Обработка результатов измерений

Прямыми называются измерения, в результате которых искомое значение ФВ находят непосредственно из опытных данных. Прямые измерения осуществляются путем многократных наблюдений. Прямые многократные равноточные измерения – это измерения, кот. провод-ся СИ одной и той же точности по одинаковой методике при неизменных внешних усл-х. Обработка результатов многократ-х измерений пров-ся в соответ-вии с ГОСТ 8.207—76 и содержит след. этапы:

1.Путем введения поправок исключают известные систематиче­ские погрешности из результатов наблюдений.

2. Вычисляют среднее арифметическое X исправленных ре­зультатов наблюдений, принимая его за оценку истинного значе­ния измеряемой величины.

3. Вычисляют оценку S_x среднего квадратического отклонения(СКО) результатов наблюдения и оценку среднего квадратического от­клонения среднего арифметического S_x.

4. Проверяют гипотезу о нормальности распределения резуль­татов наблюдения. Если число результатов n>50, используют критерии Пирсона при 15<n<50 — составной критерии. При n<15 нор­мальность распределения не проверяется.

5. Вычисляют доверительные границы случайной погрешности ε. Если удалось идентифицировать закон распределения, то с его использованием нах-т квантильный множитель Z_p при заданном значении доверительной вероят-ти. Тогда ε= ±Z_p ∙ S_x

6. Определяют границы неисключенной систематической по­грешности θ. Она состоит из погреш­ности метода, погрешности средств измерений (например, пределы допускаемой основной и дополнительных погрешностей, если их случайные составляющие пренебрежимо малы) и погрешности, вызванные другими источниками. При суммировании составляю­щих неисключенные систематические погрешности средств измере­ний рассматриваются как случайные величины.

7. Определение доверительных границ погреш-ти рез-та измерения.

Если θ/ S_x <0,8, то неисключенными системат-ми погрешностями по сравнению со случайными пренебрегают и принимают, что граница погрешности результата = ε.

Если θ/ S_x >8,то случайной погрешностью по сравнению со систематическими пренебрегают и принимают, что = θ.

8. Запись результата измерений. Х=Х± ,Р.

За результат однократного измерения принимают значение величины, полученное при измерении. Составляющими погрешности результата однократного измерения являются погрешности СИ, метода, оператора, а также погрешности, обусловленные изменением условий измерения.

Погрешность результата однократного измерения чаще всего представлена неисключенной систематической погрешностью(НСП) и случайными погрешностями. Неопределенность результата однократного измерения может быть представлена стандартными неопределенностями, оцениваемыми по типам А и В.

Характеристикой НСП могут быть:- границы ± НСП;

- доверительные границы.

Характеристикой случайных погрешностей могут быть:

- СКО;- доверительные границы.

Погрешности метода и оператора должны быть определены при разработке и аттестации конкретной МВИ.

При косвенных измерениях значение искомой величины полу­чают на основании известной зависимости, связывающей ее с другими величинами, подвергаемыми прямым измерениям.

 

8.Неопределенность результата измерения(НРИ).

Возникнов-е концепции НРИ явл-ся попыткой сформулировать более общий подход по сравн-ю с понятием погрешность, т.е. универс. подход к оценке кач-ва измер-я. В 1978 Междунар. Комитет мер и весов (МНМВ) обратился к междунар. бюро мер и весов с просьбой рассм-ть проблему отсутствия единства по выр-нию неопр-сти измер-ий. Цель проводимой работы состояла в том, чтобы к узнаваемой во всем мире процедуре выр-ния измерит. неопр-сти и объед-я ее частных компонентов в одну общую неопр-сть.

В 1993 г. от имени семи междунар. орг-ций, в том числе МКМВ, МЭК, ИСО, МОЗМ, было издано «Рук-вопо выр-нию неопр-сти измер-ий». Целями Рук-ва были:

· обеспеч-е полной инф-ции о том, как составлять отчеты о неопр-сти измер-ий;

· предст-е основы для междунар.сопоставления рез-тов измер-й;

· предоставление универс. м-да для выр-ния и оценивания неопр-сти измер-й, прим-мого ко всем видам измер-ий и всем типам данных, исп-мых при измерениях.

