Поиск по сайту:
Главная страница » Каталог статей » О метрологии » В.М. Лобанков, О цели и результате измерений

О цели и результате измерений




В.М. Лобанков

В статье предлагается пересмотреть и уточнить в общей теории измерений определение понятия «результат измерений» и «основное уравнение измерений» во взаимосвязи с целью измерений.

Достоверная исходная измерительная информация является основой любой формы управления, анализа, прогнозирования, планирования, контроля и регулирования. Она особенно важна, например, в научных исследованиях, при изучении природных явлений, при оценке ресурсов любой страны с целью определения их запасов, контроля за их рациональным извлечением и использованием, а также с целью охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности и т.д.

С 2009 г. введен в действие Федеральный Закон № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений», в котором сформулировано определение понятия «измерение» - это «совокупность операций, выполняемых для определения количественного значения величины». Из данного определения следует, что целью измерений любой величины является «определение количественного значения этой величины». К сожалению, в Законе не уточняется о каком единственном значении величины идёт речь. Поскольку в данном Законе не регламентировано понятие «результат измерений величины», то допускается вольность в толковании и представлении этого самого «количественного значения величины» после выполнения измерений.

В теории измерений постулируется существование «истинного значения величины», определение которого невозможно вследствие неидеальности измерительного процесса [1, 2]. Тем не менее, целью любого измерения объявляется поиск именно истинного значения измеряемой величины [1, 3, 9], вряд ли другая цель приемлема и именно к ней следует стремиться.

Действительно, в общем случае истинное значение измеряемой величины только в виде одного единственного числового значения определить невозможно. Однако можно искать интервал на числовой оси, в котором может оказаться истинное значение измеряемой величины [1, 2]. В этом случае указанная цель становится достижимой, так как интервал (как совокупность чисел) для истинного значения всегда может быть найден. Если такой интервал найден, то цель достигнута, а это и есть результат любого законченного измерительного процесса. Очевидно, цель и результат измерений тесно взаимосвязаны, результат рассматривается как факт достижения цели.

Если общие эти рассуждения перенести на конкретный объект измерений, то в качестве измеряемой величины принимается конкретный измеряемый параметр модели объекта, которая всегда неадекватна самому объекту [1, 2, 3, 6, 8, 9]. Целью и результатом измерений будет интервал для истинного значения параметра принятой модели объекта измерений в соответствии с поставленной задачей. Свойство измерительного процесса, отражающее близость измеренного значения (значения, приписанного    измеряемой    величине) к истинному значению измеряемой величины, характеризуется погрешностью измерений (измерительного процесса как совокупности операций). Причем различают истинное, оцененное и нормированное значения погрешности измерений [2].

Истинное значение погрешности измерений определяют (задают) только при математическом моделировании измерительного процесса и оно всегда может быть известно с точностью до единицы последней значащей цифры.

Оцененное значение суммарной границы неисключённой систематической и случайной составляющих погрешности вычисляется в соответствии с принятой «Методикой измерений» в процессе или после измерений.

Нормированные значения границ погрешности не вычисляются, приписываются любому измерительному процессу до выполнения технических измерений. Оцененные значения систематической погрешности измерений не рассматриваются, так как они исключаются путем введения поправки в первоначально измеренное значение. В итоге снова остаются лишь границы для неизвестной неисключённой систематической составляющей и случайной составляющей погрешности измерений.

Обычно в измерительной практике под «результатом измерений» понимают «измеренное значение величины» - «искомое значение величины, полученное путем сопоставления измеряемой величины с её единицей» [1]. Логично сравнивать именно истинное и измеренное значения величины, не называя второе укоренившимся словосочетанием «результат измерений». Нелогично словосочетание «Погрешность результата измерений», так как вызывает недоумение то, что вроде бы результат и получен, но всё же это ещё не результат, поскольку существует еще «его погрешность». Можно говорить о «погрешности измеренного значения величины (параметра)», но лучше просто о «погрешности измерений» без её отрыва от самого «измеренного значения».

В рекомендации по международной стандартизации РМГ 29-99 определено: «Результат измерений - значение величины, полученное путем ее измерения» [4]. Также здесь рассматривается одно значение. Такое же определение было регламентировано в отменённом ГОСТ 16263-70 «ГСИ. Метрология. Термины и определения» и в словаре-справочнике [5].

