측정 마스터하기: 절대, 상대 및 전체 오차(%FS)에 대한 완벽한 가이드

당신은 사양서를 본 적이 있습니까?a압력송신기,a흐름미터, 또는a온도 센서그리고"정확도: ±0.5% FS"와 같은 항목을 보셨나요? 흔히 사용되는 사양이지만, 수집하는 데이터에 실제로 어떤 의미를 갖는 걸까요? 모든 측정값이 참값의 0.5% 이내라는 뜻일까요? 보시다시피 답은 좀 더 복잡하며, 엔지니어링, 제조, 그리고 과학적 측정에 종사하는 모든 사람에게 이러한 복잡성을 이해하는 것은 매우 중요합니다.

오류는 물리적 세계에서 피할 수 없는 부분입니다. 어떤 장비도 완벽할 수는 없습니다. 핵심은 오류의 본질을 이해하고, 정량화하고, 특정 응용 분야에서 허용 가능한 범위 내에 있는지 확인하는 것입니다. 이 가이드에서는 핵심 개념을 명확하게 설명합니다.of측정오류기본적인 정의부터 시작하여 실제적인 사례와 중요한 관련 주제로 확장하여, 단순히 사양서를 읽는 사람에서 사양서를 진정으로 이해하는 사람으로 변화시켜 드립니다.

 

측정 오차란 무엇인가?

그 핵심에는,측정 오차는 측정된 양과 실제 값의 차이입니다.. 그것은 당신의 악기가 보는 세상과 실제 세상 사이의 간격이라고 생각해 보세요.

오차 = 측정값 - 실제값.

"참값"은 이론적인 개념입니다. 실제로 절대적인 참값은 완벽하게 확실하게 알 수 없습니다. 대신, 일반적인 참값이 사용됩니다. 이는 측정 표준 또는 기준 기기가 제공하는 값으로, 테스트 대상 기기보다 훨씬 더 정확합니다(일반적으로 4~10배 더 정확함). 예를 들어,핸드헬드압력계량기, "기존의 실제 값"은 고정밀도에서 비롯됩니다.실험실용압력교정기.

이 간단한 방정식을 이해하는 것이 첫걸음이지만, 이것만으로는 모든 것을 설명할 수 없습니다. 100미터 파이프의 길이를 측정할 때는 1밀리미터의 오차는 미미하지만, 엔진용 피스톤을 가공할 때는 치명적인 결함입니다. 전체적인 그림을 얻으려면 이 오차를 더욱 의미 있는 방식으로 표현해야 합니다. 바로 이 지점에서 절대 오차, 상대 오차, 그리고 기준 오차가 작용합니다.

세 가지 일반적인 측정 오류 모음

측정 오차를 정량화하고 전달하는 세 가지 주요 방법을 살펴보겠습니다.

1. 절대 오차: 원시 편차

절대 오차는 가장 단순하고 직접적인 형태의 오차입니다. 원본 문서에 정의된 바와 같이, 절대 오차는 측정값과 참값의 직접적인 차이이며, 측정 단위 자체로 표현됩니다.

공식:

예:

파이프의 흐름을 측정하고 있습니다.진실유량of50m³/h 및당신의유량계읽다50.5 m³/h이므로 절대 오차는 50.5 – 50 = +0.5 m³/h입니다.

이제 실제 유량이 500m³/h인 다른 공정을 측정한다고 가정해 보겠습니다. 유량계는 500.5m³/h를 나타냅니다. 절대 오차는 여전히 +0.5m³/h입니다.

언제 유용할까요? 절대 오차는 교정 및 시험 시 필수적입니다. 교정 성적서에는 다양한 시험 지점에서의 절대 편차가 명시되어 있는 경우가 많습니다. 하지만 예시에서 볼 수 있듯이, 맥락을 파악하기 어렵습니다. +0.5m³/h의 절대 오차는 유량이 클 때보다 유량이 작을 때 훨씬 더 중요하게 느껴집니다. 이러한 중요성을 이해하려면 상대 오차가 필요합니다.

2. 상대 오차: 맥락에서의 오차

상대 오차는 절대 오차가 갖지 못하는 맥락을 제공합니다. 상대 오차는 오차를 측정된 실제 값의 분수 또는 백분율로 나타냅니다. 이는 측정값의 크기에 비해 오차가 얼마나 큰지를 알려줍니다.

