1) 측정불확도의 의미

'uncertainty'사전에서 표시되는 단어적인 의미는 반신반의, 불확정, 불확실성, 믿을수 없음을 등으로
해석되어진다. 이러한 사전적인 의미에서의 불확도를 명확히 이해하고 정량화한다는 것은 불분명한
것을 확실하게 한다는 것으로 엄밀하게 모순이다. 따라서 용어에서 느껴지는 난해함으로 인하여
용도의 중요성이나 실용적인 필요성에 앞서서 매우 어렵다는 느낌을 떨굴 수 없다.

그러나 측정불확도(measurement uncertainty) 또는 시험결과의 불확도(uncertainty of a test result)
라는 한정된 기술적 의미에서 불확도라는 용어가 사용되어지면 측정되어진 물리량으로부터
합법적으로 기인하는 범위값으로 정의되는 특정한 의미를 갖게 된다.

전 신뢰수준(confidence level) 에서 실제적으로 놓여질 구간을 추정하게 되며, 역으로 풀이하면
측정된 대표값이 틀려질 수도 있는 범위를 나타내게 된다. 이렇게 측정불확도가 정밀측정의 결과를
올바르게 활용하는데 중요한 척도가 된다면 충분한 이해와 함께 용이한 현장적용기법이 마련되어야 한다.

오늘날과 같은 첨단 과학 문명시대에도 측정대상의 참값은 영원히 알 수 없는 값으로 이해되오 있다.
따라서 모든 측정에서의 오차 결정은 불확실한 부분이 상존한다.
문제의 초점은 불확실한 것을 완전히 극복할 수는 없으나, 불확실한 정도의 크기를 적절한 기법을
사용하면 추정할 수 있으며 추정된 측정불확도의 크기가 측정결과를 이용한 의사결정에 심각한 영향을
미치는지의 여부를 판단할 수 있다는 것이다. 즉, 측정결과의 활용가능성여부는 판정 되어진다고 해도
과언이 아니다.

우리는 '측정결과는 얼마나 믿을 수 있는가?' 하는 의문에 너무나도 무관심해 왔던 것이 사실이다.
측정환경이 바뀌거나, 간이적인 측정방법을 사용하거나, 측정기술의 숙지정도가 미흡하거나 하면
측정결과의 신뢰성이 저하된다는 것은 누구나 경험적으로 이해하고 있다.
그러나 이러한 사실을 인지하면서도 저하된 신뢰성에 대한 또는 측정결과의 활용 유용성에
매한 평가는 등안시해 왔다.

1980년대 말부터 ISO 9000 품질인증이 국제적으로 보편화되면서 우리나라에서도 측정불확도에 대한
관심이 급속히 확산되었고 이제는 정밀측정 분야 종사자들에게는 벌써 낮익은 용어가 되어가고 있다.
측정결과의 신뢰성, 또는 측정 불확도가 측정결과의 유용성을 판단하는 중요하고 효율적인 척도를
대체해 나가고 있다.

국제적으로도 혼란한 상태로 남아있던 측정불확도의 평가방법이 1993년부터 국제적으로 통일된 방법이
정리되면서 이제는 활용 가능한 수단이 정착되기에 이르렀다.


2) 측정불확도의 용어

측정불확도의 가장 중요한 기능은 측정결과의 품질을 정량적인 수치로 표시할 수 있다
따라서 측정불확도는 '측정되어지는 물리량을 얼마나 잘 나타냈는가:'하는 의문에 적절한
해답을 제공한다.

때때로 측정결과는 규격이나 규정에 명시된 허용오차와 비교되어지는 경우가 많으며 이 경우
측정불확도에 대한 정보는 측정결과가 수용할 수 있는 범위 내에서 적합한지의 여부를 판정하여 준다.
많은 경우에 있어서 측정결과가 허용 한계에 매우 근접하는 경우가 발생하게 되고 확률적인 의미에서
허용공차를 초과할 위험성에 직면하게 되며 이 때에는 반드시 측정불확도에 대한 고려가 필요하다.

'측정불확도가 무엇인가?' 또는 '어떻게 사용되는가'를 쉽게 이해하기 위하여 산업현장에서 늘 접하게
되는 예를 들어보기로 한다.

10.00mm크기의 정밀 기계부품을 가공하는데 ±0.01mm 의 오차 이내로 제작하여야만 한다는 측정결과는
가공된 부품이 10.00mm를 기준으로 ±0.01mm를 초과하는지 또는 그렇지 않은지를 평가할 수 있어야
하며 측정불확도는 ±0.01mm라는 판단기준에 영향을 미치지 않을 정도로 작아야만 측정결과를
활용할 수 있다. 측정기기의 교정검사 경과 9.99mm라는 대표값을 얻었다면 가공된 부품은 제작
허용공차 이내로 겨우 들어오게 되고 따라서 공정검사시 합격 부품으로 판별된다.

그러나 이 부품은 확률적인 의미에서 불량이 될 확률은 50%나 되며 그림1에서 빗금친 부분이 불량이
합격품으로 처리될 확률을 나타내며 이를 false accept risk라 한다.

