Basisbegrippen

In dit deel van deze site wordt een introductie gegeven over de begrippen:

• Meetonzekerheid
• Standaards en Herleidbaarheid

Meetonzekerheid

Iedere meting (en dus ook de gemeten waarde) herbergt een zekere meetonzekerheid in zich. Het resultaat van een meting moet dan ook eigenlijk bestaan uit de gemeten waarde en de onzekerheid van de gemeten waarde.

Het begrip meetonzekerheid moeten we niet verwarren met meetnauwkeurigheid. Het begrip meetonzekerheid is kwantitatief gedefinieerd en kunnen we berekenen en dus in een getal uitdrukken. Meetnauwkeurigheid is als begrip in de metrologie niet kwantitatief gedefinieerd en is daarom eigenlijk alleen een kwalitatief begrip, waar iedereen zijn eigen interpretatie/definitie aan kan geven. Meetnauwkeurigheid wordt echter in productinformatie vaak gebruikt als een synoniem voor de meetonzekerheid.

Het weten en gebruik van de meetonzekerheid is belangrijk. Denk bijvoorbeeld aan een dopingcontrole van een topsporter. Dan wordt de gemeten waarde van een verboden stof in het bloed eerst naar beneden gecorrigeerd met de meetonzekerheid om daarna de gecorrigeerde waarde te vergelijken met de maximaal toelaatbare waarde. We willen immers geen topsporters diskwalificeren en schorsen omdat de analyse een onvermijdelijke onzekerheid in zich herbergt.

Meten als statistisch proces

Beschouwen we meten als een statistisch proces, dan zullen bij herhaald meten (uiteraard onder verder dezelfde omstandigheden) de meetresultaten een zekere spreiding laten zien. Om dit voor te stellen, denk aan een darter die 10x probeert ‘bulls eye’ te gooien. De pijlen zullen verspreid in en om de bull op het bord terecht komen.

De spreiding in meetwaarden (opnieuw bij herhaald meten onder verder dezelfde omstandigheden) is een maat voor een deel van de meetonzekerheid, naast de onzekerheid van het meetinstrument zelf. Vaak wordt aangenomen dat het meetproces zich gedraagt als een statistisch proces met een normale verdeling van de meetwaarden bij oneindig herhaald meten. Deze verdeling (ook wel Gaussverdeling genoemd) wordt gekenmerkt door de verwachtingswaarde (aangeduid met de Griekse letter μ) en de standaardafwijking, ook wel standaarddeviatie genoemd (aangeduid met de Griekse letter σ).

Bij een steekproef doen we slechts een beperkt aantal (n) metingen en kunnen we de verwachtingswaarde μ en de standaardafwijking σ als volgt benaderen (berekenen):

Voor deze verdeling geldt dat 68,2% van de gemeten waarden binnen 1x (k=1) de standaardafwijking van het gemiddelde vallen en zelfs 95,5% binnen 2x (k=2) de standaardafwijking van het gemiddelde vallen.

Definitie meetonzekerheid

De meetonzekerheid van de gemiddelde waarde (het ‘meetresultaat’) bij n keer herhaalde meting  wordt gedefinieerd door de volgende formule:

Het aantal metingen (n) moet voldoende groot zijn (>=10) om de betrouwbaarheid van deze benadering te borgen. 
De meetonzekerheid wordt vaak uitgedrukt in een %:

Standaards en herleidbaarheid

Basiseenheden worden gedefinieerd door het SI (‘Système International d’unités’) ofwel het ‘Internationaal Stelsel van Eenheden’, zodat we internationaal gegevens kunnen uitwisselen; bijvoorbeeld met de seconde wordt overal hetzelfde bedoeld. Het SI kent 7 basiseenheden. Deze standaards worden op nationale niveaus beheerd door metrologische instituten. In Nederland is dat ondergebracht bij VSL.

Daarnaast worden er veel afgeleide eenheden gebruikt, die direct afgeleid zijn van de basiseenheden. Enkele bekende voorbeelden zijn:

In de dagelijkse praktijk wordt als referentiewaarde (standaard) uiteraard niet de hoogste referentiewaarde, waarmee de basiseenheid is bepaald, zelf gebruikt. Bijvoorbeeld het prototype van de kilogram, die wordt bewaard op het ‘Bureau International de Poids et Mesures’ in Frankrijk, blijft daar. Daarom wordt er gewerkt met een keten van afgeleide standaards, die bijvoorbeeld in geval van de kilogram begint met het eerder genoemd prototype en eindigt met het fysieke gewicht van 1kg op een balansweegschaal. Als alle schakels in deze keten gekalibreerd zijn t.o.v. de voorafgaande schakel, dan spreken we van herleidbaarheid.

Herleidbaarheid vereist dus een ononderbroken keten en uiteindelijk gebruik van een gekalibreerd standaard in het meetinstrument. Wordt er gemeten met een niet gekalibreerd meetinstrument, dan is de meting (en ook de gemeten waarde) dus per definitie niet herleidbaar tot de basiseenheden.