공식:

예:

다시 예를 들어 보겠습니다.

50m³/h 흐름의 경우: 상대 오차 = (0.5m³/h / 50m³/h) × 100% = 1%

500m³/h 흐름의 경우: 상대 오차 = (0.5m³/h / 500m³/h) × 100% = 0.1%

갑자기 차이가 훨씬 더 명확해졌습니다. 두 시나리오에서 절대 오차는 동일했지만, 상대 오차는 유량이 낮을수록 측정 정확도가 10배나 낮았음을 보여줍니다.

이것이 왜 중요할까요? 상대 오차는 특정 작동 지점에서 계측기의 성능을 훨씬 더 잘 나타내는 지표입니다. "현재 이 측정값이 얼마나 좋은가?"라는 질문에 대한 답을 찾는 데 도움이 됩니다. 하지만 계측기 제조업체는 측정 가능한 모든 값에 대한 상대 오차를 나열할 수 없습니다. 계측기의 전체 작동 능력에 걸쳐 성능을 보장할 수 있는 단일하고 신뢰할 수 있는 지표가 필요합니다. 이것이 바로 기준 오차의 역할입니다.

3. 참조 오류(%FS): 업계 표준

이는 데이터시트에서 가장 자주 볼 수 있는 사양입니다. 정확도는 백분율로 표시됩니다.of가득한척도(%FS), 기준 오차 또는 스패닝 오차라고도 합니다. 절대 오차를 현재 측정값과 비교하는 대신, 계측기의 전체 스팬(또는 범위)과 비교합니다.

공식:

측정 범위(또는 스팬)는 계측기가 측정하도록 설계된 최대값과 최소값의 차이입니다.

중요한 예: %FS 이해

당신이 구매한다고 상상해보세요a압력 트랜스미터~와 함께다음 사양:

• 범위: 0~200bar

• 정확도: ±0.5% FS

1단계: 최대 허용 절대 오차를 계산합니다.

먼저, 이 백분율에 해당하는 절대 오차를 찾습니다. 최대 절대 오차 = 0.5% × (200 bar – 0 bar) = 0.005 × 200 bar = ±1 bar.

이것은 가장 중요한 계산으로, 어떤 압력을 측정하든 이 계측기의 판독값이 실제 값의 ±1bar 이내임을 보장합니다.

2단계: 이것이 상대적 정확도에 어떤 영향을 미치는지 확인하세요.

이제 ±1 막대 오차가 범위 내의 다른 지점에서 무엇을 의미하는지 살펴보겠습니다.

• 100bar(범위의 50%)의 압력을 측정할 경우, 측정값은 99~101bar 사이입니다. 이 지점에서의 상대 오차는 (1bar / 100bar) × 100% = ±1%입니다.

• 20bar(범위의 10%)의 압력을 측정할 경우, 측정값은 19~21bar 사이입니다. 이 지점에서의 상대 오차는 (1bar / 20bar) × 100% = ±5%입니다.

• 200bar(범위의 100%)의 압력을 측정할 경우, 측정값은 199~201bar 사이입니다. 이 지점에서의 상대 오차는 (1bar / 200bar) × 100% = ±0.5%입니다.

이는 계측기의 상대적 정확도가 범위의 상단에서 가장 좋고 하단에서 가장 낮다는 계측의 중요한 원리를 보여줍니다.

실용적인 팁: 올바른 악기를 선택하는 방법은?

%FS와 상대 오차 사이의 관계는 계측기 선택에 큰 영향을 미칩니다.기준 오차가 작을수록 계측기의 전체 정확도는 높아집니다.. 하지만 응용 분야에 맞는 올바른 범위를 선택하면 측정 정확도를 향상시킬 수도 있습니다.

측정 크기 조정의 황금률은 일반적인 작동 값이 전체 범위의 상위 절반(이상적으로는 상위 2/3)에 해당하는 계측기를 선택하는 것입니다. 예를 들어 보겠습니다.

일반적으로 70bar의 압력에서 공정이 작동하지만 최대 90bar까지 피크가 발생할 수 있다고 가정해 보겠습니다.둘송신기, 둘 다 ±0.5% FS 정확도를 갖습니다.

• 송신기 A: 범위 0-500bar

• 송신기 B: 범위 0-100bar

정상 작동 지점인 70bar에 대한 잠재적 오차를 계산해 보겠습니다.

