VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

В настоящее время введется множество споров о том, что термин «неопределенность измерений» пришел на смену термину «погрешность измерений». На самом деле понятие «погрешность» наиболее часто используется в России, когда другие развитые страны пользуются термином «неопределенность».

Данной проблеме посвящено значительное количество работ, выполняемых, в том числе учеными и магистрами кафедры «Метрология и системы качества» Пензенского государственного университета, что говорит об актуальности и значимости тематики.

Методы вычисления неопределенности, так же как и методы оценивания характеристик погрешности, базируются на основных понятиях классической метрологии, математической статистики и теории ошибок, к ним относятся: истинное значение измеряемой величины, точность измерения, абсолютная и относительная погрешности, доверительный интервал и т.д.[7]

Кроме того, математические (вероятностные) модели погрешностей, формирование доверительных границ (интервалов) и значения доверительных вероятностей в разных странах отличались друг от друга, что в основном и приводило к определенным трудностям при сопоставлении результатов измерений. Поэтому методы описания погрешности измерений в последнее время перестали по многим причинам удовлетворять ряду требований, предъявляемых к решаемым в теоретической метрологии задачам.[6]

Для устранения этих сложностей разработано «Руководство по выражению неопределенности измерения» (Guide to the expression of uncertainty in measurement; ISO/TAG - /WG3, GENEVA, June 1993), содержащее новую концепцию описания результатов измерений. Это сделано в концепции неопределенности. На основе «Руководства по выражению неопределенности измерения» Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации СНГ принял РМГ 43-2001 «ГСП. Применение Руководства по выражению неопределенности измерений».

Основными моментами Руководство можно выделить:

• во-первых, отказ, по возможности, при изложении от использования понятий «погрешность» и «истинное значение измеряемой величины» в пользу понятий «неопределенность» и «оцененное значение измеряемой величины»;

• во-вторых, переход от деления (классификации) погрешностей по природе их проявления на «случайные» и «систематические» к другому делению — по способу оценивания неопределенностей измерений (по типу А — методами математической статистики, и по типу В — другими методами).

Согласно [2], целью измерения является получение оценки истинного значения измеряемой величины, Понятие погрешности измерений, как разности между результатом измерений и истинным (действительным) значением измеряемой величины, используется для описания точности измерений в отечественных нормативных документах. Говоря об оценивании погрешности, в отечественной метрологической практике подразумевают оценивание ее характеристик.

Рисунок 1 – Оценивание погрешности в отечественной метрологической практике

В Руководстве для выражения точности измерений вводят понятие неопределенности измерений. Неопределенность измерений понимают как неполное знание значения измеряемой величины и для количественного выражения этой неполноты вводят распределение вероятностей возможных (обоснованно приписанных) значений измеряемой величины. Таким образом, параметр этого распределения (также называемый - неопределенность) количественно характеризует точность результата измерений.

Сходными для обоих подходов являются последовательности действий при оценивании характеристик погрешности и вычислении неопределенности измерений:

- анализ уравнения измерений; выявление всех источников погрешности (неопределенности) измерений и их количественное оценивание;

- введение поправок на систематические погрешности (эффекты), которые можно исключить.[2]

Методы вычисления неопределенности, также как и методы оценивания характеристик погрешности, заимствованы из математической статистики, однако при этом используются различные интерпретации закона распределения вероятностей случайной величины. Кроме изложенных в Руководстве и отечественных НД на практике используют и другие методы вычисления неопределенности и оценивания характеристик погрешности. Возможны различия между оценками характеристик погрешности (в соответствии с отечественными НД) и неопределенностями (в соответствии с Руководством).

Различие двух подходов проявляется также в практике неопределенности и характеристик погрешности, основанной на разных интерпретациях вероятности: частотной и субъективной. В частности, доверительные границы погрешности (отложенные от результата измерений) накрывают истинное значение измеряемой величины с заданной доверительной вероятностью (частотная интерпретация вероятности), В то же время аналогичный интервал (у-Up, у+U_j) трактуется в Руководстве как интервал, содержащий заданную долю распределения значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине (субъективная интерпретация вероятности).

