Научная статья на тему 'Способы оценевания неопределённости аттестованных значений стандартных образцов'

Способы оценевания неопределённости аттестованных значений стандартных образцов Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
564
140
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ОЦЕНЕВАНИЕ НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Налобин Дмитрий Петрович, Осинцева Елена Валерьевна

В статье представленны основные принципы, положенные в основу пректа рекомендаций по метрологии "ГСИ. Оценивание неопределённостей аттестованныхзначений стандартных образцов". Изложен общий подход к оцениванию источников неопределённости СО (неопределённости от неоднородности материала СО, неопределённости от нестабильности значений аттестуемой характеристики СО, неопределённости от способа установления аттестованного занчения СО), а также неопределённости аттестованного значения СО.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Налобин Дмитрий Петрович, Осинцева Елена Валерьевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Способы оценевания неопределённости аттестованных значений стандартных образцов»

Способы оценивания неопределенности аттестованных значений

стандартных образцов

Д. П. Налобин, Е. В. Осинцева

В статье представлены основные принципы, положенные в основу проекта рекомендаций по метрологии «ГСИ. Оценивание неопределенностей аттестованных значений стандартных образцов». Изложен общий подход к оцениванию источников неопределенности СО (неопределенности от неоднородности материала СО, неопределенности от нестабильности значений аттестуемой характеристики СО, неопределенности от способа установления аттестованного значения СО), а также неопределенности аттестованного значения СО.

Понятие «неопределенность результатов измерений» введено в «Руководстве по выражению неопределенности измерения» [1] (далее Руководство), принятого в 1993 г. семью международными организациями. Руководство описывает общие правила оценивания и выражения неопределенности результатов измерений без указания подробных инструкций для конкретных случаев. Поэтому целесообразна (и это отмечают авторы Руководства) разработка документов на основе Руководства, рассматривающих проблемы оценивания неопределенностей в конкретных областях измерений.

К настоящему времени на основе Руководства разработано ряд документов международных организаций для решения конкретных задач, связанных с измерениями. Так для оценивания неопределенности в аналитических изме-

рениях разработано Руководство ЕВРАХИМ/СИТАК [2], в котором на многочисленных примерах показано, как оценивать и выражать неопределенности в количественном химическом анализе, в том числе и неопределенности измерений при некоторых способах аттестации СО.

Для аттестации стандартных образцов разработано Руководство ИСО 35 (далее Руководство ИСО) [3], в котором изложены общие статистические принципы, используемые при аттестации СО, перечислены источники неопределенностей аттестованных значений СО, на примерах проиллюстрированы способы оценивания неопределенностей аттестованных значений СО.

Однако использование Руководства ЕВРАХИМ/СИТАК [2] и Руководства ИСО [3] в качестве стандартов для разработчиков СО непосредственно на прак-

тике затруднительно по нескольким причинам:

1) трудности получения первоисточников;

2) не определен правовой статус этих документов в России;

3) фрагментарность изложений некоторых алгоритмов;

4) необходимость учета требований нормативных документов (НД), действующих в России.

В связи с вышеизложенным возникла необходимость разработки нормативного документа, регламентирующего процедуры оценивания неопределенностей измерений при аттестации СО. Решение создания такого документа поддержано членами совещания Органов Государственной службы стандартных образцов в 2005 г.

Для реализации решения по созданию соответствующего документа в программу Национальной

СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ № 3, 2006

16

Научно-методическая концепция

стандартизации на 2005 г. ФГУП «Уральский научно-исследовательский институт метрологии» включил тему «Разработка рекомендаций по метрологии "ГСИ. Оценивание неопределенностей аттестованных значений стандартных образцов"» (далее — рекомендации). В данной статье излагаются основные положения этих рекомендаций.

Цель разработки рекомендаций:

• Внедрение идей Руководства [1] и Руководства ИСО 35 [3] в практику разработки СО.

• Использование алгоритмов, изложенных в действующих НД по аттестации СО, к оцениванию неопределенностей аттестованных значений СО.

• Учет положений ГОСТ Р ИСО 5725 [4—8] при оценке приемлемости и согласованности результатов измерений.

В соответствии с Руководством [1] неопределенность измерений определяется как параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине. Основным параметром, характеризующим рассеяние результатов, в Руководстве [1] является стандартная неопределенность, т. е. неопределенность, выраженная в виде стандартного отклонения.

