Khoảng đo thiết bị môi trường cho biết phạm vi sử dụng thế nào?

Ví dụ, một thiết bị được ghi khoảng đo khí CO từ 0 đến 100 ppm thì 0–100 ppm là vùng tham chiếu để đánh giá khả năng sử dụng của thiết bị cho phép đo đó. Tuy nhiên, muốn kết luận thiết bị có phù hợp với phép đo thực tế hay không còn phải xem thêm giới hạn phát hiện, độ chính xác hoặc độ không đảm bảo đo, điều kiện nhiệt độ – độ ẩm và yêu cầu của phương pháp đo.

Khoảng đo thiết bị môi trường thực chất cho biết điều gì?

Khoảng đo xác định vùng giá trị mà phép đo được thiết kế để hoạt động với các đặc tính đo lường đã quy định. Vì thế, hai đầu của khoảng đo tạo thành một “ranh giới sử dụng” cho từng đại lượng, không phải một con số chung cho toàn bộ thiết bị.

Chẳng hạn, một máy phân tích có thể có khoảng đo khí SO₂ khác với NO₂; cảm biến đo pH lại có khoảng đo theo thang pH; thiết bị đo độ dẫn điện có thể sử dụng một dải giá trị hoàn toàn khác. Khi đọc thông số, cần gắn khoảng đo với đúng đại lượng, đơn vị và phương pháp đo tương ứng.

Điểm quan trọng là giá trị nằm trong khoảng đo không tự động có nghĩa mọi phép đo đều có cùng chất lượng. Cùng một thiết bị, kết quả ở gần giữa dải có thể có đặc tính khác so với kết quả ở sát giới hạn dưới hoặc giới hạn trên. Bởi vậy, khoảng đo nên được xem cùng với độ không đảm bảo đo, độ lặp lại, độ tuyến tính và các điều kiện mà nhà sản xuất hoặc phương pháp quy định.

Vì sao khoảng đo liên quan trực tiếp đến độ tin cậy của kết quả?

Cốt lõi của khoảng đo nằm ở mối quan hệ giữa giá trị cần đo và khả năng phản hồi của hệ thống đo. Trong vùng làm việc đã xác định, tín hiệu từ cảm biến và hệ thống xử lý được kỳ vọng duy trì quan hệ đo lường phù hợp với đặc tính kỹ thuật đã công bố.

Khi giá trị tiến quá xa khỏi vùng này, thiết bị vẫn có thể hiển thị một con số nhưng ý nghĩa đo lường có thể thay đổi. Kết quả có thể không còn đáp ứng mức sai số, độ tuyến tính hoặc độ không đảm bảo đo mà phép đo yêu cầu.

Điều kiện môi trường cũng tham gia vào giới hạn này. Một thông số có thể được công bố trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm nhất định; khi đo ngoài điều kiện đó, đặc tính của cảm biến hoặc mối quan hệ đã xác lập qua hiệu chuẩn có thể không còn được bảo toàn ở cùng mức.

Vì vậy, có thể hiểu theo chuỗi:

Giá trị cần đo → nằm trong khoảng đo → đáp ứng điều kiện vận hành → đạt đặc tính đo lường yêu cầu → kết quả mới có giá trị sử dụng phù hợp

Khoảng đo vì thế không đứng độc lập với độ tin cậy. Nó là một phần của điều kiện để đánh giá liệu kết quả đo có thể được sử dụng cho mục đích cụ thể hay không.

Vì sao nằm trong khoảng đo vẫn chưa đủ để kết luận thiết bị phù hợp?

Một trong những nhầm lẫn phổ biến nhất là xem khoảng đo như toàn bộ năng lực đo của thiết bị. Thực tế, một phép đo còn chịu ảnh hưởng của nhiều giới hạn khác nhau.

Trước hết là giới hạn phát hiện. Đây là khả năng nhận biết sự hiện diện của đại lượng ở mức rất thấp, không đồng nghĩa với giới hạn dưới của khoảng đo. VIM cũng lưu ý không nên nhầm giới hạn dưới của khoảng đo với giới hạn phát hiện. Một thiết bị có thể phát hiện tín hiệu rất thấp nhưng chưa chắc định lượng giá trị đó với độ không đảm bảo đo đáp ứng yêu cầu.

Tiếp theo là độ phân giải. Nếu thiết bị hiển thị đến 0,1 ppm, điều đó cho biết mức thay đổi nhỏ nhất mà hệ thống có thể chỉ thị theo cách quy định; nó không có nghĩa thiết bị đạt độ chính xác 0,1 ppm.

