ความคลาดเคลื่อนของการวัด

บทที่ 2 ทฤษฏีการวัดและความคลาดเคลื่อน 2 from Chattichai

ค่าที่ผิดพลาดจำนวนหนึ่งซึ่งจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ระหว่างค่าที่วัดได้กับค่าจริง สิ่งสำคัญคือการระบุช่วงข้อผิดพลาดที่ยอมรับได้ ในด้านของการวัดแล้ว ช่วงของข้อผิดพลาดสูงสุดและต่ำสุดในการวัดขนาดที่สามารถยอมรับได้จะเรียกว่า “เกณฑ์ความคลาดเคลื่อน” ช่วงของข้อผิดพลาดที่ยอมรับได้ตามกฎหมายที่กำหนด เช่น มาตรฐานอุตสาหกรรม อาจเรียกว่าเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนได้เช่นกัน
หากในแบบร่างกำหนดไว้ว่า “60 (+0.045 -0.000)” “60” จะแสดงถึงขนาดที่อ้างอิง และ “+0.045 -0.000” ระบุเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของขีดจำกัดบนและขีดจำกัดล่าง ในกรณีนี้ขีดจำกัดบนคือ 60.045 และขีดจำกัดล่างคือ 60.000
เหตุผลหนึ่งที่ทำให้มีการกำหนดเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนสำหรับการประยุกต์ใช้งานในทางปฏิบัติขึ้นมาก็คือ เพื่อหาความสมดุลระหว่างต้นทุนการดำเนินการและฟังก์ชันที่ต้องการของชิ้่นงาน ความแม่นยำที่เพิ่มขึ้นก็จะนำไปสู่ต้นทุนการดำเนินการที่เพิ่มขึ้นด้วย สิ่งสำคัญก็คือ ต้องแน่ใจว่ามีฟังก์ชันและคุณภาพตามที่ต้่องการ และกำหนดเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนไปตามนั้น

ดัชนี

การวัด หมายถึง กระบวนการที่ถูกดำเนินเพื่อให้ได้มาซึ่งค่าขนาดของปริมาณใดๆ ตัวอย่างเช่น มวลหรือความยาว เป็นต้น ซึ่งหน่วยวัดและการวัดนั้นถูกคิดค้นขึ้นโดยมนุษย์ เพื่อใช้เป็นเครื่องมือสำหรับการวัดในงานที่มีรูปแบบหลากหลาย ได้แก่ การนำมาใช้เกี่ยวกับการค้าขายวัตถุดิบหรืออาหาร งานก่อสร้างอาคารต่างๆ และการตัดเย็บเครื่องนุ่งห่มที่จำเป็นต้องคำนึงถึงรูปร่างและขนาด เป็นต้น

ความผิดพลาด (Error) คือ ค่าความแตกต่างของค่าจริงที่ถูกวัดในทางปฏิบัติกับผลที่ได้จากการวัด ซึ่งค่าความผิดพลาดดังกล่าวนี้เป็นค่าที่มีความไม่แน่นอน (Uncertainty) ผู้วัดจึงไม่สามารถได้ค่าความผิดพลาดที่แน่นอนจากกระบวนการวัด

การวัด (Measurement) คือ กระบวนการ “Empirical” ที่ไม่ได้เกิดขึ้นจากทฤษฎีหรือความคิดที่ถูกสร้างขึ้น แต่จะเกิดขึ้นได้โดยการทดลองและการสังเกต เพื่อนำผลที่ได้มาทำการเปรียบเทียบระหว่างค่ามาตรฐานที่ถูกกำหนดไว้กับปริมาณที่ไม่ทราบค่าของตัวแปร ในทางปฏิบัติเครื่องมือวัดไม่สามารถวัดค่าได้ถูกต้องแม่นยำเท่ากับค่าจริง จึงทำให้เกิดค่าความผิดพลาดขึ้นในทุกครั้งของการวัด ซึ่งปัญหาดังกล่าวสามารถทำการแก้ไขเพื่อปรับลดค่าความผิดพลาดที่จะเกิดขึ้นให้ต่ำลงได้ โดยการคำนึงหาสาเหตุของความผิดพลาด และทำความเข้าใจให้ถูกต้องกับหลักการขั้นพื้นฐานของการใช้เครื่องมือในกระบวนการวัด

