Στατικός χαρακτηρισµός οργάνου (τεκµηρίωση που συνοδεύει το όργανο) Ορθότητα (trueness): χαρακτηρίζει τη µετρολογική ποιότητα του οργάνου και όχι την ποιότητα µιας συγκεκριµένης µέτρησης. Η εγγύτητα της συµφωνίας µεταξύ της µέσης τιµής των µετρήσεων που λαµβάνονται από µια µεγάλη σειρά αποτελεσµάτων δοκιµών και της αποδεκτής τιµής αναφοράς. Το µέτρο της ορθότητας συνήθως εκφράζεται υπό όρους συστηµατικού σφάλµατος Πιστότητα (precision) : Η εγγύτητα της συµφωνίας µεταξύ ανεξάρτητων µετρήσεων που διεξάγονται για ένα µέγεθος υπό προδιαγεγραµµένες συνθήκες. Η πιστότητα εξαρτάται µόνο από την κατανοµή των τυχαίων σφαλµάτων και δεν σχετίζεται µε την πραγµατική τιµή ή την προκαθορισµένη τιµή. Επαναληψιµότητα (repeatability): Επαναληψιµότητα των αποτελεσµάτων µετρήσεων θεωρείται η εγγύτητα της συµφωνίας µεταξύ των αποτελεσµάτων διαδοχικών µετρήσεων του ίδιου µετρούµενου µεγέθους που διεξάγονται υπό τις ίδιες συνθήκες µέτρησης. Αλλιώς, ορίζεται ως η πιστότητα υπό συνθήκες επαναληψιµότητας, όπου ανεξάρτητα αποτελέσµατα δοκιµών λαµβάνονται µε την ίδια µέθοδο πάνω σε πανοµοιότυπα δοκίµια, µέσα στο ίδιο εργαστήριο, από τον ίδιο χειριστή, που χρησιµοποιεί τον ίδιο εξοπλισµό, εντός σύντοµων χρονικών διαστηµάτων. Αναπαραγωγιµότητα (reproducibility): Αναπαραγωγιµότητα των αποτελεσµάτων µετρήσεων είναι η εγγύτητα της συµφωνίας µεταξύ των αποτελεσµάτων µετρήσεων του ίδιου µετρούµενου µεγέθους που διεξάγονται υπό συνθήκες µέτρησης οι οποίες έχουν αλλάξει. Αλλιώς, ορίζεται ως η πιστότητα υπό συνθήκες αναπαραγωγιµότητας, όπου τα αποτελέσµατα των δοκιµών λαµβάνονται µε την ίδια µέθοδο πάνω σε πανοµοιότυπα δοκίµια σε διαφορετικά εργαστήρια, µε διαφορετικούς χειριστές, που χρησιµοποιούν διαφορετικό εξοπλισµό. Αποκλίνουσα δοκιµή (outlier): Ένα µέλος ενός συνόλου τιµών το οποίο είναι αναντίστοιχο µε τα υπόλοιπα µέλη αυτού του συνόλου. Ανοχή (tolerance): Η ανοχή ορίζει το µέγιστο αναµενόµενο σφάλµα ή τη µέγιστη επιτρεπτή απόκλιση στην τιµή ενός µεγέθους από µια προδιαγεγραµµένη τιµή. Οι απαιτήσεις ορθότητας προδιαγράφονται ορισµένες φορές µε όρους ανοχής. Πιστότητα (precision): περιγράφει ποιοτικά τη διασπορά των ενδείξεων ενός οργάνου ή των αποτελεσµάτων µιας διαδικασίας µέτρησης για το ίδιο µετρούµενο µέγεθος κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες. Συστηµατική απόκλιση συστηµατικό σφάλµα -µετατόπιση (bias): απόκλιση που µπορεί να διορθωθεί µε διακρίβωση. ιακρίβωση: ο προσδιορισµός και η τεκµηρίωση της σχέσης των ενδείξεων του ή τιµών του υπό διακρίβωση συστήµατος µε τη συµβατικά θεωρούµενη αληθή τιµή η οποία δίδεται ή υλοποιείται από ένα πρότυπο αναφοράς. Κάθε µετρητική διάταξη πρέπει να διακριβώνεται σε σύγκριση µε ένα πρότυπο υψηλής µετρολογικής ποιότητας αυτό µε ένα υψηλότερης κ.ο.κ.
