Viisi asiaa, joilla mittausten luotettavuus varmistetaan

Blogit
Martti Heinonen
thermometers

Sain lahjaksi digitaalisen kuumemittarin, jonka käyttö vaikutti helpolta, nopealta ja luotettavalta. Olin kiitollinen lahjasta, sillä sen myötä saatoin siirtää hyvin palvelleen lasisen elohopealämpömittarini pois käytöstä. Enää minun ei tarvitsisi pelätä lasin rikkoutumista ja terveydelle haitallisen elohopean leviämistä lattialle pieninä palloina. Seuraavan flunssan tullessa otin uuden mittarin käyttöön. Kuumeen tunteesta huolimatta mittari näytti minulle aivan normaalia kehon lämpötilaa. Uusiessani mittauksen sain vähän eri lukemia, mutta aina mielestäni liian alhaisia. 

Mihin minun siis olisi pitänyt uskoa? Oliko minun mittareissani tai tavassani mitata jotain vikaa vai oliko kuumeen tuntemukseni väärä? Saattoivatko minussa vaikuttavilla fysiologisilla tai jopa psyykkisillä tekijöillä olla vaikutusta mittaustulokseen?   

Näihin samanlaisiin kysymyksiin törmätään kaikissa mittauksissa – ei vain terveyteemme liittyen vaan ihan kaikkialla: Jos emme tiedä, missä määrin voimme mittaustulokseen luottaa, emme voi kunnolla arvioida miten siihen pitäisi reagoida. 

Teollisuudessa prosessien ohjaus perustuu siihen, että mittausten luotettavuus pysyy suunnitellussa tasossa. Yksittäisinä kuluttajina vältymme maksamasta ylihintaa painon mukaan myytävistä tuotteista, koska kauppojen vaa’at ovat lakisääteisen laadunvarmennuksen piirissä.

Luotettavuuden varmistaminen on siis tärkeä osa mittaustoimintaa, mutta miten se tehdään? Vastaus riippuu tarkasteltavasta mittauskohteesta, mutta yhteistä niille on viisi asiaa, joita valotan seuraavassa kuumemittariesimerkkini avulla:

1. Vertailu tunnettuun referenssiin

Tämä kalibroinniksi kutsuttu toimenpide on olennainen osa mittalaitteiden määräaikaista huoltoa kaikkialla teollisuudessa. Siinä referenssilaitteen avulla määritetään mittalaitteen näyttämä virhe. Minunkin ensimmäinen toimenpiteeni oli mitata kuume vuorotellen uudella ja vanhalla mittarilla. Vanha lasilämpömittarini näytti, että minulla olisi kuumetta, mutta mistä saatoin tietää, kuinka tarkasti vanha mittari näyttää oikeaa lämpötilaa? 

Kotikonstein voidaan kohtalaisen helposti saada jonkinlainen referenssilämpötila aikaiseksi veden ja jään sekoituksesta (0 °C) tai kiehuttamalla vettä (100 °C), mutta nämä kummatkin olivat aivan liian kaukana kuumemittarilla mitattavista lämpötiloista. Niinpä minulle jäi ainoaksi mahdollisuudeksi se sama, jota käytetään ammattimaisessa mittausten laadunvarmennuksessa eli kalibrointipalvelua tarjoava laboratorio. 

Suomessa yritysasiakkaita palvelee useita kalibrointeja tarjoavia laboratorioita. Tarkimmat referenssit eli mittanormaalit löytyvät VTT MIKESistä, joka kalibroi puolestaan muiden kalibrointilaboratorioiden referenssimittareita. 

2. Virhetekijöiden arviointi

Kaikkiin mittauksiin vaikuttaa monia erisuuruisia virhetekijöitä. Minun tapauksessani jo toistamalla mittauksen useamman kerran samalla muuttaen hieman mittarin asentoa kainalossa saatoin todeta, että mittaustavasta aiheutuvat virheet olivat uudella mittarilla merkittävämpiä kuin vanhalla. Kuumeen mittaukseen vaikuttaa myös muun muassa henkilön aktiivisuus ja ruokailu ennen mittauksia. 

Saadaksemme käsityksen mittaustuloksen luotettavuudesta, meidän täytyy arvioida virhetekijät, jotka vaikuttavat mittauskohteessa (tässä tapauksessa kehon lämpötila), mittausmenetelmässä (mittaus kainalosta, mittauksen ajallinen pituus jne.), mittalaitteessa (kuumemittari), mittausolosuhteissa (ympäristön lämpötila) ja mittaajan osaamisessa (esimerkiksi lasilämpömittarin luenta). Myös referenssiä vasten tehtävän vertailu pitää ottaa huomioon. 

