Все о неопределенности измерений: понятие, типы, расчеты и оценивание

Согласно ГОСТ ISO/IEC 17025-2019 п. 7.6.3:

Лаборатория, выполняющая испытания, должна оценивать неопределенность измерений. В тех случаях, когда метод испытаний исключает строгую оценку неопределенности измерений, оценивание должно проводиться на основе понимания теоретических принципов или практического опыта выполнения метода.

По ГОСТ 34100.3-2017/ISO/IEC Guide 98-3:2008 Неопределенность измерений, Часть 3, Руководство по выражению неопределенности измерения:

Неопределенность измерения, представляет собой выражение того факта, что для данной измеряемой величины и для данного результата измерения существует не одно, а бесконечное множество значений, рассеянных вокруг результата измерения, которые согласуются со всеми наблюдениями и исходными данными.

Слово "неопределенность" означает сомнение, и, таким образом, в широком смысле "неопределенность измерения" означает сомнение в достоверности результата измерения.

Под оценкой неопределенности измерений понимают расчет диапазона значений, в пределах которого может с той или иной степенью достоверности находиться истинное значение результата измерения.

Общий подход к оценке неопределенности измерений состоит с следующем (Р 50.1.062-2007 Неопределенность при повторных измерениях и иерархических экспериментах):

1. Разрабатывают математическую модель (функцию) процесса измерений или измерительной системы, которая связывает входные величины, включая воздействующие величины, с выходной величиной (измеряемой величиной). Во многих случаях эту модель можно описать формулой (или формулами), которую используют для вычисления результата измерений с учетом, при необходимости, случайных воздействий, воздействий внешних условий и других, таких как корректировка смещения, которая может повлиять на результат измерений.
2. Определяют наилучшую оценку и соответствующую стандартную неопределенность (неопределенность, выражаемую через стандартное отклонение) для функции, описывающей модель измерительной системы.
3. Оценивают вклад каждой входной величины в стандартную неопределенность результата измерений. Эти вклады должны учитывать неопределенность, соответствующую случайным и систематическим воздействиям входных величин, и могут предусматривать более детальные оценки неопределенности.
4. Объединяют стандартные неопределенности для получения суммарной стандартной неопределенности результата измерений. Эту оценку неопределенности выполняют, используя закон распространения неопределенности или общие аналитические, или численные методы, если условия для закона распространения неопределенности не выполняются или отсутствует необходимая информация.
5. При необходимости стандартную неопределенность результата измерений умножают на коэффициент охвата для вычисления расширенной неопределенности и, таким образом, получают интервал, который накрывает значения измеряемой величины с заданным уровнем доверия.

В зависимости от особенностей измеряемой величины различают два подхода к оценке неопределенности:

• оценка неопределенности по типу А, основанная на проведении повторных измерений и обработке их результатов с использованием статистических методов; данный подход применим в случае, если выбранный для проведения оценки неопределенности образец объекта анализа стабилен во времени по составу и свойствам;
• оценка неопределенности по типу В, основанная на использовании данных о неопределенности, полученных из источников (нормативная - техническая документация, свидетельства о поверке и калибровке оборудования и т.д.); в данном случае для оценки неопределенности не применяют статистические методы.

В случае прямых однократных измерений (например, длинна измеренная рулеткой), погрешность СИ на самом деле является единственным показателем, влияющим на результаты измерений (только она войдет в показатель неопределённости).

В случае прямых многократных измерений для расчета неопределённости полученного результата можно использовать ГОСТ Р 8.736-2011 Измерения прямые многократные Методы обработки результатов измерений. Основные положения, где имеется термин «погрешность измерений», что тоже в каком-то роде может являться неопределенностью.

В большинстве свежих методик измерений, разработанных недавно прописана методика расчета неопределённости измерений, даже рассчитана сама расширенная приписанная неопределённость для этой методики.

Но как поступать со старыми методиками измерений, в которых и понятия такого нет как «неопределенность»? Необходимо рассчитывать самим, учитывая, что в процессе получения результата может использоваться несколько единиц оборудования, например, для измерения наличия пыли в воздухе (пробоотборник, весы для взвешивания фильтров, секундомер для отчета времени отбора, рулетка для измерения высот отбора, прибор для контроля параметров окружающей среды) или химический анализ, где для приготовления образца участвует мерная лабораторная посуда (пипетки, бюретки, колбы мерные). Вклад их в общую неопределённость результата возможно будет минимален, но его так же необходимо учитывать, т.к. все это оборудование участвовало в проведении измерений и влияло на полученный результат.

Здесь мы опять возвращаемся к «прослеживаемости» результата измерений, и требование о калибровке оборудования становится актуальным для расчета неопределённости по типу В. Ведь прописанная погрешность оборудования в паспортах на оборудование является общей, а как на самом деле работает используемая единица оборудования, с какой погрешностью на интервале (на котором проводились измерения) можно узнать только, проведя калибровку оборудования. 

Очень распространённая ошибка испытательных лабораторий заключается в том, что в расчете неопределенности при оценке методике для применения теряется и не учитывается именно это мелкое, вроде незначительное оборудование.

Так же у многих лаборатории имеются свои разработанные «правила принятия решений» или такие правила им предоставляет заказчик для внесения в протокол измерений информации о соответствии образца испытаний или продукции. И если доверительная вероятность, представленная заказчиком мала, то и решение, принятое лабораторией, «соответствует/не соответствует» результат испытаний норме, на основе полученного результата плюс неопределённость будет неверен. А за это решение, указанное в протоколе, как и за достоверность результата измерения несет ответственность испытательная лаборатория.

Более подробно про принципы и подходы к оцениванию неопределенности измерения величин Вы сможете узнать на наших обучающих курсах