Неопределенность и погрешность измерений — это основные понятия, изучаемые в метрологии, а также одна из важных концепций, часто используемых метрологами. Она напрямую связана с надежностью результатов измерений, а также с точностью и согласованностью передачи значений. Однако многие люди легко путают или неправильно используют эти два понятия из-за нечеткости концепций. В данной статье, опираясь на опыт изучения «Оценки и выражения неопределенности измерений», рассматриваются различия между ними. Прежде всего, необходимо прояснить концептуальное различие между неопределенностью и погрешностью измерений.
Неопределенность измерения характеризует диапазон значений, в котором находится истинное значение измеренной величины.Он показывает интервал, в который может попадать истинное значение в соответствии с определенной вероятностью достоверности. Это может быть стандартное отклонение или его кратные значения, либо половина ширины интервала, указывающая на уровень достоверности. Это не конкретная истинная ошибка, а лишь количественно выражает часть диапазона ошибок, которую нельзя скорректировать в виде параметров. Он выводится из неполной коррекции случайных и систематических эффектов и является параметром дисперсии, используемым для характеристики измеренных значений, которые обоснованно присвоены. Неопределенность делится на два типа оценочных компонентов, А и В, в зависимости от метода их получения. Компонент оценки типа А — это оценка неопределенности, выполненная посредством статистического анализа рядов наблюдений, а компонент оценки типа В оценивается на основе опыта или другой информации, и предполагается, что существует компонент неопределенности, представленный приблизительным «стандартным отклонением».
В большинстве случаев под ошибкой понимается погрешность измерения, и её традиционное определение — это разница между результатом измерения и истинным значением измеренного параметра.Обычно ошибки можно разделить на две категории: систематические ошибки и случайные ошибки. Ошибка существует объективно и должна иметь определенное значение, но поскольку истинное значение в большинстве случаев неизвестно, истинную ошибку невозможно точно определить. Мы просто ищем наилучшее приближение к истинному значению при определенных условиях и называем его общепринятым истинным значением.
Исходя из понимания этой концепции, мы можем увидеть, что существуют следующие основные различия между неопределенностью измерения и погрешностью измерения:
1. Различия в целях оценки:
Погрешность измерения предназначена для обозначения разброса измеренного значения;
Цель измерения погрешности заключается в том, чтобы показать, насколько результаты измерения отклоняются от истинного значения.
2. Разница между результатами оценки:
Неопределенность измерения — это беззнаковый параметр, выраженный стандартным отклонением, кратными стандартному отклонению или половиной ширины доверительного интервала. Она оценивается людьми на основе такой информации, как эксперименты, данные и опыт. Количественное определение может осуществляться двумя типами методов оценки: А и В.
Погрешность измерения — это значение с положительным или отрицательным знаком. Её значение равно разнице между результатом измерения и измеренным истинным значением. Поскольку истинное значение неизвестно, его невозможно получить точно. При использовании общепринятого истинного значения вместо истинного значения можно получить только оценочное значение.
3. Различие влияющих факторов:
Неопределенность измерений определяется людьми посредством анализа и оценки, поэтому она связана с пониманием людьми измеряемой величины, влияющей на количество и процесс измерения;
Ошибки измерений существуют объективно, не зависят от внешних факторов и не меняются в зависимости от понимания человеком;
Следовательно, при проведении анализа неопределенности необходимо в полной мере учитывать различные влияющие факторы и проверять оценку неопределенности. В противном случае, из-за недостаточного анализа и оценки, расчетная неопределенность может быть большой, когда результат измерения очень близок к истинному значению (то есть, ошибка мала), или же указанная неопределенность может быть очень малой, когда фактическая ошибка измерения велика.
4. Различия по своей природе:
Как правило, нет необходимости различать свойства неопределенности измерений и составляющих неопределенности. Если же их необходимо различать, их следует выражать следующим образом: «составляющие неопределенности, обусловленные случайными эффектами» и «составляющие неопределенности, обусловленные системными эффектами»;
В зависимости от своих свойств, ошибки измерений можно разделить на случайные и систематические. По определению, как случайные, так и систематические ошибки являются идеальными понятиями в случае бесконечного числа измерений.
5. Разница между коррекцией результатов измерений:
Сам термин «неопределенность» подразумевает оцениваемую величину. Он не относится к конкретной и точной величине погрешности. Хотя ее можно оценить, ее нельзя использовать для корректировки значения. Неопределенность, вносимая несовершенными корректировками, может быть учтена только в неопределенности скорректированных результатов измерений.
Если известна оценочная величина системной ошибки, результат измерения можно скорректировать, чтобы получить скорректированный результат измерения.
После корректировки величины она может стать ближе к истинному значению, но её неопределенность не только не уменьшается, но иногда даже увеличивается. Это происходит главным образом потому, что мы не можем точно знать, насколько велико истинное значение, а можем лишь оценить, насколько результаты измерений близки или далеки от истинного значения.
Несмотря на указанные выше различия между неопределенностью измерения и погрешностью, они все же тесно связаны. Концепция неопределенности является применением и расширением теории погрешностей, а анализ погрешностей по-прежнему остается теоретической основой для оценки неопределенности измерения, особенно при оценке компонентов типа B, где анализ погрешностей неотделим. Например, характеристики измерительных приборов можно описать с помощью максимально допустимой погрешности, погрешности индикации и т. д. Предельное значение допустимой погрешности измерительного прибора, указанное в технических условиях и регламенте, называется «максимально допустимой погрешностью» или «пределом допустимой погрешности». Это допустимый диапазон погрешности индикации, указанный производителем для определенного типа прибора, а не фактическая погрешность конкретного прибора. Максимально допустимая погрешность измерительного прибора может быть найдена в руководстве по эксплуатации прибора и выражается знаком плюс или минус при выражении в числовом виде, обычно в виде абсолютной погрешности, относительной погрешности, эталонной погрешности или их комбинации. Например, ±0,1 PV, ±1%, и т. д. Максимально допустимая погрешность измерительного прибора не является неопределенностью измерения, но может использоваться в качестве основы для оценки неопределенности измерения. Неопределенность, вносимая измерительным прибором в результат измерения, может быть оценена в соответствии с максимально допустимой погрешностью прибора согласно методу оценки типа B. Другой пример — разница между показанием измерительного прибора и согласованным истинным значением соответствующего входного сигнала, которая является погрешностью измерения измерительного прибора. Для физических измерительных приборов показание — это его номинальное значение. Обычно в качестве согласованного истинного значения (часто называемого калибровочным значением или стандартным значением) используется значение, предоставленное или воспроизведенное эталоном измерения более высокого уровня. В работе по проверке, если расширенная неопределенность стандартного значения, заданного эталоном измерения, составляет от 1/3 до 1/10 от максимально допустимой погрешности проверяемого прибора, а погрешность измерения проверяемого прибора находится в пределах установленной максимально допустимой погрешности, прибор можно считать соответствующим требованиям.
Дата публикации: 10 августа 2023 г.
