فرادرسدقت و صحت اندازه گیری – به زبان ساده
دقت و صحت عبارت‌هایی هستند که برای بیان نتیجه اندازه‌گیری به وفور مورد استفاده قرار می‌گیرند. در گفتگوهای روزانه، بسیار پیش می‌آید که این دو عبارت را به اشتباه به جای هم به کار می‌بریم. در حالی که هریک مفهوم مشخصی دارند و باید در موقعیت مناسب خود استفاده شود. یکی از روش‌های متداول برای نشان دادن تفاوت بین دقت و صحت در شکل زیر نشان داده شده است. برای شروع، بهتر است هریک از این اصطلاحات را جداگانه تعریف کنیم.
صحت (Accuracy)
شاید در ادبیات روزانه، دقت و صحت عبارت‌هایی با مفهوم یکسان به نظر بیایند. اما در دنیای اندازه‌گیری و اعداد، این دو مفهوم کاملاً با هم متفاوت‌اند. در دنیای اندازه‌گیری، صحت نشان دهنده میزان نزدیک بودن نتایج به مقدار واقعی است. این اندازه‌گیری ممکن است در مورد قد انسان، فاصله یک ستاره تا زمین یا هر چیز دیگری باشد. اما منظور از مقدار واقعی چیست؟
مثلاً در مورد قد، مقدار واقعی عبارت است از قد بدون هیچ‌گونه عدم قطعیت، بایاس یا خطایی. قد هر فرد، یک مقدار واقعی و مطلق دارد که می‌توان آن را با وسیله‌های مختلف اندازه‌گیری کرد. حال اینکه هریک از وسیله‌ها و هریک از روش‌های به کار گرفته شده، خطای مخصوص به خود را خواهد داشت.
یک سیستم اندازه‌گیری زمانی صحت دارد، که میانگین نتایج آن در دفعات مختلف، به مقدار واقعی نزدیک باشد. به عبارت دیگر، ابتدا نتایج مختلف، بررسی و میانگین آنها محاسبه می‌شود. سپس میانگین به دست آمده را با مقدار واقعی مقایسه می‌کنیم. هرچه اختلاف مقدار میانگین با مقدار واقعی کمتر باشد، اندازه‌گیری سیستم صحیح‌تر خواهد بود. به عنوان یک مثال از سیستمی که صحت آن زیاد است، به شکل زیر توجه کنید. ممکن است در نگاه اول، بسیار عجیب به نظر برسد. ولی با توجه به تعاریف استاندارد، صحت تیراندازی در این تصویر، بسیار بالاست!
دقت (Precision)
دقت مجموعه‌ای از اندازه‌گیری‌ها، به صورت میزان نزدیک بودن نتایج آن اندازه‌گیری‌ها به یکدیگر، تعریف می‌شود. در واقع، هرچه نتایج به دست آمده فاصله کمتری با یکدیگر داشته باشند، دقت آن سیستم بیشتر است. به عبارت دیگر، دقت را می‌توان تابعی از انحراف معیار داده‌ها به حساب آورد. هرچه انحراف معیار داده‌ها کمتر باشد، سیستم دقیق‌تر است. به شکل زیر نگاه کنید. در اینجا هیچ یک از گلوله‌ها به هدف نخورده است. ولی طبق ادبیات مهندسی، شلیک‌ها دقیق انجام شده است!
در سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق، دو ویژگی مهم را می‌توان برشمرد. این دو ویژگی به صورت زیر تعریف می‌شوند.
تکرارپذیری (Repeatability): تکرارپذیری عبارت است از قابلیت سیستم اندازه‌گیری در تولید نتایجی که بسیار به هم نزدیک هستند. با این شرط که از اپراتور و تجهیزات اندازه‌گیری ثابتی استفاده شود. در این حالت، زمان تنها فاکتوری است که تغییر می‌کند. یک سیستم اندازه‌گیری تکرارپذیر، این اطمینان را فراهم می‌سازد که نتایج به دست آمده در زمان‌های مختلف، اختلاف ناچیزی با هم دارند.