Näiden kaikkien virhetekijöiden perusteella voidaan tehdä tilastollinen arvio mittausepävarmuudesta. Tämä lukuarvo kertoo mittaustuloksen luotettavuuden vähän samaan tapaan kuin nykyään ilmoitetaan mielipidekyselyn virhemarginaali. Mittaustulos ilman arviota sen luotettavuudesta eli mittausepävarmuudesta on paljolti käyttökelvoton, koska hyvin epäluotettava tulos voi ohjata päätöksen tekoa väärään suuntaan. 
 

3. Osaamisen varmistaminen

Mittaamisessa tulos riippuu paljolti suorittajan ja tuloksen arvioijan osaamisesta. Tätä riippuvuutta pyritään usein pienentämään käyttämällä standardoituja menetelmiä ja lisäämällä automaatiota. Tällöin osaamiseen liittyvän laadunvarmistuksen painopiste siirtyy menetelmien soveltamiseen ja automaatiojärjestelmien validointiin. Edellä kuvattu virhelähteiden arviointi on yksi tärkeä mittauksiin liittyvä osaamisalue. 

Minun kuumemittaritapauksessani uusi digitaalimittari poisti minun vaikutukseni mittauksen ajalliseen kestoon sekä lasilämpömittarin luentaan liittyvän virhemahdollisuuden. Sen sijaan uuden mittarin myötä tuntui korostuvan osaaminen, joka liittyi mittarin oikeanlaiseen laittamiseen kainaloon. 
 

4. Dokumentointi

Rikostutkinnassa tai vaikkapa vain sisarusten välisissä muisteluissa tulee usein esille. kuinka eri tavalla eri ihmiset muistavat saman asian ja kuinka usein unohdamme monen asian kokonaan. Kun mittauksessa tai mittaustuloksissa ilmenee ongelmia tai parannettavaa, ratkaisujen ja parannuskohteiden löytäminen on usein mahdotonta tai ainakin hyvin vaivalloista, jos mittaustuloksia ja mittaukseen käytettyä menetelmiä ei ole dokumentoitu. Minäkin huomasin tarpeelliseksi kirjata tulokset ylös, kun tein kuumemittarien vertailua. 

5. Perustana kansainvälisesti hyväksytyt mittayksiköt

Mittausten luotettavuuden perustana on kansainvälisesti hyväksytyt mittayksiköt. Tätä varten VTT MIKES ja muut metrologiainstituutit eri puolilla maailmaa ylläpitävät ja kehittävät SI-mittayksikköjärjestelmää. Minkä tahansa mittauksen luotettavuus varmistetaan metrologisella jäljitettävyydellä eli katkeamattomalla vertailujen ketjulla mittalaitteesta mittayksikön määritelmän mukaiseen toteutukseen jossakin metrologiainstituutissa. 

Minun kuumemittarini tapauksessa vertailuketju alkoi, kun vertasin sitä lasilämpömittariini. Sitten vein lasilämpömittarin VTT MIKESin lämpötilalaboratorioon. Siellä sitä verrattiin digitaaliseen referenssimittariin, jota säännöllisesti verrataan tarkempiin referenssimittareihin. Kalibrointiketju päätyi lopulta VTT MIKESissä ylläpidettävään lämpötilan kansalliseen mittanormaaliin eli referenssilaitteistoon, jolla määritetään lämpötila perustuen kansainvälisesti sovittuun lämpötilayksikön määritelmään. Kannattaa huomata, että jos yhdessäkin vaiheessa kalibrointiketjua ei varmisteta ja dokumentoida mittauksen luotettavuutta edellä esitetyllä tavalla, ketju katkeaa eikä jäljitettävyyttä ole.

Torstai 20.5. on maailman metrologiapäivä, jonka tämänvuotinen teema keskittyy terveydenhuollon mittauksiin. Yllä esitetyt viisi asiaa ovat avainasemassa näiden mittausten varmentamisessa ja siten meidän kaikkien turvallisuuden takaamisessa. Riippumatonta arviointia (akkreditointi) käytetään sekä terveydenhuollon sektorilla, että laajemmin teollisuudessa osoittamaan näiden toteutuminen. Koronaviruspandemia on tuonut vahvasti esille terveydenhuollon mittausten merkityksen. Monenlaiset uudet analyysimenetelmät ja esimerkiksi kotidiagnostiikan menetelmien kehittyminen tuovat uusia haasteita mittausten laadunvarmennukseen. 

Lopuksi todettakoon, että minun uusi kuumemittarini osoittautui näyttävän liian alhaista lukemaa, ja kun sitä vähän aukaisin ja tutkin, löysin siitä viankin…
 

Jaa
Martti Heinonen

Martti Heinonen

Vice President
Tutkimusosaaminen