای ماکزیمم
نمایش دهیم مقدار متوسط عددی xn و ... و x و 2 x اگر نتایج اندازه گیری یک کمیت را با 1
x = (x1 + x2 + … + xn)/n را خطای ماکزیمم گویند. هنگامی که : |xn - x| , … , |x1 - x| را میتوان اندازه آن کمیت اختیار کرد و بزرگترین مقادیر یک یا چند نتیجه اندازهگیری از مقدار متوسط اختلاف اتفاقی قابل ملاحظه داشته باشد در محاسبات مربوط به خطا، خطای متوسط را در نظر می گیرند.
خطای مطلق
x + نمایش داده شود و اندازه حقیقی آن کمیت که برای ما نامعلوم است x اگر نتیجه اندازه گیری برای یک کمیت به است، خطای مطلق اندازه گیری نامیده -Δx که مساوی x - (x+Δx) فرض شود، تفاضل این دو مقدار یعنی Δx می شود .
خطای نسبی
است، خطای نسبی مینامند. Δx/x- نسبت خطای مطلق به اندازه حقیقی کمیت را که مساوی این خطاها دربرگیرنده غیرصحیح بودن و غیردقیق بودن داده هاست.
خطاهای دستگاهی
مانند کالیبراسیون (تنظیم) عقربهها، دقت قرائتهای اندازهگیری حجمی و غیره، صحت ترازوها و امثال آن است.
خطای عملکردی
بر اثر بی دقتی آزمون کننده، افت مواد، یا قرائت ناصحیح ابزار ایجاد می شود.
خطای شخصی
از قضاوت شخصی یا عدم توانائی آزمون کننده مانند کور رنگی و امثال آن حاصل میشود.
خطای مشاهده
آن کمیت را خطای مشاهده مینامند. (accurate) تفاوت بین مقدار مشاهده شده هر کمیت فیزیکی و مقدار صحیح
خطاهای معین
این خطاها قابل ردیابی و قابل اسناد به منبع معین می باشند.
خطاهای نامعین
نیز گفته (random) این خطاها، مطابق قوانین احتمالات و شانس ایجاد میشوند که گاهی به آنها خطاهای تصادفی می شود. 

 لینک دانلود کل مطلب 40 صفحه

یکی از مهم ترین بحث ها در مهندسی، اندازه گیری است. یعنی هر چه اندازه گیری ها دقیق تر باشد خطا کمتر خواهد بود. کشورهای پیشرفته در علوم مهندسی دارای خطای کمتری هستند که بیانگر اهمیت اندازه گیری است. مترولوژی علم اندازه گیری است. اولین بار نظریه ساخت دستگاه اندازه گیری توسط گوس ریاضیدان آلمانی در سال ۱۸۳۲ میلادی ارائه شد. او پیشنهاد کرد یکاهای پایه به یکدیگر وابسته نیستند و سایر یکاها براساس یکاهای پایه و به وسیله معادلات مربوط به کمیت های فیزیکی بیان می شوند. دستگاهی که گوس ساخت عبارت بود از یکای طول برحسب میلی متر، یکای جرم برحسب میلی گرم و یکای زمان برحسب ثانیه. البته این دستگاه ها انتشار پیدا نکرد ولی مورد تحسین و استفاده واقع شد.

در سال ۱۸۶۰ دستگاه استاندارد بین المللی (SI) منتشر شد که در اکتبر همین سال در پاریس هفت یکای اندازه گیری را دستگاه بین المللی یکاها نامیدند که به اختصار به یکاهای SI معروف شدند. این یکاها عبارتند از؛ یکای طول (متر)، یکای جرم (کیلوگرم)، یکای زمان (ثانیه)، یکای جریان الکتریکی (آمپر)، یکای دمای ترمودینامیکی (کلوین)، یکای شدت روشنایی (کاندلا) و یکای اندازه گیری ماده (مول). پس از مقدمه فوق باید گفت مترولوژی در مقصد مهندسی مفهومی است که به اندازه گیری طول، زاویه و مقادیری که به صورت خطی یا زاویه یی بیان می شود، اطلاق می شود و اندازه گیری فرآیندی است که مقایسه می شود. عمل مقایسه توسط ابزار اندازه گیری صورت می گیرد که تفاوت کمیت مجهول و استاندارد را مشخص می سازد. ابزارهای اندازه گیری وسایلی هستند که یک سیستم کنترل اندازه گیری را تشکیل می دهند و کل این سیستم زمانی قابل اطمینان خواهد بود که کلیه ابزارهای اندازه گیری در محدوده مشخصات تعیین شده صحت داشته و عمل کند. ابزارهای اندازه گیری در اثر کارکرد و... دقت خود را از دست داده و از تنظیم خارج می شوند لذا کالیبراسیون منظم و برنامه ریزی شده این ابزارها ضروری است. کالیبراسیون هم یعنی مجموعه یی از عملیات اندازه گیری دقیق که طی آن ورودی ها و خروجی های یک وسیله اندازه گیری با یک استاندارد معلوم بین المللی مقایسه می شود و خطای تجهیزات و ابزارها تعیین و درنهایت تصحیح می شود، به عبارتی کالیبراسیون یعنی همسان کردن اندازه ها با مقیاس ها برای تنظیم یک وسیله اندازه گیری دقیق مرجع، به نحوی که صحت آن وسیله در محدوده مشخصات شرکت سازنده تضمین شود. در واقع کالیبراسیون اندازه گیری این اطمینان را فراهم می سازد که فرآیند به نحو مطلوبی در محدوده مشخصات تعریف شده عملکرد و محصول نهایی با کیفیت لازم تولید شود.

