Представление о качестве измерений

Оценка уровня качества измерений нужна, например, при сопоставлении конкурирующих методик измерений. Принципиальная особенность измерений как объекта оценки качества заключается в том, что мы имеем дело с технологическим процессом информационного характера, направленным на получения результата измерений. (К подобным процессам можно отнести книгопечатание, фотографическую съемку, научный доклад и др.). В оценивании качества технических процессов, направленных на получение и выдачу информационных результатов, имеет место не только информационная, но и техническая стороны. Книга с отличным содержанием может быть напечатана слепым шрифтом на плохой бумаге, хорошая музыка нереализуема в помещениях с плохой акустикой и т.д. Дополнительной особенностью измерений как процесса получения и применения информации является различие масштабов их рассмотрения: можно оценивать организацию и проведение измерений в рамках международных, отдельной страны, субъекта хозяйствования или измерения одной физической величины конкретным оператором.

Реализация измерений некоторой физической величины может различаться применяемыми средствами, условиями, операторами, числом наблюдений и методиками их обработки. Сложность объекта оценивания уровня качества может привести к появлению ряда более узких задач. В частности, поскольку комплексная оценка качества измерений представляется весьма сложной, можно применять дифференциальные методы оценки с привлечением значительного количества показателей.

Под качеством измерения подразумевается наиболее общее его свойство, которое обеспечивает требования исполнителя и потребителя к результату и процессу его получения. Более простые свойства, из которых складывается качество измерений, можно представить как точность и достоверность результата, а также экономичность и безопасность его получения.

Очевидно, что точностьизмерений является необходимым условием использования их результатов. Обеспечение точности измерений заключается в установлении требуемого соотношения допустимой погрешности измерений [Δ] и предельного значения реализуемой в ходе измерений погрешности Δ

Δ ≤ [Δ].

Достоверность результата измерений, которая определяет уровень доверия к нему, имеет множество аспектов, в том числе связанных с вероятностным характером измерительной информации, со степенью адекватности отражения результатом исследуемой физической величины и др.

Экономичность измерений – многоаспектное свойство, которое учитывает производительность и себестоимость измерений, оплату работы оператора, средств измерений, их эксплуатации, включая организацию и поддержание условий в зоне измерения и др.

Безопасность измерений считают удовлетворительной, если риски нежелательных последствий имеют приемлемый уровень. Опасности процесса измерений могут быть связаны с измеряемым объектом, а также с применяемыми средствами измерений. Опасными объектами являются те, которые характеризуются высокими давлениями, механическими и электрическими напряжениями, силой тока, радиоактивностью и другими энергонасыщенными свойствами, вне зависимости от того, являются ли они измеряемыми величинами. Источниками опасности в применяемых средствах измерений могут быть энергетически насыщенные явления, используемые для измерительных преобразований (например, высокие напряжения электронных мониторов, рентгеновское излучение, когерентные пучки оптических частот и другие).

В литературе широко употребляют такие свойства измерений, как точность, правильность, неопределенность, сходимость и воспроизводимость измерений. Кроме того, при рассмотрении измерений в рамках международных или страны (отрасли, концерна…) достаточно внимания уделяют таким свойствам, как единство измерений и единообразие средств измерений.

В РМГ 29 –99 содержатся термины и определения, характеризующие свойства измерений.

Точность результата измерений(точность измерений) – одна из характеристик качества измерения, отражающая близость к нулю погрешности результата измерения.

Неопределенность измерений– параметр, связанный с результатом измерений и характеризующий рассеяние значений, которые можно приписать измеряемой величине.

В примечаниях отмечено, что определение взято из Международного словаря основных и общих терминов в метрологии ИСО, 1993 (VIM – 93). В VIM—93 сказано, что в качестве параметра может быть использовано стандартное отклонение (или число, кратное ему) или половина интервала, имеющего указанный доверительный уровень. Там же говорится, что неопределенность включает множество составляющих. Некоторые из этих составляющих могут быть оценены эмпирическими стандартными отклонениями, рассчитанными по результатам статистически распределенной серии измерений. Другие составляющие могут оцениваться отклонениями, рассчитываемыми на основании данных эксперимента или другой информации.