เครื่องมือวัด (Measuring Tool) คือ เครื่องมือที่ถูกนำมาใช้งานในกระบวนการวัดสำหรับการหาค่าของขนาดหรือระยะในการกำหนดตำแหน่ง โดยเครื่องมือวัดแต่ละชนิดจะมีรูปร่างและลักษณะขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งานในด้านต่างๆกัน ตัวอย่างเช่น การนำไปใช้สำหรับวัดและตรวจสอบขนาดของวัสดุชิ้นงาน ได้แก่ ความหนา ความกว้าง ความยาว ความสูง เป็นต้น

ความผิดพลาดตกค้าง (Residual Errors) คือ ความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากสาเหตุที่ไม่แน่นอนในกระบวนการวัด ซึ่งจะเกิดขึ้นเสมอและได้ค่าที่แตกต่างกันเมื่อทำการวัดซ้ำในแต่ละครั้ง จากนั้นผู้วัดจึงจะนำค่าความผิดพลาดมาวิเคราะห์โดยหลักการทางสถิติเพื่อหาค่าที่ได้ต่อไป

ความผิดพลาดเนื่องจากเครื่องวัด (Instrumental Errors) คือ ความผิดพลาดที่มีสาเหตุเกิดจากโครงสร้างระบบกลไกของเครื่องวัดขาดการบำรุงรักษา ทำให้เครื่องวัดเสื่อมประสิทธิภาพและได้ค่าการวัดที่คลาดเคลื่อน ตัวอย่างเช่น การที่เข็มชี้ไม่ตรงตำแหน่งศูนย์ (Zero Position) จากการปรับแต่งที่ผิดพลาด ความฝืดระหว่างฐานรองเดือยกับเดือย รวมทั้งความฝืดจากสปริงก้นหอย (Spiral Spring) ได้แก่ การยืดตัว และการตึงตัวของสปริงก้นหอย เป็นต้น

ค่าความถูกต้อง (Accuracy) คือ ค่าจากการวัดที่มีความใกล้เคียงกับค่าจริง ซึ่งค่าความถูกต้องนี้เป็นค่าที่สามารถบ่งบอกได้ถึงประสิทธิภาพและความสามารถของเครื่องมือที่ใช้ในกระบวนการวัดได้

เปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อน (Percentage Error) คือ ค่าที่แสดงถึงเปอร์เซ็นต์ความแตกต่างค่าของค่าที่วัดได้กับค่าที่แท้จริง ซึ่งเครื่องมือวัดแต่ละชิ้นจะถูกระบุค่าเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อนที่แตกต่างกัน อีกทั้งค่าดังกล่าวนี้ยังสามารถนำมาใช้ประโยชน์สำหรับการคำนวณหาค่าความถูกต้อง (Accuracy) ของเครื่องมือวัดได้อีกด้วย

ความคลาดเคลื่อนสถิต (Static error) คือ ผลต่างของค่าแท้จริงกับค่าที่ได้จากการผลทดลอง มักถูกแสดงในรูปแบบของร้อยละหรือเปอร์เซ็นต์ (%) ผู้วัดสามารถดูประสิทธิภาพและความถูกต้องแม่นยำของการวัดได้จากความใกล้เคียงกันระหว่างค่าจริงกับค่าที่ได้ โดยที่ในแต่ละครั้งของกระบวนการวัดจะมีค่าความคลาดเคลื่อนเกิดขึ้นเสมอ ซึ่งค่าความคลาดเคลื่อนดังกล่าวนี้อาจเป็นสาเหตุของการเกิดความไม่แน่นอน (uncertainty) ผู้วัดจึงควรทำความเข้าใจกับหลักการในการวัดและทำการแก้ไขข้อผิดพลาดเพื่อปรับลดค่าความคลาดเคลื่อนที่จะเกิดขึ้น

ความคลาดเคลื่อนเชิงระบบ (Systematic error) คือ ความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นจากความผิดพลาดของเครื่องมือวัด (instrument) ส่งผลให้การอ่านค่าซ้ำเกิดการคลาดเคลื่อนขึ้น ในบางครั้งความคลาดเคลื่อนเชิงระบบอาจมีชื่อเรียกได้เป็น fixed error หรือ bias error ซึ่งความคลาดเคลื่อนดังกล่าวถูกจัดเป็นความคลาดเคลื่อนสถิต (static error) ที่ผู้มีประสบการณ์ในการวัดสามารถคาดเดาการเปลี่ยนแปลงของค่าที่จะเกิดขึ้นได้ เนื่องจากค่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นในการวัดแต่ละครั้งมีขนาดเท่าเดิม โดยปัญหาความความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นนี้ สามารถลดและแก้ไขค่าได้ด้วยการนำวิธีการปรับแก้มาใช้ในการช่วยปรับลดค่าลง