Из представленных определений следует: если по смыслу «измеренное значение величины» уже является «результатом измерений» (результатом законченного измерительного процесса), то нет никакой необходимости дополнительно указывать сведения о какихто границах возможной погрешности выполненных измерений. Обычно указывается только числовое значение измеряемой величины с округлением до «разумного» количества значащих цифр (часто и без округления) и через пробел добавляется буквенное обозначение единицы этой величины. Очевидно, в таком случае представляется только часть информации о выполненном измерительном процессе и умалчиваются сведения о границах возможной погрешности, являющихся одновременно показателями качества выполненных измерений.

На необходимость более полного представления информации о завершенном измерительном процессе специалисты в области теории измерений уже высказывались. Например, в [6] отмечено: «если результат измерений объявляется без указания его погрешности, то этим не сообщается никакой информации и такие сведения не имеют смысла».

С таким высказыванием трудно не согласиться. Если в представленном результате измерений какой-либо величины отсутствуют какие-либо сведения о границах возможной погрешности выполненных измерений, то тем самым подразумевается равенство измеренного и истинного значений этой величины, что противоречит основам метрологии. Измерения без погрешностей быть не могут, надо только правильно (по установленным правилам) определять границы их возможных числовых значений и указывать рядом с измеренным значением величины.

Косвенное указание на необходимость представления результата измерений с указанием границ погрешности имеется и в Законе № 102-ФЗ. В Статье 2 «Основные понятия» записано: «Методика (метод) измерений - совокупность конкретно описанных операций, выполнение которых обеспечивает получение результатов измерений с установленными показателями точности».

В учебнике [1] «интервальные оценки истинного значения измеряемой величины» рассмотрены в главе «Обработка результатов измерений», где одновременно приводится пример «(0,530±0,076) кОм», который назван «результатом измерений». Такое противоречие не возникло бы, если глава была бы названа «Обработка измеренных значений» или «Формы представления результатов измерений». В [7] запись «L = 37,5 ± 0,5 мм» также интуитивно названа «результатом измерений», не взирая на рекомендации [4].

В рекомендации [8] формы представления «результата измерений» и «характеристик погрешности измерений» рассматриваются отдельно, тем не менее, в представленных примерах этих форм они также рассматриваются совместно. Термин «Результат измерений» используется со ссылкой на [4]. Помимо вероятностной характеристики в виде «границы, в пределах которых погрешность измерений находится с заданной вероятностью», предусматриваются статистические характеристики. Это среднее квадратическое отклонение (СКО) случайной и (или) неисключённой систематической составляющей погрешности измерений; нормализованная автокорреляционная функция случайной составляющей погрешности измерений. По известным оценкам СКО всегда могут быть вычислены доверительные границы погрешности измерений и результат измерений может быть представлен в виде интервала на оси измеряемого параметра.

Например, истинное значение измеряемой длины предмета как расстояние между торцами идеально гладких плоско-параллельных поверхностей, измеренное штангенциркулем, может оказаться в интервале (196,7±0,1) мм с доверительной вероятностью 0,95.

Такая форма представления результата измерений параметра объекта (вернее модели объекта) логична и наиболее полно отражает суть измерительного процесса. Здесь 196,7 мм - измеренное значение длины предмета, ±0,1 мм - границы абсолютной погрешности при доверительной вероятности 0,95 как показатель качества выполненных измерений.

Результат измерений - это интервал от 196,6 мм до 196,8 мм для истинного значения измеряемой длины. Цель измерений достигнута. При измерениях бытовой рулеткой качество измерений длины того же самого предмета было бы на порядок хуже, а результат измерений был бы представлен как интервал (197±1) мм.

Если доверительная вероятность не указывается, то «по умолчанию» её следует считать равной 1. Из данного примера видно всё преимущество представления «результата измерений» не в виде одного числа - измеренного значения параметра модели объекта, а интервалом на числовой оси. Очевидно, что качество первого результата выше качества второго результата.

На бытовом уровне, например, в розничной торговле такой подход к представлению результата измерений также чрезвычайно важен.

Если на упаковке с сахаром было бы написано «1000±15 г», то покупателю ясна степень неточности навески содержимого в упаковке при принятии решения о покупке товара. Он надеется, что масса сахара в упаковке не должна быть менее 985 г с вероятностью 1.

Если на упаковку нанесена надпись «Масса 1 кг» или просто «1 кг», то от покупателя утаивается информация о степени неточности навески, что противоречит Федеральному Закону «О техническом регулировании», требующему подтверждение соответствия реальных значений параметров товара установленным нормам.

Страница 1 из 3 Следующая

Добавить комментарий


Главная страница » Каталог статей » О метрологии » В.М. Лобанков, О цели и результате измерений