Из сказанного ясно, что неопределенность измерений может рассматриваться как составляющая более общего свойства – точности измерений.

Сходимость результатов измерений (сходимость измерений) – близость друг к другу результатов измерений одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью.

Примечание — Сходимость измерений двух групп многократных измерений может характеризоваться размахом, средней квадратической или средней арифметической погрешностью.

Высокий уровень сходимости результатов в одной серии, полученной с использованием одной методики выполнения измерений, соответствует малым значениям случайных погрешностей при многократных измерениях. размах результатов измерений R в серии можно использовать в качестве упрощенной оценки сходимости.

R = X_max – X_min,

где X_max и X_min – наибольший и наименьший результаты в серии.

Оценкой сходимости двух групп (серий) многократных измерений может быть близость размахов или погрешностей (средних квадратических, средних арифметических).

Геометрические представления о размахе R результатов измерений можно получить с использованием точечной диаграммы результатов многократных измерений одной и той же физической величины. Анализ точечных диаграмм рассмотрен в одном из следующих разделов.

Воспроизводимость результатов измерений (воспроизводимость измерений) – близость результатов измерений одной и той же величины, полученных в разных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.).

Воспроизводимость можно оценить, например, после выполнения нескольких серий многократных измерений одной и той же физической величины с использованием разных методик выполнения измерений. В качестве оценок воспроизводимости могут служить разности средних значений в сериях, средних квадратических погрешностей серий, разности экстремальных результатов разных серий и другие оценки.

Единство измерений – состояние измерений, характеризующееся тем, что их результаты выражаются в узаконенных единицах, размеры которых в установленных пределах равны размерам единиц, воспроизводимых первичными эталонами, а погрешности результатов измерений известны и с заданной вероятностью не выходят за установленные пределы.

Представим свойства, определяющие качество измерений (процесса измерений, измерительной процедуры) в виде иерархической структурной схемы (рисунок 4.2), ограничившись для начала тремя уровнями.

КАЧЕСТВО ИЗМЕРЕНИЙ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

ЭКОНОМИЧНОСТЬ

БЕЗОПАСНОСТЬ

ТОЧНОСТЬ

ДОСТОВЕРНОСТЬ

БЕЗОПАСНОСТЬ ОПЕРАТОРА

БЕЗОПАСНОСТЬ ОКРУЖЕНИЯ

СЕБЕСТОИМОСТЬ

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ

Рисунок 4.2 – Схема свойств, определяющих качество измерений (три уровня)

 

Для первого уровня схемы предлагается три блока свойств: «техническая эффективность», «экономичность» и «безопасность». Предложенное разделение свойств объектов основано на том, что проектирование любого процесса направлено на достижение определенной технической цели итолькопосле получения положительного результата ставятся вопросыо снижении затрат и повышении безопасности (если последнее необходимо). Кроме того, экономические расчеты всегда отделяли от «технических», а что касается безопасности, она давно выделилась в некую особую сферу и даже обзавелась собственной системой стандартов.

На третьем иерархическом уровне комплексные свойства второго уровня могут быть разделены на менее сложные свойства. Техническая эффективность измерений может быль декомпонирована на точность и достоверность, экономичность измерений – на себестоимость и производительность, а безопасность – на безопасность оператора и безопасность окружения. Декомпозиция может быть продолжена на более простые свойства с конкретными наименованиями, входящие в вышестоящие группы свойств. При анализе экономичности следует рассматривать проектирование МВИ, подготовку и проведение измерений, включая обработку результатов. При анализе безопасности обращают внимание на безопасность оператора, ближайшего и дальнего окружения (включая экологическую безопасность), причем необходимо учитывать как непосредственные опасные воздействия, так и отдаленные последствия в виде слабых, накапливающихся и/или отложенных неблагоприятных результатов.

В настоящее время нет общепринятых подходов к оценке качества измерений, потому предложенные материалы (схема, свойства, рекомендации по декомпозиции качества) подлежат дальнейшему развитию и совершенствованию.