МОДУЛЬ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ

МОДУЛЬ 4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ. ПОНЯТИЕ О КАЧЕСТВЕ ИЗМЕРЕНИЙ

В отличие от геометрии, социометрии, антропометрии, и квалиметрии (последняя имеет наиболее широкий набор объектов оценки), метрология занимается измерениями физических величин. Потому мы не будем рассматривать получение экспертных оценок, а сосредоточимся только на измерениях тех параметров, которые подлежат объективной оценке с использованием средств измерений. Такие параметры в большинстве представляют собой физические величины, а их экспериментальные оценки называют аппаратурными или инструментальными в отличие от экспертных (органолептических) оценок, при получении которых инструментарием являются чувства человека.

(Из отмененного ГОСТ 16263 –70: Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств).

Основное уравнение измерения физической величины можно записать в виде

Q = Nq,

где Q – измеряемая физическая величина;

Из уравнения измерения следует, что в основе любого измерения лежит сравнение исследуемой физической величины с аналогичной величиной определенного размера, принятой за единицу, что обеспечивает нахождение соотношения только в явном виде. Суть измерения состоит в определении числового значения физической величины. Этот процесс называют измерительным преобразованием, подчеркивая связь измеряемой физической величины с полученным числом. Можно представить однократное преобразование или цепочку преобразований измеряемой физической величины в иную величину, но конечной целью преобразования является получение числа (рисунок 4.1).

Более строго измерение можно представить как получение первичной информации о физической величине и такое ее преобразование, с помощью которого определяют соотношение измеряемой физической величины и единицы этой величины. Измерительное преобразование всегда осуществляется с использованием некоторого физического закона или эффекта, который рассматривают как принцип, положенный в основу измерения (измерительного преобразования).



Принцип измерений – физическое явление или эффект, положенное в основу измерений (РМГ 29 – 99).

(Из ГОСТ 16263 –70: Принцип измерений – совокупность физических явлений, на которых основаны измерения).

Как примеры можно рассмотреть измерение температуры с помощью термопары (использование термоэлектрического эффекта), измерение массы взвешиванием на пружинных весах (определение искомой массы по пропорциональной ей силы тяжести, основанное на принципе пропорционального упругого растяжения).

Из примеров видно, что фактически принципы измерений определяются принципами, заложенными в использованные средства измерений. Поскольку принципы измерений связаны с измерительными преобразованиями, то можно говорить о средствах измерений, построенных на определенных принципах преобразования измерительной информации с помощью механических, оптических, электрических, пневматических, гидравлических, магнитных и других устройств (преобразователей). В сложных средствах измерений используют комбинированные принципы, включающих два и более конкретных принципа преобразования, например оптико-механические приборы, фотоэлектрические приборы, электромагнитные приборы и ряд других.

Для систематизации подхода к измерению, для выявления и оценки погрешностей, прежде всего, необходимо классифицировать сами измерения.

Классификация измерений

РМГ 29 – 99 вводит понятие область измерений – совокупность измерений физических величин, свойственных какой-либо области науки или техники и выделяющихся своей спецификой. В соответствии с определением выделяют ряд областей измерений: механические измерения, магнитные, акустические измерения, измерения ионизирующих излучений и др.

Такое истолкование видов и особенно подвидов измерений малоэффективно и не очень корректно – подвиды измерений фактически не определены, и неудачные примеры это подтверждают. Так толщины пленок могут быть от десятых долей микрометра до десятых миллиметра, что соответствует различиям на три порядка, требующим существенно различающихся подходов к измерениям – объединение их в один подвид нерационально.

Более широкая трактовка видов измерений (с использованием различных оснований классификации) позволяет отнести к ним также приведенные в том же документе, но не сформированные в классификационные группы измерения, характеризуемые следующими альтернативными парами терминов:

• 
  прямые и косвенные измерения,
  
• 
  совокупные и совместные измерения,
  
• 
  абсолютные и относительные измерения,
  
• 
  однократные и многократные измерения,
  
• 
  статические и динамические измерения,
  
• 
  равноточные и неравноточные измерения.
  

В ходе прямых измерений искомое значение величины определяют непосредственно по устройству отображения измерительной информации применяемого средства измерений. Формально без учета погрешности измерения они могут быть описаны выражением

где Q – измеряемая величина,

При косвенных измерениях искомое значение величины рассчитывают на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, подвергаемыми прямым измерениям. Формальная запись такого измерения

где X, Y, Z,… – результаты прямых измерений.

