Table of Contents
Metingen zijn fundamenteel voor elke menselijke activiteit, van handel tot wetenschap, maar ze hebben alleen zin en betekenis als iedereen ervan overtuigd is dat de resultaten niet zullen variëren wanneer men van instrument verandert, van persoon die het hanteert of van metingsparameter. Dat vertrouwen is een feit op gebieden zoals handel en mechanische productie. Iedereen verwacht zijn benzinetank met hetzelfde aantal liters te kunnen vullen, aan welke pomp dat ook gebeurt. Net zoals een fabrikant erop rekent dat onderdelen die in verschillende fabrieken in verschillende landen worden gemaakt, perfect in elkaar passen doordat de afmetingen voldoen aan de gevraagde speling. Dat vertrouwen berust niet op een soort onveranderlijkheid van goede meetinstrumenten, maar op twee essentiële elementen: de internationale reglementen en akkoorden en de verzekerde kwaliteit bij het meetproces.
Het is tot een gebruikelijke praktijk uitgegroeid om de kwaliteit van een meting kwantitatief te beoordelen via de aan het resultaat gekoppelde meetonzekerheid. Het vertrouwen in de waarde van de meting en van de eraan gekoppelde meetonzekerheid is gebaseerd op de herleidbaarheid van de meting. De herleidbaarheid van metingen vastleggen voor commerciële, industriële en wetenschappelijke noden is het doel van de metrologie. In de praktijk wordt de metrologische herleidbaarheid lokaal in stand gehouden en geleverd door een netwerk van nationale metrologische instituten (NMI). De internationale equivalentie wordt gecoördineerd door het Internationaal Bureau voor gewichten en maten.
De definitie van herleidbaarheid (en van andere metrologische termen) is te vinden in de Internationale Woordenlijst voor de Metrologie (VIM ): (vertaald) “eigenschap van een meetresultaat waardoor dit resultaat met een referentie kan worden verbonden via een ononderbroken en gedocumenteerde keten van ijkingen die elk bijdragen aan de meetonzekerheid”.
De eerste stap om tot herleidbaarheid te komen (figuur 1) is het vastleggen van een referentie die internationaal aanvaard wordt. Sinds in 1875 de Meterconventie werd ondertekend, worden de definities van eenheden en de praktische verwezenlijkingen ervan goedgekeurd door de Algemene conferentie over gewichten en maten (CGPM, naar de officiële Franse benaming). Alle leden en geassocieerden bij de Meterconventie (102 staten en geassocieerden in 2019) gaan er daardoor mee akkoord om deze referenties op nationaal niveau door te voeren. Die taak is toevertrouwd aan de nationale metrologische instituten. Ze houden de primaire meetstandaarden in stand, hetzij door een artefact (zoals de standaardkilogram) te bewaren dat regelmatig wordt vergeleken met een internationaal prototype, hetzij door een concrete handeling te stellen volgens een overeengekomen procedure, die een perfect bekende hoeveelheid zal produceren (bijvoorbeeld een seconde, gerealiseerd via de overgangsfrequentie van een cesiumatoom). Om het vertrouwen te behouden in de internationale equivalentie van de standaarden die in de staten worden aangehouden, vergelijken de metrologie-instituten ze onderling periodiek en publiceren zij kwantitatieve equivalentieverklaringen in de databank van het BIPM.
Het doel van de volgende schakel(s) in de keten is het overbrengen van de referentie van haar primaire realisatie naar de eindgebruikers, wat via opeenvolgende ijkingsverrichtingen gebeurt.
Alvorens men tot het uiteindelijk meetinstrument komt (een winkelweegschaal, een schuifmaat in een fabriek of de temperatuursensor in een weerstation), kunnen meerdere schakels vereist zijn. Het NMI ijkt een secundaire referentie, die wordt overgebracht naar een plaatselijk laboratorium. Het plaatselijk laboratorium vergelijkt die rechtstreeks met het instrument of zijn interne werkstandaard.