В общем случае не существует однозначного соответствия между случайными погрешностями и неопределенностями, вычисленными по типу А (а также неисключенными систематическими погрешностями и неопределенностями, вычисленными по типу В). Деление на систематические и случайные погрешности обусловлено природой их возникновения и проявления в ходе измерительного эксперимента, а деление на неопределенности, вычисляемые по типу А и по типу В - методами их расчета.[2]

Вместе с тем можно отметить, что ряд используемых в действующей нормативно-технической документации характеристик погрешности по существу не отличаются от показателей неопределенности — это те же средние квадратические (стандартные) отклонения и доверительные границы (интервалы), но описанные другими словами. Имеющиеся различия связаны с терминологией, некоторыми особенностями расчета и т. д.

Переход к неопределенности вносит единообразие и четкий порядок в проблему описания и представления качества измерений.

Всем известно, что Руководство однозначно и быстро не заменит действующие национальные стандарты и нормативные документы РФ практически не используют понятия «неопределенность измерения», а ориентированы на устоявшийся подход, основанный на понятиях «погрешность» и «характеристики погрешности».

В последнее время усилился процесс интеграции Российской Федерации в международное сообщество, который требует гармонизации отечественных стандартов, в том числе в области метрологии и сертификации продукции, для устранения барьеров в торговом, промышленном и научном обмене и сотрудничестве. Поэтому при разработке новых редакций нормативных документов Российской Федерации рекомендации Руководства должны быть учтены. Изменения будут вводиться постепенно и в течение продолжительного времени. Возможно параллельное существование и использование действующих нормативных документов Российской Федерации и Руководства.[1]

Областями, в которых использование Руководства обязательно, в настоящий момент являются измерения, проводимые в процессе международных сличений исходных национальных эталонов, и оказание калибровочных услуг зарубежным организациям. При этом ряд рекомендаций по выражению неопределенности в измерении уже вошли в некоторые нормативные документы метрологических органов Российской Федерации (например, ГОСТ 8.563-96 и ГОСТ Р 8.000-2000). Кстати, пока концепция оценки неопределенности результата измерений не распространяется на вопросы, связанные с нормированием метрологических характеристик средств измерений.

Таким образом, исходные положения, методы расчетов и правила оценки погрешности и неопределенности сравнительно близки. Существенно отличаются только правила сложения составляющих (в сторону упрощения — закон распространения неопределенностей) и (частично) форма представления результатов.

Дискуссия по поводу концепции неопределенности и ее применения продолжается до сих пор как внутри страны, так и за рубежом. Однако следует напомнить известный в метрологии комментарий [6]: «Так же, как система единиц СИ, будучи системой практически универсального использования, привнесла согласованность во все научные и технические измерения, всемирное единство в оценке и выражении неопределенности измерения обеспечило бы должное понимание и правильное использование широкого спектра результатов измерений в науке, технике, промышленности и регулирующих актах».

Литература

1. Руководство по выражению неопределенности измерения (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement). Перевод с англ. под науч. ред. проф. Слаева В.А. ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, С.-Петербург, 1999. - 134 с.

2. РМГ 43-2001 «ГСИ. Применение Руководства по выражению неопределенности измерений».

3. РМГ 91-2009 ГСИ. Совместное использование понятий «погрешность измерений» и «неопределенность измерений». Общие принципы.

4. МИ 3281-2010 ГСИ. Оценка результатов измерений. Пояснения к «Руководству по выражению неопределенности измерений.

5. МИ 1317 -2004. ГСИ. Результаты измерений и характеристики погрешностей измерений. Формы представления. Способы использования при испытаниях образцов продукции и контроле их параметров.

6. Борисов Ю.И., Сигов А.С., Нефедов В.И. и др.; под ред. А.С. Сигова. Метрология, стандартизация и сертификация: учебник – 3-е изд. – М.: ФОРУМ, 2009. – 336 с.

7. Коваленко И.Н., Танкович Т.И. Оценивание погрешности и неопределенности измерений в лабораторной практике//http://conf.sfu-kras.ru/sites/mn2011/thesis/s9/s9_10.pdf

8. Экспериментальные методы исследований. Погрешности и неопределенности измерений: учебное пособие/ - Санкт-Петербург, 2006.

Код для цитирования: Скопировать