CC BY
4
УДК 53.088
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ МОДЕЛИ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Н. Р. Кашапова, Ю. Г. Малахова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: nailyak99@gmail.ru
Рассмотрена оценка точности измерения с помощью моделей неопределенности и погрешности, а также исследованы возможности совместного использования понятии погрешности и неопределенности в метрологической практике.
Ключевые слова: физическая величина, измерение, точность измерений, неопределенность, погрешность.
EVALUATION OF THE ACCURACY OF THE MEASUREMENTS USING MODEL UNCERTAINTY.
N. R. Kashapova, Yu. G. Malakhova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
E-mail: nailyak99@gmail.ru
In this work the estimation of measurement accuracy by means of models of uncertainty and an error is considered, and also possibilities ofjoint use of concepts of an error and uncertainty in metrologicalpractice are investigated.
Keywords: physical quantity, measurement, measurement accuracy, uncertainty, error.
Точность измерений - это важная характеристика, которую необходимо соблюдать во всех сферах деятельности, а особенно в тех отраслях, которые непосредственно относятся к сфере государственного регулирования, в том числе в осуществлении деятельности в области обороны и безопасности государства.
В Российской Федерации понятным и привычным нам инструментом оценки отклонения результата долгое время было понятие погрешности измерения, под которой понимают разность между измеренным значением физической величины и истинным значением данной величины [1].
Но теперь, после вступления России в ВТО, оценка точности измерений требует приобщенности к международным нормам. Неоднозначность и сложность измерений обуславливают применение концепции неопределенности измерений в мировой практике. Этот метод оценки точности рассматривается в качестве альтернативы погрешности. Для принятия правильного решения важно знание неопределенности результатов проведенных измерений. Вместо представления результата измерения в виде наилучшей оценки данной измеряемой величины вместе с информацией о систематической и случайной погрешностях (в форме «анализа погрешностей»), GUM («Руководство по выражению неопределенности измерения») рекомендует выражать результат измерения как наилучшую оценку измеряемой величины вместе с соответствующей неопределенностью измерения [4].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 2
Для признания полученных в результате измерения величин нужно указывать не только их значение, но и указывать меру надежности, которая бы характеризовала качество измерения. Это нужно, чтобы сравнить измеренные величины с допустимыми значениями, а также это необходимо для возможности сличения результатов друг с другом.
Даже после нахождения оценки всех ожидаемых составляющих погрешности и внесения в результаты измерения необходимых поправок все еще остается некоторая неопределенность в отношении полученных результатов, сомнение в том, как точно они соответствует значению измеряемой величины [3].
В настоящее время актуальная задача измерения заключается в том, чтобы наилучшим образом получить и представить информацию о самой измеряемой величине, а не о погрешности ее измерения. В соответствии с этим неопределенность измерения оказывается наиболее подходящей характеристикой, отражающей качество результатов измерений [2].
Целью работы является исследование возможности совместного использования понятий погрешности и неопределенности в метрологической практике.
Рассмотрим отличительные особенности этих понятий. Неопределенность привязана к измеренному, а погрешность к истинному значению физической величины (рис. 1-2). Мы не можем установить, насколько хорошо известно единственное истинное значение величины, но можно узнать, насколько велико доверие к тому, что оно известно. Такая позиция отражает неполное знание об измеряемой величине, а степень доверия будет является количественной вероятностной оценкой неопределенности измерения. Таким образом, понятие неопределенности измерения является новым с точки зрения оценки результата и понимания самого процесса измерения.
211
у-и У у+и У
У=у±и, р=0,95
Рис. 1. Неопределенность измерений
Рис. 2. Погрешность измерений
На рис. 1 отражен разброс значений, которые могут быть обосновано приписаны измеряемой величине У при вероятности охвата Р, на рис. 2 показано отклонение измеренного значения величины У от истинного с вероятностью попадания Р.
В отличии от неопределенности, точные значения составляющих погрешности результата проведенного измерения могут быть непознаваемы и неизвестны. В свою очередь неопределенности связанны со систематическими и случайными эффектами, которые приводят к погрешности, следовательно, они могут быть оценены. Если оцененные неопределенности весьма незначительны, то это не даст гарантии, что погрешность результата измерения будет такой же незначительной, так как может быть пропущен какой-нибудь значимый систематический эффект. Неопределенность результата измерения необязательно будет является показателем степени близости результата измерения к значению измеряемой величины - это просто оценка степени близости к наилучшему значению, которое получено на основе знаний, которые имеются в настоящий момент [3].
Количественная оценка неопределенности позволяет определить соответствие объектов испытаний установленным требованиям и понять превышают ли отклонения измерений заданную изменчивость. Без этих знаний велика вероятность принятия ошибочного решения, а оно может привести к неправильным выводам, неоправданному повышению расходов в производстве и другим последствиям [5].
В настоящее время расчет неопределенности измерений обеспечивает более высокую точность показаний количественных характеристик материальных объектов, а,
следовательно, способствует развитию науки, новых передовых технологий, применению более совершенной техники. Но и от понятия погрешности отказываться не стоит. Для достижения наибольшей точности измерений следует применять оба метода оценки точности в совокупности.
В Рекомендации КООМЕТ «Использование понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения». Общие принципы» описаны применение понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения» в конкретных метрологических ситуациях. Из рассмотренных там метрологических задач можно предложить общее правило: точность результатов проведенных измерений в большинстве метрологических задач характеризуется именно неопределенностью, а вот точность используемых средств измерений характеризуется пределами погрешностей. Понятие «погрешность» используют при сравнении с опорным значением величины, а оценки погрешностей получают при поверке и калибровке средств измерений. Таким образом, понятие «неопределенность» и понятие «погрешность» рекомендуется использовать совместно без взаимного противопоставления и исключения одного из них [6].
Библиографические ссылки
1. Международный словарь по метрологии: основные и общие понятия и соответствующие термины: пер. с англ. и фр. / Всерос. науч.-исслед. ин-т метрологии им. Д. И. Менделеева. - СПб. : Профессионал, 2010. - 30 с.
2. Актуальные вопросы преподавания метрологии. Введение понятия неопределенности измерения в дисциплины инженерного направления / М. В. Бержинская, Ю. М. Голубинский, И. Т. Назарова // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018. № 1 (23). С. 5-10.
3. ГОСТ 34100.3-2017/IS0/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2018. - 78 с.
4. ГОСТ 34100.1-2017/IS0/IEC Guide 98-1:2009 Неопределенность измерения. Часть 1. Введение в руководства по выражению неопределенности измерения. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2017. - 22 с.
5. ГОСТ Р ИСО 21748-2012 Статистические методы. Руководство по использованию оценок повторяемости, воспроизводимости и правильности при оценке неопределенности измерений. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2014.- 34 с.
6. РМГ 91-2019 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Использование понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерений». Общие принципы. Москва: Изд-во Стандартинформ, 2019. - 46 с.
© Кашапова Н. Р., Малахова Ю. Г., 2020