Принципиальной особенностью косвенных измерений является необходимость обработки (преобразования) результатов вне прибора (на бумаге, с помощью калькулятора или компьютера), в противоположность прямым измерениям, при которых прибор выдает готовый результат. Классическими примерами косвенных измерений можно считать нахождение значения угла треугольника по измеренным длинам сторон, определение площади треугольника или другой геометрической фигуры и т.п. Один из наиболее часто встречающихся случаев применения косвенных измерений – определение плотности материала твердого тела. Например, плотность ρ тела цилиндрической формы определяют по результатам прямых измерений массы т, высоты h и диаметра цилиндра d, связанных с плотностью уравнением

ρ = т/0,25π d² h

С различением прямых и косвенных измерений связаны многочисленные дискуссии и ряд недоразумений. Например, споры о том, являются ли косвенными измерения радиального биения (b = Rmax – Rmin) или высоты детали при настройке прибора на отличное от нулевого деление. Некоторые метрологи отказываются от признания косвенных измерений как таковых («существуют только прямые измерения, а все остальное – математическая обработка результатов»). Можно предложить компромиссное решение: признать за косвенными измерениями право на существование, поскольку специфика математической обработки результатов таких измерений и оценки их погрешностей никем не оспаривается.

Прямые и косвенные измерения характеризуют измерения некоторой конкретной одиночной физической величины. Измерение любого множества физических величин классифицируется в соответствии с однородностью (или неоднородностью) измеряемых величин. На этом и построено различение совокупных и совместных измерений.

Совокупные измерения – проводимые одновременно измерения нескольких одноименных величин, при которых искомые значения величин определяют путем решения системы уравнений, получаемых при измерениях этих величин в различных сочетаниях.

Приведенный пример – определение значений массы отдельных гирь набора по известному значению массы одной из гирь и по результатам измерений (сравнений) масс различных сочетаний гирь подтверждает, что определению соответствуют не измерения, а специальные исследования, направленные на поиск погрешностей ряда мер массы.

Реально к совокупным измерениям следует отнести те, при которых осуществляется измерение нескольких одноименных величин, например, длин L₁, L₂, L₃ и т.д. Подобные измерения выполняют на специальных устройствах (измерительных установках) для одновременного измерения ряда геометрических параметров валов.

Совместные измерения – проводимые одновременно измерения двух или нескольких неодноименных величин для определения зависимости между ними. В качестве примера можно рассмотреть одновременные измерения длин и температур для нахождения температурного коэффициента линейного расширения. В более узкой трактовке совместные измерения подразумевают измерение нескольких неодноименных величин (X, Y, Z и т.д.). Примерами таких измерений могут быть комплексные измерения электрических, силовых и термодинамических параметров электродвигателя, а также измерения параметров движения и состояния транспортного средства (скорость, запас горючего, температура двигателя и др.).

Для отображения результатов, получаемых при измерениях, могут быть использованы разные оценочные шкалы, в том числе градуированные в единицах измеряемой физической величины, либо в некоторых относительных единицах, в том числе и в неименованных. В соответствии с этим принято различать абсолютные и относительные измерения.

Это крайне неудачное определение сопровождается соответствующим примером (измерение силы F = mg основано на измерении основной величины – массы m и использовании физической постоянной g в точке измерения массы), который подтверждает нелепость предложенной трактовки. В примечании сказано, что понятие абсолютное измерение применяется как противоположное понятию относительное измерение и рассматривается как измерение величины в ее единицах, и что именно такое понимание находит все большее и большее применение в метрологии. Именно эту трактовку имеет смысл использовать для данных альтернативных видов измерений.

По числу повторных измерений одной и той же величины различают однократные и многократные измерения. Однократное измерение – измерение, выполненное один раз.

Пример не выдерживает критики, поскольку повторные измерения одного отрезка времени невозможны.

В зависимости от поставленной цели число повторных измерений может колебаться в широких пределах (от двух измерений до нескольких десятков и даже сотен). Многократные измерения проводят или для страховки от грубых погрешностей (в таком случае достаточно трех-пяти измерений) или для последующей математической обработки результатов (часто более пятнадцати измерений с последующими расчетами средних значений, статистической оценкой отклонений и др.). Многократные измерения называют также «измерения с многократными наблюдениями».

