MI 3281-2010 Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията
1.1 Този документ е разработен, за да осигури обективна оценка на несигурността на измерването въз основа на GUM и може да се използва като въведение към приложенията към GUM и други документи, публикувани от JCGM [3, 4, 5, 6, 7].
1.2 Този документ, подобно на GUM, разглежда главно въпроси, свързани с изразяването на несигурност при измерването на количество, характеризирано с условна истинска стойност (JCGM 200:2008 (VIM) 2.11, бележка 3). GUM предлага използването на термина "истинска стойност" да бъде изоставено, но за да се избегнат възможни несъответствия и объркване, този термин се използва в този документ.
1.3 Допълненията към GUM и други документи на JCGM са предназначени основно за тълкуване на Насоките. Освен това те са основа за разширяване обхвата на ГУМ и стимулират неговото прилагане.
1.4 Този документ въвежда концепцията за несигурност на измерването, изяснява прилагането на GUM, измененията на GUM и други документи, свързани с GUM. Разглеждат се предимно въпроси, свързани с измерването на величини, характеризиращи се с непрекъснати променливи, като дължина, температура, време и количество вещество.
1.5 Този документ е приложим например за следните дейности:
- научни изследвания и свързаните с тях дейности;
- производствени и свързани с тях дейности;
- дейности на лаборатории за калибриране и изпитване, дейности по осигуряване на безопасност, опазване на здравето и околната среда;
- дейността на органите по акредитация и органите за метрологичен надзор.
1.6 Очаква се този документ да бъде полезен за разработчиците на различни видове продукти.Очевидно е, че ако при разработването на продуктите се вземат предвид всички изисквания (включително по отношение на измерванията), наложени в рамките на държавния метрологичен надзор, това опростява контрола на продуктите в производствения процес. Освен това документът може да представлява интерес за научната общност, като се има предвид постоянното нарастване на броя на университетите, които включват модули (дисциплини) в своите учебни програми, свързани с оценката на неопределеността на резултатите от измерванията. В резултат на това може да се очаква, че бъдещите поколения студенти ще разберат по-добре значението на концепцията за несигурност на измерването и измерванията като цяло.
1.7 Този документ, GUM, приложенията към GUM и други съществуващи документи могат да се считат за допълнения към „Международен метрологичен речник – основни термини и дефиниции“ и ISO 3534 (три части), който установява основните статистически концепции, използвани в статистиката и теорията на вероятностите, включително приложна статистика и експериментално моделиране. Това се дължи на факта, че математическата статистика и теорията на вероятностите са теоретичната основа за оценка на резултатите от измерването и оценка на неопределеността на измерването.
2 Нормативни справки
Този документ е тясно свързан със следните документи, разработени в рамките на Съвместния комитет за изготвяне на ръководства по метрология - JCGM и ISO. Ако даден документ е датиран, той се отнася за това конкретно издание. Ако не е посочена дата, се приема последното издание на документа (включително всички промени).
JCGM 100:2008. Оценка на резултатите от измерването - Ръководство за изразяване на неопределеността на измерването (GUM). Съвместен комитет за изготвяне на ръководства в областта на метрологията.
JCGM 101:2008. Степенрезултати от измерване - Приложение 1 към "Ръководство за изразяване на неопределеността на измерване" - оценка по метода Монте Карло. Съвместен комитет за изготвяне на ръководства в областта на метрологията.
JCGM 200:2008. Международен метрологичен речник - Основни понятия и термини, издание 3. Съвместен комитет за изготвяне на ръководства в областта на метрологията.
ISO 3534-1:2006. Статистика - Речник и символи - Част 1: Основни статистически термини и термини, използвани в теорията на вероятностите.
ISO 3534-2:2006. Статистика - Речник и символи - Част 2: Приложна статистика.
ISO 3534-3:1999. Статистика - Речник и символи - Част 3: Експериментално моделиране.
3 Какво представлява несигурността на измерването?
3.1 Целта на измерването е да се получи информация за количеството, което ни интересува, измерваната величина (JCGM 200:2008 (VIM) 2.3). Измерената стойност може да бъде обемът на съда, потенциалната разлика на клемите на батерията или концентрацията на олово в колба с вода.
3.2 Нито едно измерване не е абсолютно точно. Резултатът от измерването зависи от системата за измерване (JCGM 200:2008 (VIM) 3.2), метода на измерване, квалификацията на лицето, което извършва измерването, околната среда и други фактори [1]. Ако едно и също количество се измерва няколко пъти с един и същ метод и при едни и същи условия, тогава може да се види, ако измервателната система има подходяща разделителна способност, че резултатите от измерването се различават един от друг. Всеки от тези резултати може да се счита за действителната стойност на измерената величина.
3.3 Разсейването на резултатите при измерване на едно и също количество зависи от редица фактори. Средната стойност на резултатите от измерването може условно да се наречедействителната стойност на измереното количество (JCGM 200:2008 (VIM) 2.11), което е по-точно от резултатите от отделните измервания. Размерът на извадката и специфичните стойности на резултатите от измерването са информацията, която ви позволява да получите средната стойност, която е условно валидна стойност на измерената стойност. Тази информация обаче не е пълна.
3.4 Резултатите от измерването, получени с помощта на измервателната система, се различават от истинската стойност на измереното количество. Разликата между истинската стойност и приблизителния резултат от измерването понякога се нарича отклонение на измерването. Вземете домашни везни като пример. Да приемем, че балансът е неправилно настроен на нула, т.е. показват някакъв ненулев резултат при липса на товар. В този случай, за произволен брой измервания, такава систематична грешка ще има решаващ ефект върху средната стойност на резултатите от измерването. В същото време системната грешка, която е определена стойност, се разбира като неразделна част от грешката на измерване, която остава непроменена или естествено се променя в зависимост от друга стойност.