De tweede stap die over herleidbaarheid in de VIM-definitie staat, betreft het documenteren van de ononderbroken keten van vergelijkingen. Het vertrouwen in de meting is alleen mogelijk als de herleidbaarheid te allen tijde kan worden aangetoond. Het belang van vertrouwen bij handelstransacties en industrieel gebruik van maten heeft ertoe geleid dat er een tweede soort internationaal akkoord moest komen: de wederzijdse erkenning van ijkingscapaciteiten. Die erkenning berust op het toepassen van een kwaliteitssysteem in ijkingslaboratoria en op de onafhankelijke controle van die toepassing via accreditering. Accreditering volgens de norm ISO 17 025 garandeert niet alleen dat de ijkingsmethodes geëigend zijn en goed uitgevoerd worden, maar ook dat de herleidbaarheid gedocumenteerd is.
Dus om te voldoen aan de tweede vereiste in de definitie van herleidbaarheid moet de eindgebruiker zijn instrumenten laten ijken bij een NMI of bij een geaccrediteerd laboratorium, afhankelijk van de benodigde precisie.
De derde vereiste voor herleidbaarheid is het kwantificeren van de bijdrage van elke schakel in de keten aan de meetonzekerheid. Naarmate men verder afdaalt in de herleidbaarheidsketen (figuur 1), neemt de meetonzekerheid toe. Telkens wanneer een vergelijking met een nauwkeuriger meetstandaard plaatsvindt, gaat een beetje van het vertrouwen in de waarde van de overgebrachte hoeveelheid verloren. Bekijken we bijvoorbeeld een herleidbaarheidsschema voor een temperatuursensor, zoals in figuur 2: om de temperatuur herleidbaar te meten met een onzekerheid van 0,1 K, moeten vaste punten gerealiseerd worden met een onzekerheid tussen 0,25 mK en 0,6 mK. Dat onzekerheidsniveau is slechts beschikbaar op zeer beperkte temperatuurgamma's.
De VIM-definitie vermeldt een belangrijk aspect: de herleidbaarheid en de onzekerheid verwijzen naar een meetresultaat, niet naar een instrument. Bijgevolg is het gebruik van een geijkt instrument, dat via een ononderbroken en gedocumenteerde keten van vergelijkingen met een primaire referentie verbonden is, niet voldoende om de metrologische herleidbaarheid te verzekeren. De gebruikers van het geijkte instrument moeten uiteindelijk aantonen dat ze in staat zijn om het instrument zo te gebruiken dat het vertrouwen in de geijkte aanduidingen ervan op lange termijn behouden blijft, met andere woorden het bestaan van adequate validering, tussentijdse controles en onderhoudsprocedures.
Ten slotte en vooral is de gebruiker van instrumenten verantwoordelijk voor het inschatten van de totale meetonzekerheid. De factoren die een weerslag hebben op de gemeten waarde, zoals omgevingsveranderingen in vergelijking met de stabiele omstandigheden in het laboratorium waar het instrument werd geijkt, de afwijking in de tijd, de invloed van de persoon die ermee werkt, enz. moeten voor iedere meting gekwantificeerd (en gedocumenteerd) worden. De geschatte invloeden komen bovenop de waarde die het resultaat is van de laatste schakel van de ijkingsketen.
Even samenvatten. Een meting heeft metrologische herleidbaarheid indien:
- een intacte en gedocumenteerde keten van ijkingen het instrument verbindt met een internationaal erkende referentie;
- elke schakel van de keten onzekerheidsevaluaties omvat;
- de eindgebruiker over procedures beschikt om te verzekeren dat het instrument in de loop van de tijd geijkt blijft met de eraan gekoppelde onzekerheden;
- de factoren die de meting beïnvloeden gekwantificeerd zijn en een totale meetonzekerheid wordt berekend, gedocumenteerd en gerapporteerd met het resultaat.
Alleen onder die voorwaarden kan een meetresultaat worden vergeleken met een ander herleidbaar resultaat dat op een andere plaats of een ander tijdstip is gemeten.