Приведенные примеры (измерение длины детали при нормальной температуре и измерение размеров земельного участка) скорее запутывают, чем проясняют ситуацию.

Трактовка статических и динамических измерений как измерений постоянной либо переменной физических величин примитивна и в философском плане всегда неоднозначна («все течет, все меняется»). «Неизменных» физических величин, кроме физических констант в практике измерений почти нет, все величины различаются только в соответствии со скоростью изменения.

Вместо абстрактных рассуждений желательны определения, обусловленные прагматическим подходом. Статические и динамические измерения наиболее логично рассматривать в зависимости от режима получения средством измерения входного сигнала измерительной информации. При измерении в статическом режиме (или квазистатическом режиме) скорость изменения входного сигнала несоизмеримо ниже скорости его преобразования в измерительной цепи, и результаты фиксируются без динамических искажений.

При измерении в динамическом режиме появляются дополнительные динамические погрешности, связанные со слишком быстрым изменением либо самой измеряемой физической величины, либо входного сигнала измерительной информации, поступающего от постоянной измеряемой величины. Например, измерение диаметров тел качения (постоянных физических величин) в подшипниковой промышленности осуществляется с использованием контрольно-сортировочных автоматов. При этом скорость изменения измерительной информации на входе может оказаться соизмеримой со скоростью измерительных преобразований в цепи прибора. Измерение температуры с помощью ртутного термометра несоизмеримо медленнее измерений электронными термометрами, следовательно, применяемые средства измерений могут в значительной степени определить режим измерений.

По реализованной точности и по степени рассеяния результатов при многократном повторении измерений одной и той же величины различают равноточные и неравноточные, а также на равнорассеянные и неравнорассеянные измерения.

Равноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных одинаковыми по точности средствами измерений в одних и тех же условиях с одинаковой тщательностью.

Неравноточные измерения – ряд измерений какой-либо величины, выполненных различающимися по точности средствами измерений и (или) в разных условиях.

В примечаниях к двум последним определениям предлагается до обработки ряда измерений, убедиться в том, что все измерения являются равноточными, а неравноточные измерения обрабатывать с учетом веса отдельных измерений, входящих в ряд.

Оценка равноточности и неравноточности, а также равнорассеянности и неравнорассеянности результатов измерений зависит от выбранных значений предельных мер расхождения точности или оценок рассеяния. Допустимые расхождения оценок устанавливают в зависимости от задачи измерения. Равноточными называют серии измерений 1 и 2, для которых оценки погрешностей _i и _j можно считать практически одинаковыми

(₁  ₂),

а к неравноточным относят измерения с различающимися погрешностями

Измерения в двух сериях считают равнорассеянными (₁  ₂), или при (₁  ₂) неравнорассеянными (в зависимости от совпадения или различия оценок случайных составляющих погрешностей измерений сравниваемых серий 1 и 2).

В зависимости от планируемой точности измерения делят на технические и метрологические. К техническим следует относить те измерения, которые выполняют с заранее установленной точностью. Иными словами, при технических измерениях погрешность измерения  не должна превышать заранее заданного значения []:

  [],

где [] – допустимая погрешность измерения.

Именно такие измерения наиболее часто осуществляются в производстве, откуда и взято их наименование.

 0.

В тех случаях, когда точность результата измерений не имеет принципиального значения, а цель измерений состоит в приблизительной оценке неизвестной физической величины прибегают к ориентировочным измерениям, погрешность которых может колебаться в достаточно широких пределах, поскольку любая реализуемая в процессе измерений погрешность , принимается за допустимую []

Общность метрологического подхода ко всем этим видам измерений состоит в том, что при любых измерениях определяют значения  реализуемых погрешностей, без чего невозможна достоверная оценка результатов.

В соответствии с РМГ 29 – 99 метод измерений – прием или совокупность приемов сравнения измеряемой физической величины с ее единицей в соответствии с реализованным принципом измерений. В примечании сказано, что метод измерений обычно обусловлен устройством средств измерений.

(По ГОСТ 16263 –70: Метод измерений – совокупность приемов использования принципов и средств измерений).

