Betrouwbaarheid en precisie

Fabrikanten van debietmeetapparatuur garanderen meestal een bepaalde meetnauwkeurigheid. Maar vaak is niet duidelijk wat die ‘meetnauwkeurigheid’ is. Zo kan een zeer precieze meting totaal onbetrouwbaar zijn, of andersom. Bij het beoordelen van de kwaliteit van meetgegevens is zowel de precisie als de betrouwbaarheid van belang. Figuur A laat het onderscheid zien. De betrouwbaarheid is de mate waarin de metingen de werkelijke waarden op het moment van meten weergeven. Betrouwbaarheid komt tot uitdrukking in de afwijking (β) van het gemiddelde van de metingen tot (het gemiddelde van) de daadwerkelijke waarde(n). Systematische meetfouten (bias) hebben een negatieve invloed op de betrouwbaarheid. De precisie is de bandbreedte waarbinnen de meetwaarden vallen bij dezelfde daadwerkelijk gemeten waarde. Precisie wordt uitgedrukt als het verschil (ε) tussen de grenzen van het 95%-interval en het gemiddelde van de meting. ‘Toevallige’ meetfouten beïnvloeden de precisie. Figuur A Datakwaliteit hangt af van zowel betrouwbaarheid als precisie (Bron: Coleman H.W. en Steele, W.G.(1995) Engineering application of experimental uncertainty analysis. AIAA Journal, Vol. 33, No. 10pp. 1888-96)Vergroot afbeelding In de specificaties van sensoren staan vaak andere soorten fouten die invloed hebben op zowel betrouwbaarheid als precisie. Figuur B licht termen in apparatuurspecificaties grafisch toe. Bijdragen aan systematische afwijkingen (onbetrouwbaarheid) zijn onder meer: kalibratiefouten; nulpuntsdrift (het verschuiven van het referentieniveau); temperatuurdrift (vervorming van het meetsignaal door temperatuurinvloeden). Van invloed op de precisie zijn onder meer:   non-lineariteit; herhaalbaarheid; hysteresis. Hysterese of hysteresis (grieks: ‘het achterblijven’) is het verschijnsel dat het verband tussen oorzaak en gevolg niet alleen afhangt van de grootte van de oorzaak, maar ook van de richting waarin de oorzaak verandert. De meting van het verloop van een waterniveau in een put bij stijgende waterspiegel kan afwijken van de meting bij dalende waterspiegel (zie figuur B). De totale onbetrouwbaarheid (bias) en precisie zijn een optelsom van de fouten met een verschillende oorzaak. Figuur B Sensoreigenschappen in specificaties (Bron: Schaap, L.H.J. en Zuidberg, H.M. (1982), Mechanical and electrical aspects of the electric cone penetrometer tip. In: Penetration Testing, Second European Symposium on Penetration Testing)Vergroot afbeelding Het systeem geeft de fouten doorgaans op als een relatieve fout ten opzichte van het ingestelde meetbereik (de zogenaamde FSO; Full Scale Output). Zo bedraagt de meetnauwkeurigheid bij 1 m meetbereik en een relatieve meetnauwkeurigheid van 0,1% 1 mm, tegen 2 mm bij een ingesteld meetbereik van 2 m. Figuur C Effecten van fouten in precisie en betrouwbaarheid (Bron: AIAA, Assessment of Wind Tunnel Data Uncertainty. reston, USA, American Institute of Aeronautics and Astrounautics (AIAA). (AIAA S0-71-1995)Vergroot afbeelding Uiteindelijk is een meting alleen nauwkeurig als zij betrouwbaar én precies is. De totale meet-onnauwkeurigheid is dus β + ε. Figuur C vergelijkt de effecten van fouten in de precisie en de betrouwbaarheid. Definitie betrouwbaarheid Over het gebruik van de term betrouwbaarheid kan verwarring ontstaan. Deze term is namelijk voor verschillende begrippen te gebruiken, zoals bedrijfszekerheid of verwachte levensduur van het meetinstrument. Dergelijke begrippen bedoelt dit onderdeel niet. De term betrouwbaarheid heeft hier uitsluitend betrekking op de meetwaarden.