В 1999 подписанная договоренность о признании нац.эталонов и сертификатов калибровки обязывает всех участников исп-ть рук-во в пр-ссе сличения нац.эталонов.

В 2003 г. введены в дейс-е Реком-ции по межгос-ной станд-ции РМГ 43-2001 «Прим-ние «Рук-ва по выр-нию неопр-сти измер-ий», в кот-ом содерж-ся осн.пр-пы и подходы к оценке неопр-сти измер-ий. Рук-во реком-ет выр-ть хар-ки точности измер-й в пок-лях неопр-сти измер-ий, а не в пок-лях погреш-сти измер-ий, принятой в отечеств. метрологич. практике. Вместо понятия истинное знач-е измеряемой вел-ны ввод-ся понятие оцененное знач-е. Вместо деления погреш-тей по природе их появл-я на систематич-ие и случ-ые ввод-ся деление по сп-бу оценив-я неопр-стей – м-дами мат.стат-ки или иными м-дами.
В Рук-ве вместо понятия «погреш-сть измер-ия» ввод-ся понятие «неопр-сть измер-ия». При этом неопр-сть измер-ия трактуется в двух смыслах:

· В широком смысле как «сомнение» отн-но достоверности рез-та измер-ия. Напр., сомнение в том, наск-ко точно после внесения всех поправок рез-т измер-я предст-ет зн-ние измеряемой вел-ны.

· В узком смысле неопр-сть измер-я поним-ся как параметр, связ-ый с рез-том измер-ия, кот-ый хар-ет разброс зн-ий, кот-ые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине.

Т.к. неопр-сть отражает отсутствие точного знания об измеряемой вел-не, то рез-т измер-я явл-ся лишь оценкой зн-ния измеряемой вел-ны. Такая оценка будет полной только тогда, если рядом указана уст-ная неопр-сть. Предложенный в рук-ве м-д оценки позволяет указать интервал на шкале измер-я(с опр.ур-нем доверия), в пределах кот-го нах-ся зн-ние измеряемой вел-ны.

Составляющие НРИ м.б. вызваны след.причинами: неполное описание измеряемой вел-ны, несовершенство м-да измер-я, неполное предст-е о влияющих вел-нах, несовершенство измер-я этих вел-н, субъективные погреш-сти оператора, конечная разрешающая сп-бность СИ, неточность алгоритма обр-ки данных.

Сост-щие НРИ явл-ся неопр-стями вход.вел-н, оценки кот-ых обозн-им х1,х2,…хn. Тогда оценка зн-ния измеряемой вел-ны: y=f(х1,х2,…хn). В кач-ве этого параметра в рук-ве исп-ют: стандартную, суммарную и расшир-ую неопр-сть.

В завис-сти от сп-ба оценки числ.зн-ний сост-щих НРИ они разделены на две категории: 1)оценка по типу А – м-д оценив-ия неопр-сти путем стат. анализа рядов набл-ний(хар-ся экспериментальными стандартными откл-ями);
- оценка по типу В – м-д оценив-я иным способом, чем стат. анализ рядов наблюдений(прим-ся аппарат субъективной теории вероятности).

Рук-во рассм-ет след.виды неопр-стей:

Стандартная неопр-сть u(х) – неопр-сть рез-та измер-я, выр-ная в виде стандартного откл-я S(x) и опр-ся для оценки сост-щих неопр-сти по типам А и В: u(х)= S(x).

Суммар. стандартная неопр-сть uc(y) – это стандартная неопр-сть рез.та измер-я, кот-ое выч-ся через стандартные откл-я некоррелир-ых вел-н хi, взвешенных в соотв-ии с тем, как изм-ся рез-т измер-я у в завис-сти от изм-я этих вел-н: , где - коэф.влияния i-ой вел-ны, т.е. он показ-ет на сколько изм-ся

Расшир.неопр-сть – вел-на, опр-щая ширину интервала вокруг рез-та измер-я, в пределах кот-го нах-ся большая часть распредел-я зн-ний, кот. С достаточной вер-стью м.б. приписаны измеряемой вел-не.Эта часть распредел-я может рассм-ся как ур-нь доверия для интервала и рассч-ся путем умнож-я суммарной стандартной неопр-сти uc(y) на коэф.охвата k: U=k* uc(y).