تجدیدپذیری (Reproducibility): تجدیدپذیری هم به قابلیت سیستم اندازه‌گیری در تولید نتایج نزدیک به هم گفته می‌شود. با این تفاوت که هم از افراد مختلف و هم از دستگاه‌های مختلف استفاده شود. در واقع، سیستمی می‌تواند به این کیفیت برسد که نتایج اندازه‌گیری در آن، به اپراتور یا دستگاه اندازه‌گیری به کار رفته وابسته نباشد.
دقت و صحت
حال سؤال اینجاست که برای اندازه‌گیری یک کمیت، بهتر است وسیله اندازه‌گیری دقیق باشد یا صحیح؟ فرض کنید برای وزن کردن خودتان از یک ترازو استفاده می‌کنید. سه بار روی ترازو می‌روید و هر بار، ترازو عدد متفاوتی را نشان می‌دهد. اما با کمی دقت متوجه می‌شوید که میانگین این سه عدد، تقریباً با وزن معمول شما برابر است.
حال به سراغ ترازوی شماره دو می‌روید. سه بار خود را وزن می‌کنید و ترازو، هر سه بار عدد ثابتی را به شما نشان می‌دهد. ولی مشکل اینجاست که این عدد کاملاً اشتباه است. همان طور که در مورد اول، راه‌کارِ محاسبه میانگین را پیشنهاد کردید، شاید در مورد دوم هم به دنبال دکمه‌ای برای صفر کردن مقدار اولیه باشید. چیزی که در تیراندازی، به قلق‌گیری معروف است. طبق مطالبی که در این مقاله کوتاه ارائه شد، می‌توان چهار حالت مختلف را برای دقت و صحت در نظر گرفت. حال می‌توانیم به تصویر اول برگردیم و حالت‌های مختلف آن را شرح دهیم.
در حالت اول، سیستم اندازه‌گیری نه دقت دارد و نه صحت. به عبارت دیگر، هم میانگین داده‌ها با مقدار واقعی (در اینجا مرکز هدف) اختلاف زیادی دارد و هم انحراف معیار داده‌ها زیاد است. شکل زیر، این حالت را نشان می‌دهد.
در حالت دوم، با سیستمی مواجه هستیم که صحت دارد ولی دقیق نیست. یعنی میانگین داده‌های اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی انطباق دارد ولی هنوز انحراف معیار داده‌ها زیاد است. برای درک این حالت، به شکل زیر توجه کنید.
در حالت سوم، برخلاف حالت قبلی، سیستمی داریم که بسیار دقیق بوده ولی صحت نتایج آن پایین است. تمام تیرهای دارت در نزدیکی یکدیگر فرود آمده‌اند ولی میانگین این نقاط، فاصله زیادی با مقدار واقعی را نشان می‌دهد. این موضوع در شکل زیر نشان داده شده است.
اما در حالت چهارم، چیزی که منتظرش بودیم بالاخره اتفاق افتاده است. یعنی سیستم اندازه‌گیری هم دقیق و هم صحیح است. میانگین تیرهای فرود آمده روی صفحه، با مقدار واقعی منطبق است و از طرف دیگر، تمام این نقاط در نزدیکی هم قرار دارند. شکل زیر، مجموعه داده‌هایی با دقت و صحت بالا را نشان می‌دهد.
در واقع، هنگامی که دقت و صحت در کنار هم قرار بگیرند، نتایج اندازه‌گیری، تکرارپذیر و نزدیک به مقدار واقعی خواهد بود. این هدفی است که هر وسیله اندازه‌گیری دنبال می‌کند. در صورت علاقه‌مندی به مباحث مرتبط در زمینه مهندسی مکانیک و ابزار دقیق، آموزشهای زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:
- مجموعه آموزشهای دروس مهندسی مکانیک
- آموزش کاربردی سیستم های اندازه گیری مکانیکی
- آموزش کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری
- مجموعه آموزشهای نرم‌افزارهای مهندسی مکانیک
- فلومتر (Flowmeter) – از صفر تا صد
- فشار چیست و مروری بر روش‌های اندازه‌گیری آن — به زبان ساده
- سنسور و ترنسدیوسر در مهندسی برق — به زبان ساده
مطلب خوب و جامعی بود
ممنونم
مطلب دقت صحت جالب بود