송신기 A(0-500bar):

• 최대 절대 오차 = 0.5% × 500bar = ±2.5bar.

• 70bar에서는 측정값이 2.5bar 정도 오차가 있을 수 있습니다. 실제 상대 오차는 (2.5 / 70) × 100% ≈ ±3.57%입니다. 이는 심각한 오차입니다!

송신기 B(0-100bar):

• 최대 절대 오차 = 0.5% × 100bar = ±0.5bar.

• 70bar에서는 측정값이 0.5bar만 오차가 날 수 있습니다. 실제 상대 오차는 (0.5 / 70) × 100% ≈ ±0.71%입니다.

응용 분야에 맞게 적절하게 "압축"된 범위를 가진 계측기를 선택하면 두 계측기 모두 데이터시트에서 동일한 "%FS" 정확도 등급을 가지고 있음에도 불구하고 실제 측정 정확도가 5배 향상되었습니다.

정확도 대 정밀도: 중요한 구분

측정을 완벽하게 숙달하려면 또 하나의 필수 개념이 있습니다. 바로 정확도와 정밀도의 차이입니다. 사람들은 종종 이 두 용어를 혼용해서 사용하지만, 과학과 공학에서는 매우 다른 의미를 지닙니다.

정확성is어떻게측정값이 실제 값에 가깝다. 이는 절대 오차와 상대 오차와 관련이 있습니다. 평균적으로 정확한 계측기는 정확한 측정값을 제공합니다.

정도is어떻게같은 것의 여러 측정값이 서로 가깝습니다.측정의 반복성 또는 일관성을 의미합니다. 정밀한 기기는 매번 거의 동일한 측정값을 제공하지만, 그 측정값이 반드시 정확한 것은 아닙니다.

목표에 대한 비유는 다음과 같습니다.

• 정확하고 정밀함: 모든 샷이 과녁의 중심에 집중됩니다. 이것이 이상적입니다.

• 정확하지만 부정확함: 모든 탄환이 촘촘하게 모여 있지만, 과녁의 중심에서 멀리 떨어진 왼쪽 상단 모서리에 있습니다. 이는 소총의 스코프 정렬 불량이나 센서 교정 불량과 같은 체계적인 오류를 나타냅니다. 장비는 반복 가능하지만 지속적으로 오류가 발생합니다.

• 정확하지만 부정확함: 총알이 표적 곳곳에 흩어지지만, 평균 위치는 과녁의 중심입니다. 이는 각 측정값이 예측 불가능하게 변동하는 무작위 오차를 나타냅니다.

• 정확하지도 정밀하지도 않음: 총알이 일관성 없이 표적 전체에 무작위로 흩어짐.

0.5% FS 사양을 갖춘 계측기는 정확도를 주장하는 반면, 정밀도(또는 반복성)는 종종 데이터시트에 별도 항목으로 나열되며 일반적으로 정확도보다 작은(더 나은) 숫자입니다.

결론

오류의 뉘앙스를 이해하는 것이 훌륭한 엔지니어와 뛰어난 엔지니어를 구분하는 기준입니다.

요약하자면, 측정 오차를 완벽하게 이해하려면 기본 개념에서 실제 적용으로 넘어가야 합니다. 절대 오차는 원 편차를 제공하고, 상대 오차는 현재 측정값의 맥락에서 편차를 나타내며, 기준 오차(%FS)는 계측기의 전체 범위에서 최대 오차를 표준화된 값으로 보장합니다. 핵심은 계측기의 지정된 정확도와 실제 성능이 동일하지 않다는 것입니다.

고정된 %FS 오류가 규모 전체의 상대 정확도에 미치는 영향을 이해함으로써 엔지니어와 기술자는 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다. 응용 분야에 적합한 측정 범위를 가진 계측기를 선택하는 것은 정확도 등급만큼이나 중요하며, 수집된 데이터가 실제 데이터를 신뢰할 수 있게 반영하도록 해야 합니다.

다음에 데이터시트를 검토하고 정확도 등급을 보면 그 의미를 정확히 알 수 있을 것입니다. 최대 잠재 오차를 계산하고, 그 오차가 다양한 작동 지점에서 공정에 어떤 영향을 미치는지 파악하며, 수집하는 데이터가 단순히 화면상의 숫자가 아닌 실제 상황을 정확하게 반영하도록 정보에 기반한 결정을 내릴 수 있습니다.

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