Форум Файлы Блоги НТД Каталог СИ Справочник ГРСИ Компании Новости Работа Почта
Главная » Метрология » Измерения » Неопределенность измерений. Классификация.

Неопределенность измерений. Классификация.


Согласно концепции неопределенности, целью измерения является достоверная оценка параметров распределения вероятности, характеризующих измеряемую величину. Под этими параметрами чаще всего подразумевают среднее значение и стандартное отклонение.  
Упрощенно, можно сказать, что неопределённость измерений - это неуверенность в точности результатов измерения. Наша задача численно оценить степень этой неуверенности (неопределенности). Численная оценка неопределённости включает в себя два основных аспекта: в каких пределах вокруг результата измерения может находиться истинное значение измеряемой величины и с какой вероятностью оно в эти пределы попадает. 

По способу выражения неопределенность измерений подразделяют на абсолютную и относительную.

Абсолютная неопределенность измерения - неопределенность измерения, выраженная в единицах измеряемой величины.

Относительная неопределенность результата измерений - отношение абсолютной неопределенности к результату измерений.

По источнику возникновения неопределенности измерений, подобно погрешностям, можно разделять на инструментальные, методические и субъективные.

В «Руководстве по выражению неопределенности измерения» отсутствует классификация неопределенностей по характеру проявления неопределенности. В самом начале этого документа указано, что перед статистической обработкой рядов измерений все известные систематические погрешности должны быть из них исключены. Поэтому деление неопределенностей на систематические и случайные не вводилось.
Вместо него приведено деление неопределенностей по способу оценивания на два типа:

  • неопределенность, оцениваемая по типу А (неопределенность типа А) - неопределенность, которую оценивают статистическими методами;
  • неопределенность, оцениваемая по типу Б (неопределенность типа Б) - неопределенность, которую оценивают не статистическими методами.

Соответственно предлагается и два метода оценивания:

  • оценивание по типу А — получение статистических оценок на основе результатов ряда измерений;
  • оценивание по типу Б — получение оценок на основе априорной нестатистической информации.

На первый взгляд, кажется, что это нововведение заключается лишь в замене существующих терминов известных понятий другими. Действительно, статистическими методами можно оценить только случайную погрешность, и поэтому неопределенность типа А — это то, что ранее называлось случайной погрешностью. Аналогично, неисключенную случайную погрешность (НСП) можно оценить только на основе априорной информации, и поэтому между неопределенностью по типу Б и НСП также имеется взаимно однозначное соответствие.

Однако, введение этих понятий является вполне разумным. Дело в том, что при измерениях по сложным методикам, включающим большое количество последовательно выполняемых операций, необходимо оценивать и учитывать большое количество источников неопределенности конечного результата. При этом их деление на НСП и случайные может оказаться ложно ориентирующим.
Приведем два примера:

  1. Существенную часть неопределенности аналитического измерения может составить неопределенность определения калибровочной зависимости прибора, являющаяся НСП в момент проведения измерений. Следовательно, ее необходимо оценивать на основе априорной информации нестатистическими методами. Однако во многих аналитических измерениях основным источником этой неопределенности является случайная погрешность взвешивания при приготовлении калибровочной смеси. Для повышения точности измерений можно применить многократное взвешивание этого стандартного образца и найти оценку погрешности этого взвешивания статистическими методами. Этот пример показывает, что в некоторых измерительных технологиях в целях повышения точности результата измерения ряд систематических составляющих неопределенности измерений может быть оценен статистическими методами, т. е. являться неопределенностями типа А.
  2. По ряду причин, например, в целях экономии производственных затрат, методика измерения предусматривает проведение не более трех однократных измерений одной величины. В этом случае результат измерений может определяться как среднее арифметическое, мода или медиана полученных значений, но статистические методы оценивания неопределенности при таком объеме выборки дадут очень грубую оценку. Более разумным представляется априорный расчет неопределенности измерения по нормируемым показателям точности СИ, т. е. ее оценка по типу Б. Следовательно, в этом примере, в отличие от предыдущего, неопределенность результата измерений, значительная часть которой обусловлена влиянием факторов случайного характера, является неопределенностью типа Б.

Вместе с тем, традиционное разделение погрешностей на систематические, НСП и случайные также не теряет своего значения, поскольку оно точнее отражает другие признаки: характер проявления в результате измерения и причинную связь с эффектами, являющимися источниками погрешностей. 

Таким образом, классификации неопределенностей и погрешностей измерений не являются альтернативными и взаимно дополняют друг друга.
В Руководстве имеются и некоторые другие терминологические нововведения. Ниже приведена сводная таблица терминологических отличий концепции неопределенности от классической теории точности.


Термины — примерные аналоги концепции неопределенности и классической теории точности

Классическая теория Концепция неопределенности
Погрешность результата измерения Неопределенность результата измерения
Случайная погрешность Неопределенность, оцениваемая по тилу А
НСП Неопределенность, оцениваемая по типу Б
СКО (стандартное отклонение) погрешности результата измерения Стандартная неопределенность результата измерения
Доверительные границы результата измерения Расширенная неопределенность результата измерения
Доверительная вероятность Вероятность охвата (покрытия)
Квантиль (коэффициент) распределения погрешности Коэффициент охвата (покрытия)


Определения новых терминов, присутствующих в таблице:

  • стандартная неопределенность - неопределенность, выраженная в виде стандартного отклонения;
  • расширенная неопределенность - величина, задающая интервал вокруг результата измерения, в пределах которого, как ожидается, находится большая часть распределения значений, которые с достаточным основанием могут быть приписаны измеряемой величине.
    1. Каждому значению расширенной неопределенности сопоставляется значение ее вероятности охвата Р.
    2. Аналогом расширенной неопределенности являются доверительные границы погрешности измерений.
  • вероятность охвата - вероятность, которой, по мнению экспериментатора, соответствует расширенная неопределенность результата измерений.
    Аналогом этого термина является доверительная вероятность, соответствующая доверительным границам погрешности. Вероятность охвата выбирается с учетом информации о виде закона распределения неопределенности. 
  • коэффициент охвата - коэффициент, зависящий от вида распределения неопределенности результата измерений и вероятности охвата и численно равный отношению расширенной неопределенности, соответствующей заданной вероятности охвата, к стандартной неопределенности.
  • число степеней свободы - параметр статистического распределения, равный числу независимых связей оцениваемой статистической выборки.

 



Открыть в PDF   Версия для печати

Просмотров: 6246

Рейтинг: 3.4

Комментарии

Отсутствуют

Оставить комментарий