Подход может прим-ся для всех видов измер-ий.

Погреш-сть рез-та измер-я — откл-е рез-та измер-я от истинного (действит-го) знач-я измеряемой вел-ны.
НРИ - параметр, кот-ый может быть обоснованно приписан измеряемой вел-не, т.е. понятие НРИ сосредотачивает внимание на рез-те измер-я и оценке его кач-ва.

НРИ должна быть единств. хар-кой точности конкр.рез-та измер-я в большинстве метрологич. ситуаций: при сличении нац.эталонов, при градуировке и калибровке СИ, при построении поверочных схем и при опр-нии точностных характеристик МВИ. Погрешностью могут хар-ся нормативы точности СИ, измерит. и контр.процедур: это погрешность рез-та измер-я в МВИ, при поверке СИ.

Осн.различия между концепциями погрешности и неопр-сти

Концепция погрешности	Концепция неопр-сти
Базов.понятие-истинное зн-ние измеряемой вел-ны и погрешность	Отход от понятия истинное зн-ние измер-ой вел-ны в силу его непознавания вслед-ствие чего погрешность теряет смысл
Измер-е - сравнение с мерой	Сравн-е с мерой-один из сп-бов измер-я опр.вел-ны
Исп-ся аппарат частотной теории вероятности(вер-сть хар-ет частоту событий)	Распредел-е вероятностей явл-ся кол-ной картиной для оценивания измеряемой вел-ны в соотв-ии с имеющейся инф-цией, т.е. исп-ся аппарат классич.теории вероятности
Модель измер-я y=Q±∆, где Q-действит. или истинное зн-ние измеряемой вел-ны, ∆- погрешность	Модель измерения y=f(х1,х2,…хn), т.е.учитыв-ся все влияющие вел-ны и их взаимодействие в пр-ссе измерения

9. Система обеспечения единства измерений.

Кач-во измер-й – совокуп-ть св-в состояния измер-я, обеспеч-щая получение рез-тов измер-я с требуемой точностью в установленные сроки в необходимом виде.

К основным св-вам кач-ва измерения относят:

1) точность измер-я -характеристика, отражающая близость к истинному знач-ю рез-та измер-я;2) сходимость рез-тов измер-я -характеристика,отраж-щая близость друг к другу рез-тов измер-я одной и той же величины, выполненной повторно одними и теми же СИ,методами с одинак.точностью и в одинак.условиях.3) воспроизводимость рез-тов -повторяемость (в пределах установленной погрешности) рез-тов измер-я одной и той же величины, которую получают в разн-х местах разными методами, разными СИ, разными операторами, в разное время, но приведённые к одним и тем же условиям (температура,влажность,давление и т.д.)4) быстроту получения рез-та 5) прозрачность -характеристика, отраж-щая возможность ознакомиться с методами и ср-вами получения и сохранения рез-та измер-я.

6) прослеживаемость -характеристика, показ-щая как обеспечена возможность определить по документам (маркировке,базам данных) с кем, когда и с помощью какого оборудования,по какой методике получен рез-т, а для СИ как обеспечивается цепочка передачи размера от СИ до эталона. 7) единство измер-й

В соотв-вии с СТБ 8000-2000: Единство измер-й -состояние измер-й,при котором их рез-ты выраж-ся в ед-цах величин,установленных законод-вом и погреш-ти измер-й известны с заданной вероятностью. Обеспечение единства измер-й -деятельность метрологич-х служб, направленная на достижение и поддержание единства измер-й в соотв-вии с треб-ями, правилами, нормами, установленными стандартами и др.документами в обл-ти метрологии.

СОЕИ – официально признанная организационная и научно-техническая с-ма, представляющая собой совокуп-ть законов и норм, правил и положений, эталонов и СИ,органов и служб, деятельность которых направлена на достижение единства и требуемой точности измерений.