Применяются два вида оценок стандартной неопределенности [1]: оценки типа А и оценки типа Б. Оценки типа А получают статистическими методами по серии измерений, при этом стандартные неопределенности, оцененные по типу А, совпадают с оценками стандартного отклонения случайной погрешности (или характери-

стиками прецизионности). В этом случае подходы их оценивания можно использовать и для оценивания стандартных неопределенностей, что и было использовано в проекте рекомендаций.

При аттестации СО учитывают три источника неопределенности:

• неоднородность материала СО;

• нестабильность значений аттестуемой характеристики СО;

• способ установления аттестованного значения СО.

Для характеристики этих источников в рекомендации использованы следующие термины:

неопределенность аттестованного значения СО: параметр, характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны аттестуемой характеристике СО;

неопределенность способа аттестации СО, неопределенность способа: параметр, характеризующий рассеяние значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны результатам ее измерения при оценивании аттестованного значения СО по определенному способу аттестации СО;

неопределенность от неоднородности: параметр, характеризующий рассеяние значений аттестуемой характеристики в пробах материала СО фиксированного размера;

неопределенность от нестабильности: параметр, характеризующий изменение значения аттестуемой характеристики в течение срока годности экземпляра СО.

Эти неопределенности, выраженные в виде стандартных отклонений, называются соответственно как стандартная неопре-

деленность аттестованного значения СО, стандартная неопределенность способа, стандартная неопределенность от неоднородности, стандартная неопределенность от нестабильности.

Ниже представлены основные идеи, положенные в основу рекомендаций.

Оценка стандартной неопределенности от неоднородности

Оценивание стандартной неопределенности от неоднородности для СО проводится статистическими методами по серии измерений по тем же алгоритмам, как и в соответствующем документе по оцениванию характеристики погрешности от неоднородности [9] — методами однофак-торного дисперсионного анализа (для дисперсных материалов) и двухфакторного дисперсионного анализа (для монолитных материалов).

Оценка стандартной неопределенности от нестабильности

Оценивание стандартной неопределенности от нестабильности материала СО проводится по серии измерений по тем же алгоритмам, как и в соответствующем документе по оцениванию характеристики погрешности от нестабильности [10]. Стандартная неопределенность от нестабильности выражается через стандартное отклонение коэффициента линейной зависимости и срок годности экземпляра СО.

Оценка стандартной неопределенности от способа установления аттестованного значения СО

Стандартная неопределенность способа установления аттестованного значения СО (стандартная неопределенность способа) оценивается по различным

Certified Reference Materials № 3, 2006

Научно-методическая концепция

17

алгоритмам в зависимости от используемых при аттестации СО процедур.

Виды способов аттестации СО:

• аттестация СО по результатам, полученным в нескольких лабораториях (межлабораторная аттестация СО);

• аттестация СО по результатам, полученным в одной лаборатории (аттестация по аттестованной методике выполнения измерений) МВИ, аттестация с использованием эталона, аттестация по процедуре приготовления).

Межлабораторная аттестации СО

По характеру измеряемых величин МВИ можно разделить, пользуясь терминологией Руководства ЕВРАХИМ/СИТАК [2], на эмпирические и рациональные. В эмпирических МВИ измеряемая величина определяется самой методикой, в рациональных МВИ измеряемая величина не зависит от методики.

В связи с введением в РФ стандартов ГОСТ Р ИСО 5725 в рекомендациях предусмотрена процедура анализа рассеяния результатов, полученных в разных лабораториях, с учетом характеристик повторяемости и воспроизводимости, оцененных в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725 [5].

Очевидно, что для СО с аттестуемой характеристикой, определяемой эмпирической МВИ, при межлабораторной аттестации результаты измерений во всех лабораториях получают по одной МВИ. В этом случае в проекте документа (рекомендациях) предусмотрена только процедура оценки приемлемости результатов, полученных в каждой лабо-

ратории в условиях повторяемости, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 5725-6 [8] и согласованности средних результатов, полученных в условиях воспроизводимости.

В отличие от эмпирических МВИ для рациональных МВИ возможна ситуация, и она является предпочтительной, когда аттестуемая характеристика определяется по нескольким МВИ, основанных на различных физических или химических принципах. В этом случае наряду с проверкой приемлемости и согласованности результатов в проекте рекомендаций предусмотрена процедура проверки согласованности средних результатов, полученных по различным МВИ.

