Metrologia: come ridurre gli errori di misurazione

Pubblicato il: 14/11/2018 19:20:47
Bilance e Sistemi per Pesare , Strumenti di Misura e Controllo

Ogni misurazione, compresa quella del peso di uno o più oggetti, implica una determinata incertezza. L’incertezza di misura, sinonimo di errore di misurazione, è rappresentata dal grado di indeterminazione con il quale si ottiene il valore di una proprietà fisica attraverso una misurazione.

Gli errori possono essere determinati da diversi fattori e incidere più o meno sul risultato finale della misurazione. Ciò che è certo, però, è che un errore si presenterà sempre nel momento in cui andremo a verificare l’entità di una grandezza fisica, che sia esso dovuto a chi conduce la misurazione o allo strumento con cui viene condotta.

Ridurre gli errori al minimo, dunque, è il problema più annoso che si trovano a dover risolvere studiosi, scienziati e tecnici che si occupano di misurazioni, compresi coloro che si interessano alla determinazione del peso e alla costruzione di appositi strumenti.

Quando l’intero processo produttivo o di distribuzione o di commercializzazione dipende dalla determinazione del peso di determinati elementi, è vitale che tali misurazioni siano quanto più accurate possibile.

Se, dunque, una certa percentuale di errore è inevitabile, è indispensabile conoscerne le cause e fare di tutto per minimizzarne l’effetto.

Cos’è e come si definisce un errore di misurazione

Un errore di misurazione può essere definito come la differenza tra il valore rilevato e il valore effettivo di un determinata grandezza.

Per comprendere meglio questo concetto è utile conoscere i due termini che definiscono, appunto, l’errore che sono il valore reale di una grandezza e il valore misurato.

È impossibile conoscere il valore reale, ci si può solo avvicinare ad esso per approssimazione calcolando la media dei risultati di un infinito numero di misurazioni.
Il valore misurato, invece, può essere definito come la stima del valore reale ottenuta mediante diverse ripetizioni della stessa misurazione.

Gli errori di misurazione, come abbiamo visto, possono essere dovuti a questioni di metodo che coinvolgano l’operatore oppure lo strumento. Si tratta, in questo caso, di inesattezze o di interventi che, inavvertitamente, influiscono sul valore finale della misurazione.

Questi, però, non sono gli unici errori possibili.

Ogni tipologia di misurazione, inclusa quella del peso, infatti, è basata su degli standard internazionali piuttosto accurati. Generalmente, però, non si fa riferimento a queste grandezze standard nelle comuni misurazioni, ma a dei derivati, che non garantiscono lo stesso grado di esattezza. Ci riferiamo ad esempio ai comuni Pesi Campione certificati secondo una catena di riferibilità derivata dal Chilogrammo conservato a Parigi che proprio in questo novembre 2018 verrà sostituito con una formula. 

Questo comporta che si verifichino normalmente degli errori dovuti a queste approssimazioni. Per tale ragione, anche in assenza di errori di metodo, non può esistere una misurazione accurata al 100%.

La metrologia interviene proprio per ridurre questa tipologia di errore.

La classificazione degli errori di misurazione

Generalmente gli errori di misurazione vengono distinti in tre categorie:

  1. errori sistematici
  2. errori casuali
  3. errori umani

Si tratta di errori che avvengono a livelli e in momenti diversi del processo di misurazione e che vi influiscono in modo più o meno consistente. Rilevare questi errori, comprendendo a quale tipologia appartengono, è solitamente il risultato di attente analisi e complessi calcoli.

Tuttavia, una volta comprese le cause e gli effetti dell’errore, si può migliorare notevolmente l’attendibilità della misurazione.

Gli errori sistematici

Gli errori sistematici si verificano in conseguenza di un difetto nella procedura di misurazione. Sono noti anche come errori-zero.

Si possono, a loro volta, dividere in tre sottocategorie: strumentali, ambientali e teorici.

Gli errori sistemici strumentali sono causati da una imprecisione nella del mezzo utilizzato per effettuare la misurazione, in questo caso la pesatura.

Sono errori strumentali, ad esempio, il sovraccarico oppure l’uso scorretto dello strumento, oltre che eventuali difetti di fabbricazione, taratura, calibrazione e simili.

Gli errori ambientali

Sono dovuti alle condizioni in cui viene effettuata la misurazione. Diversi gradi di umidità, temperatura, pressione così come l’influenza dei campi magnetici possono influenzare la pesatura, soprattutto se si tratta di materiali o prodotti particolarmente delicati o reattivi a certe caratteristiche dell’ambiente.

Per ridurre al minimo l’incidenza di questa tipologia di errori è utile avere l’accortezza di mantenere l’umidità e la pressione costante all’interno del laboratorio in cui avviene la pesatura e assicurarsi che non ci siano campi elettrostatici o magnetici a interferire nell’operazione.

Una semplificazione eccessiva del modello di misurazione porta a errori teoretici: si pensi, ad esempio, alla possibilità di non considerare una variazione di temperatura come fattore che impatta sui risultati della pesatura, questo sicuramente indurrà in errore. E' per questa ragione ad esempio che i modelli di bilancia analitica più evoluti sono dati di un comando automatica che aziona una procedura di auto-taratura ogni qualvolta nell'ambiente del laboratorio si registrano variazioni di temperatura superiori ai 2 gradi centigradi.

In linea generale per ridurre gli errori sistematici è buona norma assicurarsi che lo strumento sia di buona qualità e in perfette condizioni, che l’ambiente abbia le caratteristiche giuste e sia controllato e che gli standard considerati siano applicabili in quel caso specifico.

Gli errori casuali

Questo tipo di errori è causato da un cambiamento improvviso delle condizioni in cui avviene la misurazione.

Gli errori casuali sono, per loro natura, spesso inevitabili, oltre che poco prevedibili. Si pensi, per esempio, a un improvviso calo di corrente mentre si sta utilizzando uno strumento di misurazione elettrico. Tuttavia gli effetti degli errori casuali sull’ accuratezza della misurazione possono essere minimizzati procedendo a molteplici ripetizioni dell’operazione di pesatura e considerando la media dei risultati ottenuti.

Gli errori umani

Per quanto certe operazioni possano essere automatizzate, nel processo deve intervenire una persona e questo fa sì che si possano verificare degli errori puramente umani. Si può trattare di errori nell’esecuzione della procedura o nella lettura dei risultati.

Per ridurre al minimo questi errori, soprattutto nel caso delle imprecisioni nell’osservazione, è importante che gli strumenti di pesatura utilizzati rispondano agli standard più moderni anche per quanto concerne il display ed eventuali altri indicatori e che la lettura dei risultati sia effettuata nelle migliori condizioni possibili.

Calcolare gli errori di misurazione

Ci sono diversi modi per fare un calcolo ragionevolmente accurato degli errori sistematici e casuali. La metodologia più comune e anche più affidabile consiste nella ripetizione dell’operazione di pesatura in un numero sufficiente di volte per poter calcolare una media ponderata dei valori.

Questo valore medio si avvicinerà il più possibile al valore effettivo e reale della grandezza misurata.

In alcuni casi, però, è difficile eseguire l’operazione diverse volte. In queste situazioni si può stimare l’errore di misurazione tenendo conto della divisione più piccola dello strumento di misurazione. Ad esempio, se la bilancia che utilizziamo ha una sensibilità di un quinto di grammo, l’errore assoluto può essere stimato tra gli 0.2 mg e gli 0.5 mg.

L’accuratezza dello strumento di misurazione, in ogni caso, è un fattore rilevante per contribuire alla riduzione della possibilità di errore.
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