با توجه به تعاریف فوق باید گفت تمام اندازه گیری ها نسبی هستند و می توان به صورت های مختلف آنها را تعریف کرد؛ اندازه گیری به عنوان نمره یی است که به چیزهای مورد اندازه گیری شده اختصاص یافته است. اندازه گیری ارتباطی است میان خصوصیت چیز اندازه گیری شده و ابزار دقیق. این نتیجه گیری در سال ۱۹۶۳ توسط ایزن هارت به این ارتباط داده شد. فرآیند اختصاص نمره به شیء مورد ارزیابی، «اندازه گیری» گفته می شود. مترولوژی هم در واقع اصطلاحی است که به اندازه گیری برای مقاصد مهندسی و محاسباتی داده شده است و چون مهندسان در تولید صنایع بیشتر با اندازه گیری طول و زوایا سر و کار دارند مترولوژی درباره اندازه گیری طولی زاویه یی و کیفیت آنها بحث می کند.

● شرایط محیطی مترولوژی
اتاق اندازه گیری مترولوژی باید دارای شرایط خاصی باشد تا دقیق ترین اندازه گیری ها صورت گیرد و خطا کاهش یابد. یکی از پارامترهای مهم ثابت نگه داشتن دمای اتاق در شرایط استاندارد ۲۰درجه سانتی گراد است. با تلورانس مثبت و منفی ۵/۰ برای همه ماشین های اندازه گیری دور بودن از تکانه و لرزه بسیار حیاتی است. برای هر چه بهتر شدن شرایط، راه اندازی ماشین ها در بلوک های بتنی بسیار مناسب است و برای جلوگیری از لرزه های بسیار اندک کف اتاق، به کار بردن پوشش های نرم بسیار عالی است. رطوبت هوای این اتاق نباید از ۵۰ درصد افزایش یابد زیرا باعث زنگ زدن ابزارآلات اندازه گیری می شود. نکته مهم دیگر اختلاف دمای قطعه کار و وسیله آزمایشی است که باید در شرایط استاندارد تعریف شده باشد. از دیگر مسائل دمای دست اپراتور برای اندازه گیری دقیق و تاثیر الاستیسیته قطعات است.

● استانداردهای مورد استفاده
آزمایش های اندازه گیری پیشرفته و کالیبراسیون جهت مدیریت جامع اندازه شناسی و کالیبراسیون از دو استاندارد مهم و جامع ISO۱۰۰۱۲ و ISO/IEC۱۷۰۲۵ به عنوان یکی از ابزارها و الزامات مهم نظام کیفیت استفاده می کنند.

● ابزارهای اندازه گیری در مترولوژی
با توجه به تنوع قطعات از نظر شکل هندسی و ماده تشکیل دهنده آنها تنوع ابزارهای اندازه گیری بسیار زیاد است که به بعضی از آنها اشاره می شود. دستگاه های اندازه گیری دقیق طول عبارتند از؛ انواع کولیس، میکرومتر، ساعت، گیج های برونرو رینگی، پلاگ، دهانه اژدری، گیج های رزوه، دستگاه زبری سنج، دستگاه سختی منبع برای اندازه گیری سختی برحسب ویکرز، برنیل و راکول، تجهیزات آزمون های غیرمخرب (NDT)، دستگاه اندازه گیری فرکانس، دستگاه بالانسی سنجی، دستگاه اسپکترومتر، کالیبراتور بلوک های سنجه زاویه، دستگاه اندازه گیری سه بعدی جهت اندازه گیری تلورانس های هندسی، ابعادی، سطوح آزاد و فرم و مهندسی معکوس استفاده می شود - دستگاه سایه نگار کنترل عددی، لیزر اینتر فرومتر که برای اندازه گیری دقت های هندسی و موقعیتی محورهای خطی و دورانی، آزمون خطایابی حرکت دایره یی و حجمی ماشین های اندازه گیری و ابزار استفاده می شود. از دیگر دستگاه ها می توان به اتوکالیماتور (که جهت سنجش همراستایی استفاده می شود، اشاره کرد)، ترازها ، دستگاه کنترل، چرخ دنده ها، دستگاه سنجش ارتفاع و... اشاره کرد. با توجه به تنوع دستگاه های مورد استفاده در این علم و گستره آن می توان به اهمیت و تخصص کارشناسانی که در این حیطه کار می کنند، پی برد. به نظر می رسد کارشناسان مکانیک و فیزیک بیشتر درگیر مسائل فوق باشند که آن هم به ماهیت دستگاه های مورد استفاده در علم مترولوژی برمی گردد. اگر کشوری بخواهد در زمینه تکنولوژی و فناوری پیشرفت کند باید به علوم روز اندازه گیری دقیق که مترولوژی بخش مهمی از آن است، مجهز شود و در این راستا متخصصان شایسته یی را تربیت کند.
در حال حاضر چندین شرکت مهم در زمینه کالیبراسیون و مترولوژی در کشور فعال هستند و آزمایشگاه های مدرن و مناسبی دارند که نیاز جامعه صنعت کشور را تا حدی پاسخگو هستند به طوری که نیاز به آزمایشگاه های بیشتری احساس می شود.
فقط به عنوان مثال باید گفته شود روش های اندازه گیری سه بعدی یکی از مهم ترین روش های اندازه گیری است. از این دستگاه (CMM) برای اندازه گیری سه بعدی قطعات یا هر چیزی که اندازه های آن با پارامترهایی نظیر توازن، تعامد، زاویه، ابعاد و... اندازه گیری می شوند، استفاده می شود. این دستگاه در صنایع مختلفی نظیر خودروسازی، ماشین سازی، نیروگاه ها، هوافضا و... کاربرد وسیعی دارد. خلاصه کلام آنکه جهت اندازه گیری دقیق، دو بار اندازه گیری کن و یک بار ببر.