Оба определения дают слишком много возможностей для произвола, поскольку можно акцентировать принципы («интерференционный метод измерения длины», «фотоэлектрический метод угловых измерений»), средства («стробоскопический метод измерения частоты»), приемы использования средств измерений («метод полного уравновешивания», «контактный метод»). Кроме того, если для конкретного случая достаточно подробно описать все входящие в определение операции, получим описание измерительной процедуры или методику выполнения измерений (МВИ), а метод измерений придется признать идентичным МВИ. В нормативном документе есть ряд частных понятий, определяющих разновидности метода измерений, но они не покрывают всех разновидностей методов. В частности НД содержит определения следующих терминов:

• 
  метод непосредственной оценки;
  
• 
  метод сравнения с мерой;
  
• 
  нулевой метод измерений;
  
• 
  дифференциальный метод измерений;
  
• 
  метод измерений замещением;
  
• 
  метод измерений дополнением;
  
• 
  контактный метод измерений;
  
• 
  бесконтактный метод измерений.
  

Анализ метода измерений следует начинать с выяснения основных признаков: является он методом непосредственной оценки или методом сравнения с мерой. Фактически это единственное принципиальное деление, поскольку значительная часть терминов просто уточняет разновидности метода сравнения с мерой. Различия между двумя методами измерений заключаются в том, что метод непосредственной оценки реализуют с помощью приборов без дополнительного применения мер, а метод сравнения с мерой предусматривает обязательное использование овеществленной меры. Меры в явном виде воспроизводят с выбранной точностью физическую величину определенного (близкого к измеряемой) размера.

При использовании метода непосредственной оценки значение измеряемой физической величины определяют непосредственно по отсчетному устройству прибора прямого действия. Суть метода непосредственной оценки, как любого метода измерения состоит в сравнении измеряемой величины с мерой, принятой за единицу, но в этом случае мера «заложена» в измерительный прибор опосредованно. Прибор осуществляет преобразование входного сигнала измерительной информации, соответствующего всей измеряемой величине, после чего и происходит оценка ее значения.

где Q – измеряемая величина,

где Q – измеряемая величина,

Примерами используемых мер являются гири, концевые меры длины или угла, эталонные резисторы и т.д. Если использовать высокоточные меры, то инструментальные составляющие погрешности можно уменьшить не только за счет точности меры, но и за счет существенного уменьшения применяемого при измерении диапазона преобразований. При измерении методом непосредственной оценки измерительное преобразование полностью соответствует измеряемой величине, что при наличии у используемого прибора мультипликативной погрешности обычно приводит к существенному снижению точности. Метод сравнения с мерой позволяет свести работу прибора сравнения к измерительному преобразованию разности измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, которая существенно меньше всей измеряемой величины.

Метод сравнения с мерой реализуется в нескольких разновидностях, среди которых различают:

• 
  дифференциальный и нулевой методы измерений,
  
• 
  метод совпадений,
  
• 
  метод измерений замещением и метод противопоставления,
  
• 
  метод измерений дополнением.
  

Фактически дифференциальный метод измерений – это метод сравнения с мерой, в котором на измерительный прибор воздействует разность измеряемой величины и известной величины, воспроизводимой мерой, что формально соответствует х ≠ 0 в выражении

Формально это можно представить как х ≈ 0 в том же выражении Q = х + Хм из чего следует:

Пример – измерения массы взвешиванием на равноплечих рычажных весах с полным уравновешиванием чашек.

Для оценки совпадения можно использовать прибор сравнения или органолептику, фиксируя появление определенного физического эффекта (стробоскопический эффект, совпадение резонансных частот, плавление или застывание индикаторного вещества при достижении определенной температуры и другие физические эффекты).

В зависимости от одновременности или неодновременности воздействия на прибор сравнения измеряемой величины и величины, воспроизводимой мерой, различают метод измерений замещением и метод противопоставления.

Метод измерений замещением (метод замещения) – метод сравнения с мерой, в котором измеряемую величину замещают мерой с известным значением величины. Пример — взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну и ту же чашку весов (метод Борда).

Следует отметить, что РМГ 29 –99 представляет слишком узкую трактовку метода замещения. В другой интерпретации, особенно характерной для линейно-угловых измерений, рассматривают альтернативную пару: методы замещения и противопоставления. В таком случае метод замещения – метод сравнения с мерой, в котором известную величину, воспроизводимую мерой, после настройки прибора замещают измеряемой величиной, то есть эти величины воздействуют на прибор последовательно. Метод противопоставления – метод сравнения с мерой, в котором измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения, с помощью которого устанавливают соотношение между этими величинами.