Βαθµονόµηση (calibration): Βαθµονόµηση ορίζεται το σύνολο των δράσεων που προσδιορίζουν, υπό συγκεκριµένες συνθήκες, τη σχέση µεταξύ τιµών των ποσοτήτων που δίνονται από ένα µετρητικό όργανο ή ένα µετρητικό σύστηµα, ή τιµές που παρίστανται από µια πραγµατική µέτρηση ή ένα υλικό αναφοράς, και τις αντίστοιχες τιµές που δίνονται από πρότυπα. Αλλιώς, η εργασία της βαθµονόµησης (calibration) ενός οργάνου µέτρησης συνίσταται στον καθορισµό της κλίµακάς του, µε βάση τις τιµές του µετρούµενου µεγέθους. Η βαθµονόµηση γίνεται: χρησιµοποιώντας Πρότυπα, πρωτεύοντα ή δευτερεύοντα, παράγοντας ακριβώς γνωστές τιµές του µετρούµενου µεγέθους, χρησιµοποιώντας άλλα βαθµονοµηµένα όργανα. ιακρίβωση βαθµονόµησης οργάνου µέτρησης Μολονότι η εργασία της βαθµονόµησης γίνεται από τον κατασκευαστή των οργάνων µέτρησης, ο χρήστης του οργάνου πρέπει να είναι σε θέση να επαναλαµβάνει την εργασία της βαθµονόµησης και να επιβεβαιώνει την αρχική του κατασκευαστή και ότι οι αποκλίσεις των ενδείξεων του οργάνου από αυτήν δεν είναι σηµαντικές. Η διαδικασία αυτή ονοµάζεται διακρίβωση της βαθµονόµησης ενός οργάνου µετρήσεων. ιακρίβωση: ο προσδιορισµός και η τεκµηρίωση της σχέσης των ενδείξεων του ή τιµών του υπό διακρίβωση συστήµατος µε τη συµβατικά θεωρούµενη αληθή τιµή η οποία δίδεται ή υλοποιείται από ένα πρότυπο αναφοράς. Κάθε µετρητική διάταξη πρέπει να διακριβώνεται σε σύγκριση µε ένα πρότυπο υψηλής µετρολογικής ποιότητας αυτό µε ένα υψηλότερης κ.ο.κ. Ιχνηλασιµότητα (Traceability): η διαδικασία µέσω της οποίας διασφαλίζεται η συνοχή και η συνέχεια της µετρολογικής πυραµίδας δηλαδή η ιδιότητα µιας µέτρησης δια της οποίας η µέτρηση αυτή µπορεί να συσχετιστεί µε συγκεκριµένες αναφορές συνήθως εθνικά ή διεθνή πρότυπα, µέσω µιας αδιάσπαστης αλυσίδας συγκρίσεων χαρακτηριζόµενων από συγκεκριµένες αβεβαιότητες. Ιχνηλασιµότητα ορίζεται ως η ιδιότητα του αποτελέσµατος µιας µέτρησης ή τιµή ενός προτύπου σύµφωνα µε την οποία µπορεί να συσχετισθεί, µε τεκµηριωµένες αναφορές, συνήθως εθνικά ή διεθνή πρότυπα, µέσω µιας αδιάρρηκτης αλυσίδας συγκρίσεων οι οποίες έχουν τεκµηριωµένες αβεβαιότητες. Αλλιώς, ιχνηλασιµότητα ορίζεται η ιδιότητα του αποτελέσµατος µιας µέτρησης µε την οποία το αποτέλεσµα µπορεί να συσχετισθεί µε µια αναφορά µέσα από µια τεκµηριωµένη αδιάσπαστη αλυσίδα βαθµονοµήσεων που κάθε µία συνεισφέρει στην αβεβαιότητα της µέτρησης.
Μετρολογικά χαρακτηριστικά των µετρητικών οργάνων Εύρος λειτουργίας (range) ιακριτική Ικανότητα (resolution) Ακρίβεια (accuracy) Γραµµικότητα (linearity) Ευαισθησία (sensitivity) Χρόνος απόκρισης (response time) Νεκρό διάστηµα (dead band) Σταθερότητα ή ευστάθεια (stability) Ολίσθηση (drift) Εύρος λειτουργίας: Το εύρος λειτουργίας (range) ή περιοχή λειτουργίας ενός µετρητικού οργάνου είναι η περιοχή των τιµών του µετρούµενου µεγέθους, µεταξύ της ελάχιστης και της µέγιστης τιµής που µπορεί να αποδώσει, µε αποδεκτή αξιοπιστία, το µετρητικό όργανο. ιακριτική ικανότητα: Η διακριτική ικανότητα (resolution) ορίζεται ως η ελάχιστη µεταβολή του µετρούµενου µεγέθους, η οποία µπορεί να ευαισθητοποιήσει το όργανο µε αποτέλεσµα να γίνεται ευδιάκριτη από αυτό. Το µέγεθος της διακριτικής ικανότητας δεν είναι σταθερό σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας ενός οργάνου. Αναλογικός µετρητής: Η διακριτική ικανότητα ισούται µε το διάστηµα που παρεµβάλεται µεταξύ δύο διαδοχικών ενδείξεων (γραµµών). Ψηφιακός µετρητής: Η διακριτική ικανότητα ισούται µε µία µονάδα