Цели СОЕИ: 1)обеспечение единства измер-й как одного из важных элементов единого рынка продукции, работ и услуг РБ;2)защита интересов населения и гос-ва от последствий неточных и неправильных измер-й;3)повышение кач-ва товаров и услуг,и обеспечение их конкурентоспособ-ти на внутр. и м/ународном рынках;4)содействие безоп-ти гос-ва,в том числе и экономической;5)развитие техники измер-й в соотв-вии с уровнем технико-экономич-ого развития РБ; 6)достоверный учёт материальных, энергетич-х и природных ресурсов;7)правильная оценка параметров среды обитания;8)установление должной степени доверия в м/ународных экономических отношениях к рез-там измер-й при проведении калибровок,поверки,испытаний.

Задачи СОЕИ: 1)разраб-ка научно-методических, правовых и организац-х основ;2)стандартизация основных положений, правил, треб-й и норм этой деятельности;3)орг-ция и проведение научных исслед-й по использов-ю новейших достижений науки и техники для создания и совершенств-я м-дов и СИ высшей точности, создание, хранение и сличение национ-х и исходных эталонов;4)разраб-ка новых методов,средств и МВИ;5)раз-ка треб-й к порядку орг-ции и проведения испытаний поверки, калибровки, МА СИ, МА МВИ, метролог-ой Э научной, конструкторской, проектной документации;6)создание системы метрологич-го надзора и контроля за порядком производства, применения, ремонта СИ;7)орг-ция и осуществление подготовки и повышение квалификации специалистов в обл-ти метрологии.

Законодательной основой СОЕИ явл-ся з-н РБ «об обеспеч-и единства измер-й»,указы президента,постановл-е правительства(о ед-цах измер-й,применяемых в РБ;об исчислении времени в РБ;),нормативные акты Госстандарта.

Теоретической основой явл-ся теории измер-й,с-мы ед-ц измер-й,с-мы терминов и определений,м-ды и принципы измер-й,м-ды оценок и расчёта МХ;фундаментальные исследов-я,напрвленные на создание нац-х и сходных эталонов и стандартных образцов вещ-ва и св-в материала.

Технич.основой явл-ся с-ма нац.эталонов,подсис-мы передачи размера еденицы,орг-ция в стране прозв-ва СИ,подси-мы передачи стандартов времени и частоты,включая её создание и функциониров-е.

Организацион.основа включ-т:1)создание принципов и стр-ры построения метрологич.службы в стране;2)орг-цию подсис-мы госуд-го метрологич-го надзора и контроля; 3)подгот-ку метрологич-х кадров;4)разраб-ку научно-методич-х правил и докум-в,которые обеспеч-т взаимодей-е отдельн.элементов метрологич.службы м/у собой, госуд.метрологич.службы и метрологич.службы предприятий,взаимодей-е с др.сис-мами РБ: сис-мой ТНиС, сис-мой ПС,сис-мой аккр-ции и др.

СОЕИ строится по иерархическому принципу. Основу её составляет Государственная метрологическая служба(ГМС). ГМС координирует работу метрологич-их служб госуд-х органов управления,а те,в свою очередь,метрологич-х служб подведомственных им предприятий. Взаимодей-е СОЕИ с др. системами координирует комитет по станд-ции,метрологии,сертиф-ции представителей Совета Министров(Госстандарт). Среди основных международных орг-ций, с которыми взаимодей-т ГМС: международные (МОЗМ-м/унар.орг-ция законодат-ной метрологии; МБМВ-м/унар.бюро мер и весов; МАГАТЭ-м/унар.агенство по атомной энергетике; ИСО-м/унар.орг-ция по станд-ции; МЭК-м/унар.электротехническая комиссия; ИМЕКО-м/унар.конфедерация по измерительной технике и приборостроению; ИЛАК-м/унар.орг-ция по аккредитации лабораторий), региональная(МГС СНГ-межгосуд-ный совет по станд-ции стран СНГ; СЕN-европ-кий комитет по единым нормам;СЕNЕLEС-европ-кий комитет по станд-ции в обл-ти электротехнике;ЕВРОМЕТ-европ.орг-ция по метрологии;КООМЕТ-евроазиатское сотрудничество госуд-х метрологич-х учреждений).

Основным звеном ГМС явл-ся Госстандарт РБ.