Кроме этих терминов в РМГ 29 –99 приведен термин метод измерений дополнением (метод дополнения) – метод сравнения с мерой, в котором значение измеряемой величины дополняется мерой этой же величины с таким расчетом, чтобы на прибор сравнения воздействовала их сумма, равная заранее заданному значению. Метод дополнения может быть реализован как при замещении, так и при противопоставлении измеряемой величины и меры.

Для анализа МВИ использование классификации методов измерений по реализации измерительного преобразования имеет существенное практическое значение, поскольку они прямо связаны с поиском источников погрешностей и оценкой их характера. Так метод непосредственной оценки может характеризоваться прогрессирующей составляющей погрешности, которая увеличивается с увеличением измеряемой величины. У всех разновидностей методов сравнения с мерой обязательно присутствуют не только погрешности приборов, но и погрешности мер, причем механизмы их проявления несколько различаются в соответствии с разновидностью метода.

Если под контактом подразумевать только механический контакт чувствительного элемента средства измерений с объектом, то деление методов на контактные и бесконтактные имеет определенный смысл. Это существенно для анализа погрешностей, которые возникают из-за взаимодействия прибора с объектом измерений. При механическом контакте необходимо учитывать взаимодействия объекта и средства измерений (деформации из-за их недостаточной жесткости, контактные деформации, колебание переходных сопротивлений и др.). При отсутствии механического контакта следует учитывать особенности «бесконтактного съема» измерительной информации – оптические искажения в воздухе, ослабление сигнала на расстоянии и т.д.

Для оценки метода измерений предлагается ответить на следующие вопросы:

• 
  применяется ли для воспроизведения физической величины мера в явном виде?
  
• 
  измеряются ли значения отклонений физической величины от известного значения меры?
  

Если в ходе измерения мера и измеряемый объект последовательно воздействуют на вход средства измерений (СИ), заменяя друг друга, реализуется метод замещения. Например, измерительная головка на стойке настраивается по плоскопараллельной концевой мере длины, после чего мера убирается и замещается контролируемой деталью.

Некоторые приборы (весы, измерительные мосты и др.) обеспечивают возможность одновременного воздействия на них меры и измеряемой физической величины. С помощью таких приборов реализуется метод противопоставления.

Примеры кратких характеристик методик выполнения измерений:

• 
  - измерение диаметра цилиндрической поверхности детали штангенциркулем в одном сечении – прямое абсолютное однократное (или многократное) статическое измерение, выполняемое методом непосредственной оценки;
  
• 
  - нахождение значения угла прямоугольного треугольника по результатам измерений его сторон – косвенное измерение плоского угла, при котором осуществляются прямые измерения длин. Методы прямых измерений зависят от конкретной выбранной реализации;
  
• 
  - определение плотности материала по результатам измерений размеров (длин) образца и его массы – косвенное измерение искомой величины, требующее совместных измерений разноименных величин (длины и массы) и совокупных измерений нескольких одноименных физических величин (длин). Вычисляемый объем в этом случае также можно рассматривать как результат косвенного измерения.
  

Оценка уровня качества измерений (как любого технического объекта) является необходимым элементом процесса принятия управляющих решений. Такая оценка особенно нужна при сопоставлении конкурирующих МВИ.

Принципиальная особенность измерений как объекта оценки качества заключается в том, что мы имеем дело с технологическим процессом получения результата исключительно информационного характера. К подобным процессам можно отнести книгопечатание, фотографическую и видеосъемку, театральные и другие представления. Поэтому в оценивании качества технических процессов, направленных на выдачу информационных результатов наблюдается некоторый дуализм, заключающийся в наличии не только информационной, но и технической стороны. Книга с отличным содержанием может быть напечатана слепым шрифтом на плохой бумаге, хорошая музыка нереализуема в помещениях с плохой акустикой и т.д. Дополнительной особенностью измерений как процесса получения и применения информации является различие масштабов их рассмотрения: можно оценивать измерения одной физической величины конкретным оператором или организацию и проведение измерений в рамках субъекта хозяйствования, отдельной страны, или в международных рамках.

Различия в измерениях некоторой физической величины могут заключаться в применяемых средствах, условиях, операторах, числе наблюдений и методиках их обработки. Сложность объекта не избавляет от необходимости оценивать уровень его качества, хотя может привести к появлению ряда более узких задач. В частности, поскольку комплексная оценка качества измерений представляется весьма сложной, можно применять дифференциальные методы оценки с привлечением значительного количества показателей.

