2. оценка неопределенности измерений понятие «неопределенность измерений»

Разработку концепции осуществляли международные организации: Международное бюро мер и весов (МБМВ), Международная электротехническая комиссия (МЭК), Международная федерация по клинической химии (МФКХ), Международной организацией по стандартизации (ИСО), Международный союз по чистой и прикладной физике (ИЮПАК), Международный союз по чистой и прикладной химии (ИЮПАК), Международная организация законодательной метрологии (МОЗМ). Под эгидой этих организаций был опубликован в 1993 г. документ «Руководство по выражению неопределенности в измерениях» (GUM), который сразу после издания приобрел статус неформального международного стандарта. Руководство внесло согласованность в оценивание точности результатов измерений в широкий спектр измерений в виде концепции неопределенности измерений.

Концепция неопределенности явилась результатом развития теоретической метрологии и в настоящее время наиболее полно отвечает современным требованиям технического прогресса и является единственной признанной на международном уровне мерой оценки точности.

Цели разработки руководства:

– обеспечить полную информацию о том, как составлять отчеты о неопределенностях;

– предоставить основу для международного сличения результатов измерений.

Принципы этого руководства предназначены для использования в широком спектре измерений и испытаний, включая те, которые требуются для поддержания контроля качества и обеспечения его в процессе производства; проведения фундаментальных и прикладных исследований в науке и технике; разработки, поддержания и сличения международных и национальных эталонов единиц физических величин, включая стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов.

Основными положениями руководства являются:

– отказ (по возможности) при изложении от использования понятий «погрешность» и «истинное значение измеряемой величины» в пользу понятий «неопределенность» и «оцененное значение измеряемой величины»;

– переход от деления (классификации) погрешностей по природе их появления на «случайные» и «систематические» к делению по способу оценивания неопределенностей измерений (по типу А – методами математической статистики и по типу В – другими методами).

Идейной основой замены термина «погрешность» на «неопределенность» является философское понимание того, что «истинное значение» непознаваемо и погрешность как базирующаяся на использовании истинного значения измеряемой величины теряет смысл. Новизну концепции авторы руководства видят в том, что «неопределенность» – мера сомнений, является неотъемлемой частью результата  измерения, тогда как погрешность часто трактуется как некоторая самодостаточная конкретная величина.

Неопределенность измерения трактуется в двух смыслах: широком и узком. В широком смысле «неопределенность» трактуется как «сомнение»: например: «когда все известные и предполагаемые составляющие поправки оценены и внесены, все еще остается неопределенность относительно истинности указанного результата, т. е. сомнение в том, насколько точно результат измерения представляет значение измеряемой величины». В узком смысле «неопределенность» – есть параметр, связанный с результатом измерений, который характеризует разброс значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Неопределенность может быть выражена средним квадратическим отклонением (стандартная неопределенность) или интервалом (расширенная неопределенность) и рассчитана по методу А (на основании ряда экспериментальных данных) или по методу В (на основании дополнительной информации).

Неопределенность является количественной мерой того, насколько надежной оценкой измеряемой величины является полученный результат. Неопределенность не означает сомнение в результате, а, наоборот, неопределенность предполагает увеличение степени достоверности результата.

Неопределенность является мерой:

– наших знаний о физической величине после измерений;

– качества измерений с точки зрения точности;

– надежности результата измерения.

Методика оценки неопределенности, представленная в GUM является одним из нескольких возможных подходов по оцениванию неопределенности.

В настоящее время выделяют три надежных способа (подхода) по количественной оценке неопределенности измерения:

1. Метод моделирования, изложенный в GUM, с применением закона распределения неопределенности;

2. Метод моделирования Монте-Карло (Приложения 1 к GUM);

3. Эмпирические методы, основанные на внутрилабораторном или межлабораторном исследовании выполнения методов измерений (испытаний).

Метод моделирования, основан на составлении модели зависимости измеряемой величины от всех влияющих величин, которые значительно воздействуют на измеряемую величину. В некоторых случаях метод моделирования недопустим по экономическим или другим причинам. В таких случаях могут использоваться другие альтернативные методы, дающие иногда более надежные результаты.

Метод Монте-Карло применим, когда модель не дифференцируема или сильно не линейна, а также когда распределение значительно отличается от нормального.

Эмпирические подходы, которые включают результаты внутрилабораторных или межлабораторных исследований, находят применение там, где нельзя применить метод моделирования и смоделировать вклады в неопределенность влияющих величин, а также когда имеется вся необходимая информация по межлабораторным или внутрилабораторным исследованиям для расчета неопределенности измерений.

Очень часто для оценки неопределенности необходимо применять комбинацию различных подходов. Например:

– При использовании метода моделирования модель обязательно включает члены, связанные со случайными факторами; такие составляющие обычно лучше оценивать с использованием данных по контролю качества измерений, контрольных карт или другого периодического контроля;

– Оценки неопределенности могут основываться на модели, включающей только те эффекты, которые рассматриваются как систематические за длительный период времени. Контрольные карты или другие данные по внутрилабораторной воспроизводимости могут использоваться для оценки вклада из-за случайных факторов;

– При применении эмпирического подхода и результатов оценки правильности и прецизионности для оценки неопределенности могут использоваться результаты межлабораторного или внутрилабораторного контроля. Для оценки неопределенности эталонного значения, которое применяется для оценки правильности метода, может потребоваться использование подхода моделирования.

– Если измеряемая величина включает отбор образцов, то эмпирические методы наиболее пригодны для оценивания составляющей изменчивости от отбора образцов. Заключительный процесс измерения исследуется методом моделирование или эмпирическим методом.