Нормируемые метрологические характеристики методик выполнения измерений

Одним из главных требований МВИ является требование к точности измерений, производимых по данной методике. Формой выражения этого требования является приписанная характеристика погрешности измерений.

Приписанная характеристика погрешности измерений – это характеристика любого результата совокупности измерений, полученного при соблюдении требований и правил данной методики.

Начиная с 1 ноября 2002 года в практической деятельности по разработке, аттестации и применении новых МВИ, а также по пересмотру старых МВИ, при назначении характеристик погрешности измерений, выполняемых по МВИ следует руководствоваться положениями шести стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 1-6 2002 под общим заголовком «Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений» [12-17]. Далее показатели точности МВИ рассматриваются с позиций этих стандартов.

Согласно этим стандартам, точностьметода измерений – есть способность метода дать верный результат (правильность) и повторить полученный результат (прецизионность). Таким образом, термин «правильность» характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному или принятому опорному значению, термин «прецизионность» - степень близости результатов измерений друг к другу.

Необходимость рассмотрения прецизионности возникает из-за того, что измерения, выполняемые на предположительно идентичных объектах при предположительно идентичных обстоятельствах, не дают, как правило, идентичных результатов. Это объясняется неизбежными случайными погрешностями, присущими каждой измерительной процедуре. При практической интерпретации результатов измерений эта изменчивость должна учитываться. Например, два полученных значения измеряемой величины следует считать различными лишь в том случае, если это различие превышает установленные границы неизбежной случайной погрешности измерительной процедуры. В противном случае, полученные значения следует интерпретировать как одинаковые. Например, при измерении скорости течения реки двумя разными лабораториями в одно и то же время были получены различные значения, но различающиеся не более чем на стандартное (среднее квадратичное) отклонение метода измерений в условиях воспроизводимости. В этом случае не стоит обращать внимание на различия, а в качестве результата измерения следует принять среднее арифметическое двух измерений. Аналогичным образом, сопоставление результатов испытаний двух существенно различающихся образцов стали не выявит какого-либо существенного различия в свойствах, если расхождение между результатами лежит в вышеупомянутой области.

На изменчивость результатов измерений, выполненных по одному методу, помимо различий между предположительно идентичными образцами или объектами, могут влиять многие различные факторы, в том числе:

a) оператор;

b) используемое оборудование;

c) калибровка оборудования;

d) параметры окружающей среды (температура, влажность, загрязнение воздуха и т.д.);

e) интервал времени между измерениями.

Различия между результатами измерений, выполняемых разными операторами и (или) с использованием различного оборудования, как правило, будут больше, чем между результатами измерений, выполняемых в течение короткого интервала времени одним оператором с использованиемодного и того же оборудования.

Прецизионность является общим термином для выражения изменчивости повторяющихся измерений. Два условия прецизионности, называемые условиями повторяемости(сходимости) и воспроизводимости, были признаны необходимыми для представления изменчивости метода. В условиях повторяемости (сходимости) факторы а) – е), перечисленные выше считаются постоянными, и они не влияют на изменчивость, в то время как в условиях вопроизводимости все эти факторы переменны и влияют на изменчивость результатов испытаний. Таким образом, повторяемость и воспроизводимость представляют собой два крайних случая прецизионности, где первый характеризует минимальную, а второй – максимальную изменчивость результатов измерений. Прецизионность, как и случайную погрешность, как правило, выражают в форме стандартных отклонений.

Правильность метода измерений имеет смысл тогда, когда можно прямо или косвенно представить истинное значение измеряемой величины. Хотя для некоторых методов измерений истинное значение не может быть известно точно, существует возможность располагать принятым опорным значением измеряемой величины, например, когда в распоряжении имеются стандартные образцы и т.п. При этом правильность метода может быть исследована посредством сопоставления опорного значения со значением результатов, полученных этим методом. Правильность, как правило, выражают в терминах систематической погрешности (смещение).