Под качеством измерения подразумевается наиболее общее его свойство, которое обеспечивает требования исполнителя и потребителя к результату и процессу его получения. Более простые свойства, из которых складывается качество измерений, можно представить как точность и достоверность результата, а также экономичность и безопасность его получения.

Очевидно, что точность измерений является необходимым условием использования их результатов. Обеспечение точности измерений заключается в установлении требуемого соотношения предельного значения реализуемой в ходе измерений погрешности Δ и допустимой погрешности измерений [Δ]

В литературе широко употребляют такие свойства измерений, как точность, правильность, прецизионность, неопределенность, сходимость и воспроизводимость измерений. Кроме того, при рассмотрении измерений в рамках международных или страны (отрасли, концерна…) достаточно внимания уделяют таким свойствам, как единство измерений и единообразие средств измерений.

В РМГ 29 –99 содержится ряд терминов и определений, характеризующих свойства измерений.

Точность результата измерений (точность измерений) – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

По ГОСТ 16263-70 точность измерений – качество измерений, отражающее близость их результатов к истинному значению измеряемой величины. Высокая точность измерений соответствует малым погрешностям всех видов (систематических и случайных).

Стандарт (ГОСТ 16263) предлагал также количественную оценку точности в виде обратной величины модуля относительной погрешности, Например, при значении относительной погрешности 0,1 % точность измерений Тч будет равна

Тч = (0,1/100) ^{– 1} = 1000.

Из-за неявного отражения сути эта оценка не прижилась за более чем тридцатилетний срок действия стандарта.

Неопределенность измерений – параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине.

В примечаниях отмечено, что определение взято из Международного словаря основных и общих терминов в метрологии ИСО, 1993 (VIM – 93), но оно неудачно по сути, поскольку традиционно параметром называют некую количественную характеристику свойства, а неопределенность может иметь качественную и количественную стороны. В VIM—93 сказано, что «в качестве параметра» может быть использовано стандартное отклонение (или число, кратное ему) или половина интервала, имеющего указанный доверительный уровень.

Там же говорится, что неопределенность включает множество составляющих. Некоторые из составляющих можно представить эмпирическими стандартными отклонениями, рассчитанными по результатам статистической оценки распределения данных в серии измерений. Другие составляющие могут оцениваться отклонениями, взятыми из информационных источников или рассчитываемыми на основании другой информации.

Из сказанного ясно, что неопределенность измерений может рассматриваться как свойство, характеризующее случайные составляющие измерений, и является составляющей частью более общего свойства – точности измерений.

Оценкой сходимости двух групп (серий) многократных измерений может быть близость размахов или отклонений (средних квадратических, средних арифметических).

Геометрические представления о размахе R результатов измерений можно получить с использованием точечной диаграммы результатов многократных измерений одной и той же физической величины, которая строится в координатной системе «значения, полученные при измерениях X – номер измерения N» в любом удобном масштабе.

В
Рекомендация начинающим: желающим более подробно рассмотреть анализ точечных диаграмм предлагается обратиться к соответствующему модулю.
оспроизводимость результатов измерений (воспроизводимость измерений) – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

Воспроизводимость можно оценить, например, после выполнения нескольких серий многократных измерений одной и той же физической величины с использованием разных методик выполнения измерений. В качестве оценок воспроизводимости могут служить разности средних значений в сериях, разности средних квадратических отклонений в сериях, разности экстремальных результатов разных серий и другие оценки.

В ГОСТ 16263-70 единство измерений трактовалось как состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах и погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Там же было определено единообразие средств измерений – состояние средств измерений, характеризующееся тем, что они проградуированы в узаконенных единицах и их метрологические свойства соответствуют нормам. Кроме того, в том же стандарте было приведено определение правильности измерений, которая является существенной характеристикой их качества. Правильность измерений – качество измерений, отражающее близость к нулю систематических погрешностей в их результатах. В приведенном определении не различаются свойства измерений (процесса измерений, измерительной процедуры) и свойства результатов измерений, характеризующие их близость к истинному значению измеряемой физической величины.