만약 측정이라는 판단 수단에 의한 불량을 최소한으로 제거하려고 한다면 이러한 측정값이 필연적으로
동반하고 있는 측정불확도를 반드시 고려하여야만 한다. 실제로 이 예의 경우에 있어서는
측정의 대표값이 10.00±0.01mm이내에 들어가야만 하는 것 이외에 측정불확도의 크기가 허용공차보다
기본적으로 작아야 하는 조건을 만족하면서 측정값이 10.00mm ±(허용공차- 측정불확도) 이내에
들어야만 불량이 발생할 확률을 최소화할 수 있다.

따라서 이상적인 측정결과와 측정불확도의 관계는 가장 잘 맞는 값은 대표값이며 이 값은 특정확률
(예: 95.5%)로 아무리 틀려도 허용공차를 넘지 않는다고 간주할 수 있게 된다.


3) 측정불확도의 관리

측정불확도는 오차를 얼마나 잘 평가하고 불확실한 성분을 최소화 하는가에 따라 그 크기가 달라질
수 있다. 오차의 발생 요인을 적절히 제어하고 측정환경 등을 개선하면 전체 오차의 크기는 작아지며,
분명하게 확인된 오차는 조정, 보정 등을 통해 제거 시킬 수 있다.

그러나 아무리 면밀히 오차를 평가하여도 완전하지는 못하며 여전히 불분명한 성분이 남게 된다.
따라서 측정불확도는 사용하는 측정기의 기능, 교정검사시 교정불확도, 측정환경 등에 따라 서로
다르게 산출되어지며, 적절한 크기로 관리할 필요가 있다.

측정불확도의 크기는 작으면 작을수록 측정결과의 활용성이 커지나 반면에 세심한 주의와 시간,
경비를 동반하므로 필요한 수준에 따라 적절한 크기로 관리 되어져야 한다.


4) 측정결과의 표현에 관한 국제적 동향

유럽공동체의 규격 EM 45000시리즈의 요건에 따라 운영되는 교정/시험검사기 관인중 제도에서는
공인 기관들은 반드시 교정/시험 결과를 표현할 때 측정불확도를 함께 기술하도록 의무화하고
관련한 각종 인증제도에서도 측정불확도를 명확히 이해하고 품질보증 활동에 적용토록 하고 있다.
국제적으로 특히 인증에 관한 측면에서 다각도로 측정불확도의 관리가 강력히 요구되는 추세이나
공인 기관들이 실제적으로 적용할 수 있는 평가방법에 관해 출간된 지침들은 다소 불완전하다.

1993년 ISO가 발간하고 관련 주요 국제기구들이 공동으로 승인 보증한
'Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement' 는 대부분의 관련기관에서 새로운
지침으로 수용되고 있으며, 이 지침은 매우 설득력 있는 유용한 지침으로 평가되어
서유럽교정검사협력기구(WECC: Western European Calibration Cooperation),
유럽교정시험기관공인협력기구(EAL: European Cooperation for Accreditation of Laboratories),
영국 공인 기관(UKAS: United Kingdom Accreditation Service),
미국 국립표준기술원(NIST: National Institute of standards and Technology)등에서 실무치침
개발의 기초자료로 활용되었다.

ISO의 문서가 국제적으로 준용되는 유력한 지침이라고 하더라도 모든 측정분야에 일반적으로
적용될 수 있는 기준으로 개발되어졌기 때문에 특정분야에서는 별도의 보완이 요구된다.
특히, 다양한 시험검사 분야에서는 아직도 충분히 정리된 지침이 마련되지 못하고 있다.

예를 들어 인장강도실험 등 파괴시험에서는 동일 시료에 대한 반복측정이 불가능하며 기술적으로
샘플 특성의 동질성이 어느 정도 보장되는 다수의 샘플 활용이 가능하다고 하더라도 과다한 비용발생,
샘플간의 고유 물리량의 편차에 의한 추가적인 불확도를 동반하기 때문에 실제로 시험을 반복한
기회가 제한되는 것이 사실이다.

이렇듯 ISO의 지침이 모든 문제점을 해소할 수는 없다고 하더라도 기본적인 접근방법은 보편성과
적합성이 충분히 인정되고, 따라서 국제적인 통일 지침으로 준용될 전망이다.

ISO의 지침에서는 불확도는 참값이 존재하는 범위의 추정값으로 표현하고 있으며, 종래에 사용하던
오차라는 용어를 단독으로 사용하지 말도록 권고하고 있다. 오차는 참값과 측정값의 차이로 평가되기
때문에 측정값의 재현성에 따라 달라지며, 실제로 참값은 알 수가 없는 값이기 때문에
오차를 구할 수 없기 때문이다. 따라서 측정자가 실제로 구하게 되는 것은 참값과 측정값의
대표값과 이들 대표값들이 존재할 수 있는 범위가 된다.

결론적으로 측정결과의 표현에 관한 국제적인 추세에는 측정오차만으로는 측정결과를 올바르게
표현할 수 없다는 관점이 지배적이고 따라서 측정 불확도의 표시가 반드시 동반되어야 한다는 것이다.
또한 과거에 많이 사용되었던 오차의 한계, 또는 측정데이터의 표준편차의 제공 등의 한정된
수단 만으로는 사용자의 올바를 측정결과의 활용을 기대할 수 없으며, 측정불확도가 이들의 단점을
적절히 보완해 줄 것으로 믿고 있다.

출처 : Measinfo