ความคลาดเคลื่อนแบบสุ่ม (Random error) คือ ความคลาดเคลื่อนที่สามารถเกิดขึ้นได้ในหลายกรณี ตัวอย่างเช่น ค่าปริมาณความชื้นและอุณหภูมิในอากาศที่เกิดจากความคลาดเคลื่อนของสิ่งแวดล้อมรอบข้าง รวมไปถึงการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าหรือความถี่ เป็นต้น ซึ่งความคลาดเคลื่อนแบบสุ่มนี้จัดเป็นความคลาดเคลื่อนสถิต (static error) ที่สามารถหาค่าได้จากการใช้หลักการทางสถิติมาคิดคำนวณ และเป็นค่าที่ไม่สามารถคาดเดาความคลาดเคลื่อนได้ล่วงหน้า เนื่องจากเมื่อทำการวัดซ้ำจะได้ค่าที่แตกต่างกันไปในแต่ละครั้ง

ความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากผู้วัด (Human error) คือ ค่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดขึ้นจากความผิดพลาดในการคำนวณผล การอ่านค่า รวมไปถึงการบันทึกค่า ซึ่งปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้โดยการเพิ่มความรอบคอบ และความระมัดระวังในระหว่างขั้นตอนการวัด และการสร้างความเข้าใจที่ถูกต้องสำหรับหลักการอ่านค่าให้แก่ตัวผู้วัด ซึ่งค่าความคลาดเคลื่อนที่เกิดจากตัวผู้วัดนี้ ถูกจัดเป็นค่าความคลาดเคลื่อนสถิต (static error)

อัตราร้อยละ(Percentage) คือ รูปแบบการนำเสนอจำนวนใดๆด้วยการใช้เศษส่วน ซึ่งตัวส่วนที่ถูกนำมาใช้จะมีค่าเป็น 100 เสมอ อัตราร้อยละมักถูกใช้สำหรับเปรียบเทียบค่าระหว่างปริมาณสองค่า โดยที่ปริมาณตัวแรกจะเป็นการเปลี่ยนแปลงหรือเป็นส่วนย่อยของปริมาณตัวที่สอง มีสัญลักษณ์ในการใช้งานเป็นเครื่องหมายเปอร์เซ็นต์ “%” ตัวอย่างเช่น ร้อยละ 45 สามารถเขียนได้เป็น 45%

ค่าสัมบูรณ์ (Modulus) คือ ค่าบนเส้นจำนวนที่มีระยะห่างจากศูนย์ (0) โดยที่ไม่ว่าจะมีทิศทางไปยังด้านซ้ายหรือด้านขวาของศูนย์ ค่าสัมบูรณ์ที่เกิดจากระยะห่างนั้นจะมีค่าเป็นบวกเสมอ

ค่าดริฟท์ (Drift) คือ การที่เครื่องมือวัดถูกใช้งานติดต่อกันเป็นระยะเวลานาน ทำให้ค่าจริงที่ได้จากการวัดเกิดการเบี่ยงเบนจนเกิดเป็นค่าดริฟท์ขึ้น โดยที่ปัญหาดังกล่าวสามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการปรับเทียบเครื่องมือวัด

ความละเอียดในการวัด (Resolution) คือ ค่าความละเอียดสูงสุดของเครื่องมือที่สามารถวัดออกมาได้ มักเป็นค่าที่ถูกแสดงในรูปแบบร้อยละของช่วงการวัด ตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องชั่งน้ำหนักที่สามารถให้ค่าได้สามถึงสี่ตำแหน่ง เป็นต้น

ความคลาดเคลื่อนจากการวัดคืออะไร

ความคลาดเคลื่อนจากผู้วัดมีอะไรบ้าง

ปัจจัยใดบ้างที่ทำให้เกิดความคลาดเคลื่อนในการวัด

ความคลาดเคลื่อนของเครื่องวัดไฟฟ้า หมายถึงอะไร