3.5 Има два вида грешки: систематични и случайни (JCGM 200:2008 (VIM) 2.19). Систематичната грешка (компонент на грешката на измерване, който остава постоянен или редовно се променя) се дължи на неточността на градуирането на скалата на измервателния уред. Проява на случайна грешка е, че при многократни измервания на една и съща стойност получените резултати се различават един от друг. Случайността на такава грешка се крие във факта, че резултатът от измерването не може да бъде предвиден въз основа на предишни резултати от измерване (ако бешеможе би също би било възможно да се приложи подходящо изменение). Има много причини за наличието на всеки тип грешка.
3.6 Основният проблем при измерването е необходимостта да се изрази най-добре какво се знае за измерваното количество.
Определянето на големината на систематичните и случайни грешки, заедно с възможно най-добрата оценка на стойностите на измерваната величина, е подход, който беше широко използван преди въвеждането на GUM. GUM предлага различен подход към измерването, по-специално чрез оценка на качеството на резултатите от измерването. Според GUM резултатът от измерването не е най-точната оценка на стойността на измереното количество, като се вземат предвид систематичните и случайни грешки, а най-точната оценка на стойностите на измереното количество, като се вземе предвид съответната несигурност на измерването.
3.7 Едно от основните положения на подхода, определен от GUM, е възможността за оценка на качеството на резултатите от измерванията, извършени съгласно методологията, предложена от GUM (виж 7.2), като се вземат предвид систематичните и случайните грешки.
Този подход ви позволява да изчистите информацията, получена чрез "анализ на грешката" и да извършите нейната последваща обработка, като използвате вероятностния метод и концепцията за несигурност на измерването.
3.8 Друга важна разпоредба на GUM е свързана с невъзможността за абсолютно точно определяне на истинската стойност на измерваната величина. Всъщност това определя степента на нашата увереност в това колко точно можем да направим това. Несигурността на измерването може да се определи като мярка за това доколко сме уверени, че знаем истинската стойност на дадено измерено количество. Такава несигурност е отражение на непълно познаване на измерваното количество. Понятието „увереност“ еизключително важно, тъй като премества метрологията в област, в която резултатите от измерванията се определят количествено и се оценяват с помощта на вероятностен подход, който отразява степента на „доверие“.
3.9 Всичко по-горе се отнася за директни измервания, които са доста редки на практика. Например, скалата в банята показва количеството напрежение на пружината, превърнато в условна стойност на измерената стойност, т.е. масата на човека, стоящ на кантара. Съотношението между силата на напрежение на пружината и масата на човека се определя от калибрирането (JCGM 200:2008 (VIM) 2.39).
3.10 Връзката, описана в параграф 3.9, е модел за преобразуване на дадена величина в резултат от измерване. Този модел се нарича модел на измерване (JCGM 200:2008 (VIM) 2.48) или просто модел. На практика има много видове измервания и съответните им измервателни модели. Дори за един тип измерване могат да се използват няколко измервателни модела. Прост модел (например пропорционален модел, при който масата е пропорционална на степента на напрежение на пружината) може да е достатъчен за измервания в домакинството. В същото време много по-усъвършенствани модели за измерване на тегло се използват за промишлени и научни цели, като се вземат предвид много допълнителни фактори, като въздушни течения. Обикновено е необходимо да се вземат предвид няколко от тези фактори наведнъж, например температура, влажност, местоположение на обекта, които влияят на резултата от измерването и се вземат предвид при извършване на измервания.
3.11 Ако не е възможно да се осигурят необходимите условия за извършване на измервания, моделът предвижда възможност за прилагане на съответните корекции. Корекциите трябва да отчитат големината на системната грешка (JCGM100:2008 (GUM) 3.2.4). Винаги има несигурност, свързана с оценката на отклонението, дори и да е нула. Пример за системна грешка може да бъде грешка при измерване на височина, дължаща се на отклонение на измервателния уред от вертикалната ос, както и разлика в температурата на околния въздух по време на измерването от предписаната. Размерът на отклонението от вертикалата, както и температурната разлика, не могат да бъдат точно определени, но все още има информация за тях. Например, известно е, че отклонението от вертикалата не трябва да бъде повече от 0,001 градуса, а температурата на въздуха в момента на измерване не трябва да се различава от необходимата с повече от 2 °C.
3.12 Резултатът от измерването може да зависи от момента на измерването, какъвто е случаят например с радионуклиди, разпадащи се с определена скорост. Моделът на измерване трябва да вземе предвид това явление, за да съотнесе резултатите от измерването с времето на тяхното изпълнение.
3.13 В допълнение към оценените стойности на измерваната величина, моделът използва и други видове данни. Някои видове данни се отнасят до количества, представляващи физически константи, които все още не са добре разбрани. Например константи на еластичност или температурни константи. Сертификатите за калибриране, справочниците и другата литература често съдържат данни, които могат да се използват като оценки на измерените стойности.
3.14 Данните, използвани от измервателния модел за определяне на стойностите на измерваната величина, се наричат входни данни (JCGM 200-2008 (VIM) 2.50). Моделът е модел на "функционални връзки" (JCGV 100:2008 (GUM) 4.1). Изходните величини на модела за измерване (JCGM 200:2008 (VIM) 2.51) са измерени величини.
3.15 Формално, изходната стойност U , за която се изисква да се получи информация, е свързана със стойностите на първоначалните количества, означени с X1, ..., Xn, информацията за които е достъпна за измервателния модел (JCGV 100:2008 (GUM) 4.1.1), изразена чрез функцията (JCGM 200:2008 (VIM) 2.49)
3.16 Като цяло моделът на измерване (JCGM 200:2008 (VIM) 2.48, бележка 1) е