Госстандарт имеет 4 самостоятельные управления метрологии, станд-ции, сертиф-ции, госнадзора и контроля; координирует работу 4-х самостоятельных систем. Эти системы взаимодей-т между собой на предмет разраб-ки ТНПА.

БелГИМ-научное учреждение, призванное разработать нов.м-ды измер-я ФВ, нов.методики, эталоны с учётом новейших достиж-й науки и техники на современном этапе.

На БелГИМ возлагается ведение всей научн.докум-ции по эталонам,по их хранению.Он готовит осн.докум-ты, имеет свою информационную базу, активно учавствует в проведении испыт-й нов-х типов СИ и стандартных образцов(СО),их поверки и МА. В рамках м/унар-го сотрудничества разраб-т нов.гармонизированные стандарты и др.докум-ты, организ-т публикацию, ведёт реестр утверждённых типов СИ и СО, реестр нац-х и исходных эталонов;выполняет функции головной орг-ции ГСЭ, ГСВЧ, ГСССД, ГССО, О по А ПЛ,ИЛ,КЛ и головной орг-ции по станд-ции в обл-ти метрологии в МОЗМ. Подгот-ка кадров для метрологич.службы и повыш-я их квалиф-ции происх-т в ИПК.

Региональные ЦСМС созданя в 6 областных центрах и некот.районах:Пинск,Орша,Бобруйск и т.д.

Функции регион-ных ЦСМС: 1)проводят анализ состояния измер-й и координацию работ по выполн-ю заданий отраслевых программ метрологич-х измер-й;2)осущ-т хранение и поддержание на подлежащем ур-не рабочих эталонов и передачу размера ед-ц от эталона к СИ;3)проводят надзор за соблюдением метрологич-х правил,треб-й,норм;4)проводят надзор за состоянием и применением методик измер-й;5)надзор за загрязнён-тью природной среды всех видов сырья и продукции;6)метрологич.Э проектов и образцов промышленной пр-ции;7)проводят поверку, МА и калибровку СИ;8)осущ-ют высокоточные измер-я и прокат СИ.

Функции Госстандарта: 1)координация деят-ти министерств, ведомств,предприятий в обл-ти метрологии и радиактивных измер-й,классиф-ция и кодиров-е инф-ции; 2)формиров-е и утверждение от имени гос-ва планов разраб-ки нов.СИ;3)ведение госуд-х реестров,в кот-х хран-ся сведения об эталонах,об утверждён-х типах СИ,об ИЛ,ПЛ,КЛ и распространение сведений реестра;4)орг-ция и провед-е госуд-х испыт-й,МА и поверки СИ,МА МВИ и СО; 5)обеспеч-е усл-й для создания,развитияи поддержания на требуемом ур-не технич.базы эталонов ед-ц величин;6)орг-ция работы нац.с-мы аккр-ции ПЛ,ИЛ,пунктов радиацион-го контроля,признание О по А и контроль за ними;7)орг-ция и руководство госнадзора за выполн-ем треб-ям ТНПА; 8)установл-е перечня СИ,подлежащих поверке в органах ГМС;9)орг-ция и проведение госнадзора за измер-ем радиактивн.загрязнений окруж.среды всех видов сырья и пр-ции;10)установл-е правил утверждения, использов-я, хранения эталонов ед-ц ФВ,утвержд-е типов СИ;11)выдача разреш-й на ввоз,обращение,применение СИ,привезён-х из-за границы;12)участие от имени РБ а м/унар-х орг-циях по метрологии,сотрудничество с метрологич.службами др.стран;13)подгот-ка спец-тов в обл-ти метрологии,аккр-ции ПЛ и ИЛ;14)подгот-ка и аттестация спец-тов в кач-ве гос.инспекторов по надзору за ТНПА и СИ, экспертов по аккр-ции лабораторий,госуд-х поверителей;15)утвержд-е тповых норм времени,цен,тарифов на провед-е работ по поверке,сертиф-ции,аккр-ции и т.д.

Госстандарт в пределах своей компетенции издаёт постановления,приказы,инструкции,которые явл-ся обязательными для исполнения всеми министерствами, др.органами гос.управления,предприятиями. Важные вопросы деят-ти решает коллегия, а для рассмотрения научно-технич-х вопросов создан научно-технич.совет.