Общий термин «точность» в ИСО 5725 используют в отношении обоих терминов – «правильность» и «прецизионность»

В ИСО 5725 представлены определения величин, которые характеризуют, с количественной точки зрения, правильность и прецизионность метода измерений.

Для получения количественных оценок величин, характеризующих точность (правильность и прецизионность) метода измерений проводят межлабораторный эксперимент, в котором участвуют несколько лабораторий, применяющих данный метод. Порядок проведения экспериментов по оценке характеристик точности подробно описывается в ИСО 5725.

С целью оценки точности (правильности и прецизионности) метода измерений предполагается, что каждый результат измерений, y, представляет собой сумму четырех составляющих

, (5.1)

где - принятое опорное значение измеряемой физической величины; - систематическая погрешность метода измерений; В – лабораторная составляющая систематической погрешности в условиях повторяемости; - случайная составляющая погрешностикаждого результата измерений в условиях повторяемости. Тогда - общее среднее значение (математическое ожидание) результатов измерений, полученных на идентичных образцах в различных лабораториях

(5.2)

Систематическую погрешность лаборатории можно представить следующим выражением

(5.3).

Мерой правильности метода измерений является систематическая погрешностьметода и систематическая погрешность лаборатории при использовании данного метода. Оценка этих количественных характеристик точности производится в межлабораторном эксперименте. Для оценки используются выражения

, (5.4)

, (5.5)

где - оценка систематической погрешности метода измерений; - общее среднее значение всех результатов измерений, полученных всеми лабораториями на одном из уровней эксперимента; - оценка систематической погрешности лаборатории при использовании данного метода; - среднее арифметическое значение всех результатов измерений, полученных отдельной лабораторией на одном из уровней эксперимента; - принятое опорное значение на данном уровне эксперимента. Отметим, что уровнем эксперимента по оценке точности называется общее среднее значение результатов измерений, полученных от всех лабораторий для конкретного испытуемого образца.

В качестве мер прецизионности метода измерений используют две величины: стандартное отклонениеповторяемости и стандартное отклонение воспроизводимости , определяемые по данным межлабораторных экспериментов методами математической статистики. Алгоритмы расчета стандартных отклонений повторяемости и стандартных отклонений вопроизводимости подробно рассмотрены в ИСО 5725.

Полученные оценки мер правильности и прецизионности метода измерений должны быть представлены в документе на МВИ.

Значение систематической погрешности метода должно представляться вместе с описанием опорного значения, относительного которого она была определена. В случаях, когда систематическая погрешность меняется в зависимости от диапазона изменения измеряемой величины, информацию следует представлять в виде таблицы, в которой указывают уровень значения измеряемой величины, установленную систематическую погрешность и опорное значение, использованное при этих испытаниях.

Значение стандартных отклонений повторяемости и воспроизводимости должны публиковаться в качестве части стандартного метода в разделе, озаглавленном «Прецизионность». Если прецизионность не зависит от уровня измеряемой величины, то могут быть приведены единственные значения. Если прецизионность зависит от уровня измеряемой величины, информация должна быть оформлена в виде таблицы.

В разделе «Прецизионность» должны также быть приведены условия повторяемости и воспроизводимости, имевшие место при проведении межлабораторного эксперимента, проводимого в процессе разработки МВИ.

В нормативном документе на МВИ должно регламентироваться, сколько (одно или несколько) единичных наблюдений должно быть выполнено, способы их усреднения (среднее арифметическое значение результатов многократных наблюдений или медиана) и способы представления в качестве результата измерений. Может потребоваться введение стандартных поправок (например, таких как приведение объема газа к нормальной температуре и давлению). Таким образом, результат озмерений может быть представлен как результат, рассчитанный из нескольких наблюдаемых значений. В простейшем случае результат измерений является собственно единичным наблюдаемым значением.

Как правило, характеристики погрешности не приводятся непосредственно рядом с результатом измерений, выполненных по стандартизованной МВИ. Но указания на МВИ, согласно которой выполнялись измерения, позволяют в подробностях изучить показатели точности данного метода по документации на МВИ.

Дата добавления: 2015-04-30