του τελευταίου ψηφίου της ένδειξης. Ακρίβεια: Η ακρίβεια του οργάνου (accuracy) δείχνει την απόκλιση της ένδειξης του οργάνου από την αληθινή τιµή του µετρούµενου µεγέθους. Η ακρίβεια του οργάνου δίνεται συνήθως ως επί τοις εκατό της ένδειξής του. Κατά κανόνα, η ακρίβεια του οργάνου µέτρησης δεν είναι σταθερή σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του. Γραµµικότητα: Γραµµικότητα (linearity) ενός µετρητικού οργάνου είναι ο βαθµός στον οποίο το εισερχόµενο σήµα δίνει ένα γραµµικά ανάλογο σήµα εξόδου στο µετρητικό όργανο Ευαισθησία: Η ευαισθησία (sensitivity) ορίζεται ως ο λόγος της µεταβολής της ένδειξης του οργάνου, προς τη µεταβολή του µετρούµενου µεγέθους. Όταν το όργανο συµπεριφέρεται «γραµµικά» τότε η ευαισθησία του είναι σταθερή σε ολόκληρη την περιοχή λειτουργίας του. Για γραµµικά συµπεριφερόµενο µεταλλάκτη ισχύει: Ευαισθησία = µέγιστη τιµή εξόδου ελάχιστη τιµή εξόδου µέγιστη τιµή εισόδου ελάχιστη τιµή εισόδου Για µη γραµµικά συµπεριφερόµενο µεταλλάκτη ισχύει, γενικά: dx Ευαισθησία =, y= σήµα εξόδου και x= σήµα εισόδου dy
Χρόνος απόκρισης: Ο χρόνος απόκρισης (response time) είναι ο χρόνος που παρέρχεται από τη στιγµή που το όργανο ερεθιστεί από το µετρούµενο µέγεθος, µέχρις ότου ηρεµήσει σε µία συγκεκριµένη τιµή µέτρησης. Επιθυµητό είναι ο χρόνος απόκρισης ενός οργάνου να είναι κατά το δυνατό ελάχιστος. Νεκρό διάστηµα: Νεκρό διάστηµα (dead band) ενός µετρητικού οργάνου είναι το µέγιστο διάστηµα µέσα στο οποίο µια διέγερση του αισθητήριου µπορεί να αλλάξει προς οποιαδήποτε από τις δύο κατευθύνσεις χωρίς να προκαλέσει αλλαγή στην απόκριση του µετρητικού οργάνου. Σταθερότητα ή ευστάθεια: Σταθερότητα (stability) ενός µετρητικού οργάνου είναι η δυνατότητά του να διατηρεί σταθερά τα µετρολογικά του χαρακτηριστικά σε σχέση µε τον χρόνο. Ολίσθηση: Ολίσθηση (drift) ενός µετρητικού οργάνου είναι η αργή αλλά σταθερή µεταβολή των µετρολογικών του χαρακτηριστικών. Η ολίθση δεν έιναι εύκολο να διορθωθεί εύκολα κατά τη διακρίβωση όπως η µετατόπιση είναι δυνατόν όµως να συνυπολογιστεί ως µια συνιστώσα της αβεβαβιότητας. Υστέρηση: η υστέρηση (hysterisis) προκαλεί διαφορές στην έξοδο που δίνει ένας αισθητήρας όταν η κατεύθυνση µεταβολής της εισόδου αντιστραφεί, δηλαδή όταν η ένδειξη για την ίδια τιµή µετρούµενου µεγέθους είναι διαφορετική ανάλογα µε το αν η µέτρηση εντάσσεται σε µια αλληλουχία σταδιακά αυξανόµενων ή σταδιακά µειόύµενων τιµών. Με αυτό τον τρόπο παράγεται σφάλµα και επηρεάζεται η ακρίβεια της συσκευής. Χαρακτηρισµός µεγεθών: Συνεχές Μέγεθος: όταν µέσα σε ένα διάστηµα τιµών το µέγεθος µπορεί ν αλάβει οποιαδήποτε τιµή. Ασυνεχές Μέγεθος: όταν µέσα σεένα διάστηµα τιµών το µέγεθος µπορεί ν αλάβει µόνο διακεκριµένε ςτιµές. Χαρακτηρισµός οργάνων: Αναλογικά όργανα: τα όργανα που φέρουν δείκτη κινόύµενο επί βαθµονοµηµένης κλίµακας και παρέχονται έτσι συνµεχείς τιµές του µετρούµενου µεγέθους. Ψηφιακά όργανα: τα όργανα µετρήσεων που παρέχουν το αποτέλεσµα υπό ψηφιακή µορφή, παρέχοντας έτσι βηµατικές ή ασυνεχείς τιµές του µετρούµενου µεγέθους.
Βιβλιογραφία: 1. Μετρήσεις Τεχνικών Μεγεθών, Σ.Ε.Σιµόπουλος, ΕΜΠ, 1989. 2. Μέτρηση, Ποιότητα Μέτρησης και Αβεβαιότητα, Μ.Ε. Μαθιουλάκης, HellasLab, 2004. 3. Ανάλυση και παρουσίαση πειραµατικών αποτελεσµάτων, Κ. Χριστοδουλίδης, ΕΜΠ, 2009. 4. Αισθητήρες Μέτρησης και Ελέγχου, µετάφραση των Ι. Πεταλά, Γ. Χατζαράκη από τις Εκδόσεις Τζιόλα (2003), του πρωτοτύπου Sensors for Measurement and Control, του P. Elgar.