Аттестованное значение СО оценивается средним взвешенным значением с весами для среднего результата по МВИ обратно пропорциональным квадрату его стандартной неопределенности. Стандартная неопределенность способа аттестации оценивается по стандартным неопределенностям средних значений по МВИ.

Аттестация СО по результатам, полученным в одной лаборатории

В случае аттестации СО в одной лаборатории можно выделить два способа аттестации:

• по результатам прямых измерений (использование МВИ, аттестованной в соответствии с ГОСТ 8.563, и применение эталонов);

• по результатам косвенных измерений (аттестация по процедуре приготовления).

Если СО аттестуется в одной лаборатории по результатам прямых измерений, то в соответствии с требованиями ГОСТ 8.563

и ГОСТ Р ИСО 5725 при аттестации МВИ должны быть определены:

• стандартная неопределенность систематического смещения в данной лаборатории (включая систематическое смещение лаборатории и МВИ) [7];

• характеристики прецизионности (стандартная неопределенность повторяемости и промежуточной прецизионности) [8].

Аттестованное значение СО оценивается средним значением, полученным в условиях промежуточной прецизионности, а стандартная неопределенность способа оценивается по стандартной неопределенности систематического смещения и характеристикам прецизионности с учетом количества результатов измерений.

В случае аттестации СО по результатам косвенных измерений (аттестация по процедуре приготовления) аттестованное значение СО вычисляется по значениям входных величин, входящих в формулу его вычисления в зависимости от процедуры приготовления материала СО. Стандартная неопределенность способа оценивается по стандартным неопределенностям входных величин.

Наряду с основным параметром неопределенности — стандартной неопределенностью — в Руководстве [1] предусмотрено вычисление параметра, характеризующего неопределенность оценки стандартной неопределенности — количества степеней свободы. В проекте рекомендаций также приведены способы оценки количества степеней свободы для каждой стандартной неопределенности и суммарной стандартной неопределенности.

СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ № 3, 2006

18

Научно-методическая концепция

В проекте рекомендаций приведена оценка расширенной неопределенности аттестованного значения СО (аналог границы доверительного интервала погрешности), вычисляемая путем умножения суммарной стандартной неопределенности аттестованного значения СО на квантиль распределения Стью-дента СО степенями свободы суммарной стандартной неопределенности.

Литература

1. Guide to Expression of Uncertainty in Measurement. ISO, Geneva, 1993; (русский перевод: Руководство по выражению неопределенности измерения. Перевод с английского под редакцией В. А. Слаева. — ВНИИМ. — СПб, 1999).

2. EURACHEM/CITAC Guide Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement; (русский перевод: Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях. Руководство ЕВРАХИМ/СИТАК. Изд. второе. Перевод с английского под редакцией Л. А. Конопелько. — ВНИИМ. — С-Пб, 2002).

3. ISO GUIDE 35 Reference Materials — General and statistical principles for certification.

4. ГОСТ Р ИСО 5725-1—2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1. Основные положения и определения.

5. ГОСТ Р ИСО 5725-2—2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 2. Основной метод определения повторяемости и воспроизводимости стандартного метода измерения.

6. ГОСТ Р ИСО 5725-3—2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 3. Промежуточные показатели прецизионности стандартного метода измерения.

7. ГОСТ Р ИСО 5725-4—2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 4. Основные методы определения правильности стандартного метода измерений.

8. ГОСТ Р ИСО 5725-6—2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике.

9. ГОСТ 8.531—2002 ГСИ. Стандартные образцы монолитных и дисперсных материалов. Способы оценивания однородности.

10. Р 50.2.031—2003 ГСИ. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Методика оценки характеристики стабильности.

Авторы:

Налобин Д. П.

Кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник ФГУП УНИИМ. Направления деятельности:

разработка СО и НД по СО; аттестация МВИ; испытания СИ; аттестация испытательного оборудования; экспертиза технической документации на СО; имеет более 120 публикаций.

Телефон:

(343)350-60-08 E-mail:

ndp39@mail.ru.

Осинцева Е. В.

Кандидат химических наук, старший научный сотрудник ФГУП УНИИМ, имеет более 38 научных трудов.

Телефон:

(343) 350-60-08 E-mail:

metron@uniim.ru

Certified Reference Materials № 3, 2006

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.