Độ chính xác hoặc độ không đảm bảo đo lại trả lời câu hỏi khác: kết quả đo có gần giá trị tham chiếu đến mức nào và mức bất định của kết quả là bao nhiêu.

Có thể hình dung ba khái niệm như sau:

Do đó, chọn thiết bị chỉ dựa trên câu “dải đo càng rộng càng tốt” có thể dẫn đến đánh giá sai.

Chọn khoảng đo thế nào để phù hợp với phép phân tích môi trường?

Khoảng đo phù hợp phải được xác định từ giá trị thực tế cần đo, không phải từ kích thước khoảng đo càng lớn càng tốt.

Trước tiên cần xác định đại lượng và khoảng nồng độ dự kiến. Ví dụ, nếu nhiệm vụ là theo dõi một chất ô nhiễm thường xuyên ở vùng nồng độ thấp, thiết bị có khoảng đo cực rộng nhưng phần thấp của dải không đáp ứng được yêu cầu về độ không đảm bảo đo có thể kém phù hợp hơn một thiết bị có dải hẹp hơn nhưng được tối ưu cho vùng cần quan trắc.

Sau đó cần đối chiếu ít nhất bốn lớp thông tin:

1.    Giá trị dự kiến của mẫu hoặc môi trường cần đo

2.    Khoảng đo được công bố cho đúng chất hoặc đại lượng

3.    Giới hạn phát hiện và đặc tính định lượng ở vùng thấp

4.    Điều kiện vận hành, phương pháp đo và yêu cầu về độ chính xác

Ví dụ, với một thiết bị giả định có khoảng đo 0–100 ppm, mẫu thường xuyên dao động quanh 80–90 ppm thì việc thiết bị có “đo được” 90 ppm chưa đủ. Cần kiểm tra xem ở vùng gần giới hạn trên, độ tuyến tính, độ không đảm bảo đo và các tiêu chí hiệu năng có còn đáp ứng mục đích sử dụng hay không.

Ngược lại, nếu mẫu thường xuyên chỉ ở mức rất thấp, cần đặc biệt quan tâm vùng gần giới hạn dưới thay vì chỉ nhìn vào con số 100 ppm ở đầu trên.

Những sai lầm thường gặp khi đọc khoảng đo thiết bị môi trường

Coi giới hạn hiển thị là giới hạn đo tin cậy. Thiết bị có thể hiển thị một giá trị ngoài vùng được đặc tính hóa, nhưng điều đó không đồng nghĩa giá trị đó đạt yêu cầu đo lường

Đồng nhất khoảng đo với giới hạn phát hiện. Hai thông số trả lời hai câu hỏi khác nhau; giới hạn dưới của khoảng đo không nên được dùng như một cách gọi khác của giới hạn phát hiện

Chọn khoảng đo càng rộng càng tốt. Dải rộng có thể hữu ích khi nồng độ biến động lớn, nhưng không tự động mang lại hiệu năng tốt hơn ở vùng nồng độ cần quan tâm

Bỏ qua điều kiện vận hành. Nhiệt độ, độ ẩm, thành phần nền mẫu và các điều kiện khác có thể ảnh hưởng đến đặc tính của phép đo nếu nằm ngoài điều kiện quy định

Chỉ nhìn một con số trong datasheet. Khoảng đo cần được đọc cùng đơn vị, đại lượng đo, độ chính xác hoặc độ không đảm bảo đo, độ phân giải, giới hạn phát hiện và điều kiện áp dụng

Không xem khoảng đo theo từng kênh hoặc từng chất. Một thiết bị phân tích nhiều thông số có thể có khoảng đo khác nhau cho từng chất, từng cảm biến hoặc từng phương pháp đo

Vì vậy, khoảng đo thiết bị môi trường cho biết vùng giá trị mà thiết bị được đặc tính hóa để thực hiện phép đo theo các điều kiện và yêu cầu đo lường đã xác định. Ý nghĩa thực tế của thông số này không nằm ở việc dải đo rộng đến đâu, mà ở việc dải đó có bao phủ vùng giá trị cần phân tích và vẫn đáp ứng yêu cầu về chất lượng kết quả hay không.

Khi đánh giá một thiết bị, nên đọc khoảng đo cùng với giới hạn phát hiện, độ phân giải, độ chính xác hoặc độ không đảm bảo đo và điều kiện vận hành. Đặc biệt, không nên dùng giới hạn dưới của khoảng đo để thay thế cho giới hạn phát hiện.