Độ không đảm bảo (Uncertainty)

Khi nhắc đến độ chính xác và độ lặp lại, ta không thể nhắc đến một khái niệm khác đó là độ không đảm bảo hay độ không chắc chắn (uncertainty). Giả sử nói một thiết bị đo áp suất có độ chính xác là 0.5% giá trị đọc được, vậy có phải trong tất cả 100% các lần đo, độ chính xác đều nằm trong sai số cho phép là 0.5%. Điều này không thể xảy ra trong điều kiện thử nghiệm, cũng như chắc chắn sẽ không xảy ra trên thực tế.

Trong đo lường, giá trị đo  tùy vào mục đích mà dùng để giám sát, điều khiển nhưng đều dùng để ra một quyết định nào đó. Giá trị đo này, phải có chất lượng đủ "tốt" có nghĩa là có thể tin tưởng được để ra một hành động quyết định nào đó. Vì vậy, khi đề ra một phương pháp thử nghiệm để ra một kết luận, người ta hay nói đến độ chắc chắn của dữ liệu là bao nhiêu phần trăm. Vì vậy, độ không đảm bảo trong đo lường xác định được giới hạn của một tập các sai số cụ thể hay sai số hệ thống với độ tin cậy nhất định. Độ tin cậy phổ biến nhất trong việc phân tích độ không đảm bảo là 95%. Con số 95% (tương ứng với 2 sigma)  xuất phát từ lý thuyết phân phối chuẩn trong xác xuất thống kê.

Trong xác xuất, khi tung đồng xu, xác suất để đồng xu sấp hoặc ngửa là 50/50. Trong đo lường, xác suất để 1 giá trị nằm trong khoảng sai số cho phép là ngẫu nhiên. Với 1 giá trị đo duy nhất, ta không thể nói là giá trị đó đúng hay sai. Nếu lỡ lần đo đó, giá trị đo bị lọt vào 5% còn lại của phân phối chuẩn thì sao, lúc đó sai số sẽ rất lớn. Khi đo 2 giá trị, ta có được thêm 1 điểm để so sánh. Tới đây, có gì đó đã trả lời được câu hỏi tại sao có pressure transmitter mà còn có thêm 1 cái pressure gauge, 1 điểm mà đo đến 2 thiết bị đo, tốn chi phí và tốn thời gian bảo trì sửa chữa. Nhưng căn cứ vào lý thuyết uncertainty trên, mà chúng ta thấy có lý do để người thiết kế thiết kế ra 2 thiết bị đo cho 1 điểm đo. Vấn đề là, tại điểm đo đó, thông số đo quan trọng đến nỗi, nếu nó đo sai sẽ gây ra mất an toàn hay gây thiệt hại về kinh tế, nên người ta không an tâm khi chỉ có 1 thiết bị đo tại điểm đo trọng yếu đó.Gia tăng thiết bị đo sẽ làm người vận hành tự tin vào giá trị đo mà mình đọc được.

Vậy điều gì tạo ra sự không chắc chắn trong phép đo, có rất nhiều yếu tố về môi trường, thời gian, lỗi con người. Ngay cả khi hiệu chuẩn thiết bị đo bằng chất chuẩn hay thiết bị chuẩn được kiểm định, thì các chuẩn này cũng có sai số, và cả sai số của người trực tiếp đi hiệu chuẩn nữa. Mỗi một bước trong đo lường, mỗi thành phần của thiết bị đo lường đều góp phần tăng thêm sai số.

Trên thực tế, lần đầu tiên tiếp xúc với khái niệm độ không đảm bảo đo, tôi đang đảm trách vị trí kỹ sư đo kiểm (Metering engineer) cho hệ thống đo dầu condensate và khí xuất vào đường ống Nam Côn Sơn 1. Vì đường ống khí và condensate này dùng chung cho giàn Lan tây và giàn Rồng đôi, nên hệ thống đo khí và condensate được xem như hệ thống đo thương mại để phân chia sản phẩm. Việc sai số nhỏ sẽ dẫn đến mất mát rất lớn về thương mại. Vì vậy, ngoài sai số, yêu cầu tính toán về độ không đảm bảo của hệ thống đo là bắt buộc. Trong báo cáo tính toán về độ không đảm bảo của hệ thống đo thương mại, các thành phần của hệ thống như đầu đo áp suất, lưu lượng, nhiệt độ đều được tính toán độ không đảm bảo mà độ không đảm bảo này sẽ góp phần vào độ không đảm bảo của toàn hệ thống đo (combined uncertainty). Vì tính chất khách quan của tính toán, nên các đơn vị thường thuê 1 bên thứ 3 làm nhiệm vụ tính toán độ không đảm bảo của hệ thống đo theo tiêu chuẩn ISO.

Một ví dụ khác là khi tôi làm dự án lắp đặt thiết bị đo lưu lượng 3 pha (dầu, khí và nước), tiếng Anh là multiphase flow meter), cho đầu giếng khoan. Lý do chọn multiphase flowmeter là vì kích thước của thiết bị đo lưu lượng 3 pha này nhỏ hơn rất nhiều so với bình tách (test separator). Lúc này, ngoài độ sai số mà chúng tôi cần chấp nhận là khoảng 5% so với giá trị đọc, chúng tôi còn xem xét đến yếu tố không đảm bảo của phép đo. Trong thành phần của thiết bị đo lưu lượng ba pha, có rất nhiều thiết bị đo riêng lẻ cấu thành. Tất cả các thiết bị đo này tạo ra độ không đảm bảo đo rất lớn. Hơn nữa, các đặc tính pha từ dưới giếng khoan là không đoán trước, và khi thông số biến đổi sẽ làm sai lệch kết quả đo.

Khi làm trong lĩnh vực quan trắc môi trường, tôi còn được hỏi về độ chính xác của thiết bị đo pH vì tài liệu của nhà sản xuất không hề đề cập đến độ chính xác. Tìm hiểu ra thì đối với 1 nhà sản xuất có tiếng, họ không ghi độ chính xác vì nguyên lý đo dạng màng của đâu đo pH có khá nhiều yếu tố mà nhà sản xuất không kiểm soat được. Mà 3 yếu tố chính gây ra sai số phép đo là do bản thân đầu đo pH tiếp xúc mới môi chất đo mà người sử dụng lắp đặt, bản thân độ ổn định, tính axit và bazo của môi chất trong quá trình sản xuất của người sử dụng, và cuối cùng là cách thức cân chỉnh và hiệu chuẩn của người sử dụng. Chính vì vậy, khi nói về độ chính xác trong trường hợp này, nhà sản xuất cần loại bỏ các yêu tố gây ra không đảm bảo mà họ không kiể soát được (do người sử dụng tạo ra), và chỉ cung cấp độ chính xác trong 1 điều kiện cụ thể mà thôi.

Vậy, nếu một kỹ sư đo lường khi sử dụng một thiết bị đo, mà bạn còn hoài nghi về giá trị đo mình đọc, tức là bạn không tin 100% vào con số mà thiết bị chỉ thị, hoặc khi bạn biết biến đo của bạn có quá nhiều tham số trong quá trình đo để ra kết quả đo cuối cùnghãy hỏi về độ không đảm bảo đo.

Người viết bài này đứng trên cái nhìn của một kỹ sư tự động hóa đo lường. Và thực sự khi viết về độ không đảm bảo, mức độ chắc chắn về bài này cũng chỉ là 2sigma tức 95% thôi, nên sẵn sàng đón nhận ý kiến chính xác để thông điệp và kiến thức trong bài viết có độ không đảm bảo là 0%.