CC BY
8
УДК 62-93
РАСЧЕТ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ ПРИ КАЛИБРОВКЕ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ
Н. Р. Кашапова, Р. А. Жога.
Научный руководитель - Е. А Жирнова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31 E-mail: [email protected], [email protected]
Аэрокосмическая отрасль требует высокой точности измерений. В данной работе исследуются особенности оценки неопределенности при калибровке средств измерения, показаны методы учета неопределенности
Ключевые слова: физическая величина, измерение, калибровка, точность измерения, неопределенность измерения.
CALCULATION OF UNCERTAINTY IN THE CALIBRATION OF MEASURING
INSTRUMENTS
N.R. Kashapova, R.A. Zhoga.
Scientific adviser - E. A. Zhirnova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail:[email protected], [email protected]
The aerospace industry requires high measurement accuracy. In this paper, we study the features of estimating uncertainty in the calibration of measuring instruments, and show methods for accounting for uncertainty.
Keywords: physical quantity, measurement, calibration, measurement accuracy, measurement uncertainty.
Результаты калибровки определяют действительные метрологические характеристики средства измерения, которые подтверждают или опровергают метрологическую исправность данного средства измерения на момент проведения калибровки в соответствии с назначением. В соответствии с критериями аккредитации и ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» точность результатов калибровки должна быть выражена в показателях неопределенности.
Целью данной работы является рассмотрение особенностей расчета неопределенности при проведении калибровки средств измерений. Для достижения данной цели надо решить следующие задачи: дать понятия калибровки и неопределенности, исследовать порядок расчета неопределенности при калибровке, а также виды неопределенностей и их основные различия.
Калибровка - совокупность операций, которые выполняются для того, чтобы определить действительные значения метрологических характеристик средств измерений [1]. К основным факторам, влияющим на качество калибровки относят: персонал, условия калибровки, эталонное оборудование, методику калибровки, оценку точности и неопределенности.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2021. Том 2
Неопределенностью измерения называется параметр, относящийся к результату измерения и характеризующий разброс значений, которые могли бы быть приписаны обосновано измеряемой физической величине [2]. Неопределенность является одним из подходов к оценке точности проведенного измерения.
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 физической 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 [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 [4].
Неопределенность привязана к измеренному, а не к истинному значению физической величины, так как невозможно 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.
Неопределенность измерений - это характеристика недостоверности измерений, принятая на международном уровне, это параметр, связанный с результатом измерений, это параметр, характеризующий разброс значений, которые можно обоснованно приписать измеряемой величине. На рис. 1 отражен разброс значений, которые могут быть обосновано приписаны измеряемой величине Y при вероятности охвата Р.
Чаще всего измеряемую величину определяют через определенное количество (N) других величин (Xi, X2,... XN), а не измеряют непосредственно [1]. Это модельный подход к определению неопределенности измерения, он представлен на рис. 2.
Рис. 1. Неопределенность измерений
Xi • Х2'
X;
Измерительный процесс
N
Y Y=f(Xi,X2,...,XN)
Рис. 2. Модельный подход к определению неопределенности
Неопределенность включает в себя две составляющие: неопределенность типа А и неопределенность типа Б.
Неопределенность типа А - это неопределенность, которая определяется статистическими методами. Порядок расчета следующий:
1) Найти среднее арифметическое случайно изменяющейся величины д из п наблюдений по формуле
41л
2) Найти выборочную дисперсию по формуле
1 ™
- (2)
3) Найти выборочную дисперсию среднего значения , которая является наилучшей
оценкой дисперсии среднего значения
,»<£> = ^ (3)
Выборочная дисперсия среднего значения и выборочное стандартное отклонение среднего значения ®{(£) количественно показывают, насколько хорошей оценкой математического ожидания данной величины будет среднее арифметическое д, также они могут быть использованы как мера неопределенности.
Неопределенность типа Б - это неопределенность, которая определяется нестатистическими методами и в рассматриваемом случае (при калибровке средств измерений) во многом зависит от точности используемого эталонного оборудования.
Оценку значения стандартной неопределенности или дисперсии получают с помощью обобщения и анализа всей доступной информации о возможной вариативности. Эта информация включает в себя:
- данные предыдущих измерений;
- полученные теоретическим или же опытным путем сведения о характеристиках приборов и о свойствах материалов;
- характеристики, которые были заявлены изготовителем;
- данные, приводимые в свидетельствах о калибровке (а также других документах);
- неопределенности величин, которые приведены в справочниках (вместе со значениями этих величин).
Использование расчета неопределенности измерений при калибровке обуславливается сложностью, а также неоднозначностью проводимых измерений. Для проведения калибровки важно знание неопределенности их результатов, так как она позволяет оценить точность проведенного измерения.
Библиографические ссылки
1. ГОСТ Р 8.879-2014 Государственная система обеспечения единства измерений. Методики калибровки средств измерений. Общие требования к содержанию и изложению. -М.: Стандартинформ, 2015, с 8.
2. ГОСТ 34100.3-2017 Неопределенность измерения. Часть 3. Руководство по выражению неопределенности измерения. - М.: Стандартинформ, 2018, с. 112.
3. ГОСТ 34100.1-2017 Неопределенность измерения. Часть 1. Введение в руководства по выражению неопределенности измерения. - М.: Стандартинформ, 2018, с. 22.
4. 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. 510. Б01 10.21685/2307-5538-2018-1-1.
©Кашапова Н.Р., Жога Р. А., 2021
