Взаимосвязь Руководства с традиционной метрологией

(вспомогательные материалы)

В п. 3.2 Руководства, названном «Погрешности, эффекты и поправки», рассматривается ключевой вопрос о систематической и случайной составляющих погрешности измерений, которые и составляют суть сопоставляемого с Руководством раздела традиционной метрологии.

В соответствии с положениями Руководства: «3.2.1 Обычно измерение обладает рядом несовершенств, которые вызывают погрешность результата измерения. Традиционно погрешность рассматривают как состоящую из двух составляющих – случайной и систематической.

ПРИМЕЧАНИЕ – Погрешность – идеализированное понятие, и погрешности не могут быть известны точно».

Прикладная метрология всегда признавала этот факт и оперировала понятиями «оценка погрешности», «норма погрешности», не отрицая несоответствие оценки погрешности ее идеальному (а потому недостижимому) значению. Исходя из этого, можно утверждать, что введение понятия неопределенность не внесло в традиционную метрологию ничего принципиально нового.

Особое внимание следует обратить на содержание п. 3.4.8 «Руководства».

«Хотя это Руководство дает схему определения неопределенности, оно не может заменить критическое размышление, интеллектуальную честность и профессиональное мастерство. Оценка неопределенности не является ни рутинной работой, ни чисто математической; она зависит от детального знания природы измеряемой величины и измерения. Поэтому качество и ценность упомянутой неопределенности результата измерения, в конечном счете, зависит от понимания, критического анализа и честности тех, кто участвует в приписывании ее значения».

Иными словами, Руководство не может заменить традиционную метрологию, знание которой необходимо для его корректного применения. Фактически Руководство регламентирует порядок и методику оценивания случайных составляющих результата измерений в качественном и количественном отношении после элиминации результатов с грубыми погрешностями и исключения систематических погрешностей («систематических эффектов»).

В Руководстве дается такая интерпретация термина неопределенность:

Слово «неопределенность» означает сомнение и, таким образом, в своем самом широком смысле «неопределенность измерения» означает сомнение относительно достоверности результата измерения. Из-за отсутствия различных слов для этого общего понятия неопределенности и специальных величин, которые дают количественные меры этого понятия, как, например, стандартное отклонение, необходимо использовать слово «неопределенность» в этих двух различных смыслах.

Можно предложить более корректный подход, в рамках которого различают неопределенность измерения (качественная оценка измерения, связанная с недостатком информации по его конкретным аспектам), и количественные оценки неопределенности, приписываемые измеряемой физической величине.

Под неопределенностью измерений фактически подразумевают то, что результат измерений фиксируется не конкретной точкой на оси физической величины, а интервалом значений, и то, что неизвестной (неопределенной) остается координата истинного значения. В более широком смысле можно говорить также и о неопределенности «закона распределения» результатов многократных наблюдений при измерении конкретной физической величины. Графическое отображение неопределенности представлено на рисунке 9.1.

На рисунке отражены качественная оценка неопределенности (нормальное распределение), а также ее количественные оценки (стандартная неопределенность u и расширенная неопределенность ku при выбранной доверительной вероятности Р).

Исследование (качественное и количественное) неопределенности измерений обычно осуществляется в ходе анализа методики выполнения измерений и/или математической обработки результатов многократных наблюдений, полученных при измерении одной физической величины. В исследование обычно входят:

• нахождение оценок дисперсий или стандартных отклонений составляющих интегральную оценку неопределенности измерений и при необходимости их весовых коэффициентов (в литературе используют термин «бюджет неопределенности»);

• нахождение сопоставимых оценок случайной составляющей и неисключенных остатков систематической составляющей результата измерений и сравнение их значений;

• проверка по критериям согласия гипотез о видах распределения случайных составляющих, а при необходимости – и распределения неисключенных остатков «систематических эффектов»;

• статистическая проверка экстремальных наблюдений и отбраковывание наблюдений, содержащих «грубые ошибки» (грубые погрешности).

Неопределенность в оценке результатов, полученных, например, при измерении конкретной физической величины с многократными наблюдениями, зависит от множества объективных и субъективных причин, основные из которых:

• использованные технические ресурсы (средства измерений, организация среды в зоне измерений и др.);

• число наблюдений в серии;

• выбор гипотез о «законах распределения», критериев согласия, уровней значимости при проверке гипотез по критериям согласия;

• выбор метода отбраковывания наблюдений с явно выраженными грубыми погрешностями, «подозрительных» наблюдений, критериев статистического отбраковывания, уровней значимости при проверке гипотез по этим критериям;

• выбор значения доверительной вероятности для описания результата измерений.

Последний фактор можно признать несущественным, поскольку формы представления результатов измерений фактически позволяют пользователю перейти от зафиксированного в описании значения доверительной вероятности к любому выбранному.

Анализ показывает, что неопределенность измерений есть комплексное явление, обусловленное техническими возможностями и квалификацией метрологов, организующих и выполняющих измерения. В узкой трактовке неопределенность измерений связывают только с оценками погрешностей измерений, а более конкретно – с усеченной областью их распределения, полученной в результате статистической обработки данных многократных наблюдений при измерениях.

Для удобства тех, кто не имеет под рукой самого Руководства, в Приложениях к данному модулю кроме РЕКОМЕНДАЦИИ INC-1 «Выражение экспериментальных неопределенностей» (Приложение 1), приведены также выдержки из Руководства (Приложение 2). Цитаты даны в полном соответствии с официальным переводом ВНИИМ с сохранением стиля.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1