Представим свойства, определяющие качество измерений (процесса измерений, измерительной процедуры) в виде иерархической структурной схемы, ограничившись для начала тремя уровнями. Для первого уровня схемы предлагается три блока свойств (рисунок 4.2): «техническая эффективность», «экономичность» и «безопасность». При построении структуры надо учитывать, что абсолютно независимых страт (классификационных групп) не бывает. Так техническое совершенство измерений, как и любого иного объекта, не может быть независимым от экономичности, а безопасность можно рассматривать в двойной связи (и с экономичностью, и с техническими свойствами).

Предложенное разделение свойств объектов основано на том, что проектирование любого процесса направлено на достижение определенной технической цели и только после получения положительного результата ставятся вопросы о снижении затрат и повышении безопасности (если последнее необходимо). Кроме того, экономические расчеты всегда отделяли от «технических», а что касается безопасности, она давно выделилась в некую особую сферу и даже обзавелась собственной системой стандартов.

На третьем иерархическом уровне комплексные свойства второго уровня могут быть разделены на менее сложные свойства. Техническая эффективность измерений может быль декомпонирована на точность и достоверность, экономичность измерений – на себестоимость и производительность, а безопасность – на безопасность оператора и безопасность окружения. Декомпозиция может быть продолжена для получения более простых свойств с конкретными наименованиями, входящих в вышестоящие группы свойств.

При анализе экономичности следует рассматривать проектирование МВИ, подготовку и проведение измерений, включая обработку результатов. При анализе безопасности обращают внимание на безопасность оператора, ближайшего и дальнего окружения (включая экологическую безопасность), причем необходимо учитывать как непосредственные опасные воздействия, так и отдаленные последствия в виде слабых, накапливающихся и/или отложенных неблагоприятных результатов.

В настоящее время нет общепринятых подходов к оценке качества измерений. Предложенные материалы (схема, свойства, рекомендации по декомпозиции) подлежат анализу и критике, дальнейшему развитию и совершенствованию, поскольку они не очень удобны для применения в конкретных метрологических ситуациях.

ПРИЛОЖЕНИЕ 4.А

Трактовки ИЗМЕРЕНИЯ в разных информационных источниках
В литературных источниках встречается множество определений, в которых весьма разнообразно истолковывается понятие измерения. Ниже приведены некоторые определения измерений, взятые из разных источников. Несущественные различия обусловлены наличием в определениях большей или меньшей детализации при единстве подходов к измерению как к экспериментальному процессу количественной оценки физической величины. Принципиальные различия возникают при попытках распространить понятие измерения на любые оцениваемые величины и свойства, в том числе и нефизические. Определения представлены для расширения кругозора и могут быть использованы для сравнительного анализа

Измерение физической величины – совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, обеспечивающих нахождение соотношения (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей и получение значения этой величины (РМГ 29 -99).

Измерение – нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств (ГОСТ 16263 -70).

Определения не претендуют на слишком широкую область, они отнесены только к измерению физических величин.

Познавательный процесс, заключающийся в сравнении путем физического эксперимента данной величины с известной величиной, принятой за единицу сравнения» (Тюрин).

«Сравнение неизвестного размера с известным и выражение первого через второй в кратном или дольном отношении» (Шишкин, МСиУК).

«Получение информации о размере измеряемой величины» (Шишкин, ТМ).

«Информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения» (Алиев, Тер-Хачатуров).

«Приписывании--е различным проявлениям некоторого свойства материальных объектов определенных действительных чисел с целью его познания» (Котов).

«Акт познания, заключающийся в сравнении опытным путем данного размера величины с некоторым ее значением, принятым за единицу измерения, выполнении необходимых логических и вычислительных действий и представлении результата в числовой форме с указанием его точности» (Ехлаков, Маков).

«Совокупность операций по применению технического средства, хранящего единицу физической величины, заключающихся в сравнении (в явном или неявном виде) измеряемой величины с ее единицей с целью получения значения этой величины (или информации о нем) в форме, наиболее удобной для использования» (Юдин, Селиванов ОТвОМ).

«Получение числового эквивалента (значения) величины, характеризующей свойства физического объекта (предмета, процесса, явления), посредством эксперимента (опытным путем), основу которого составляет операция сравнения аналоговой величины с образцовой (значение меры), удовлетворяющего требованиям системы обеспечения единства измерений». (Определение "близко к приведенному в ГОСТ 16263-70 и ни в чем ему не противоречит" по мнению авторов Журавина, Мариненко, Семенова и Цветкова, под ред. Цветкова).