Невизначеність та похибка вимірювання – це основні положення, що вивчаються в метрології, а також одні з важливих концепцій, які часто використовуються метрологічними тестувальниками. Вони безпосередньо пов'язані з надійністю результатів вимірювань, а також точністю та узгодженістю передачі значення. Однак багато людей легко плутають або неправильно інтерпретують ці два поняття через нечіткість концепцій. Ця стаття поєднує досвід вивчення теми «Оцінка та вираження невизначеності вимірювання», щоб зосередитися на відмінностях між ними. Перше, що потрібно прояснити, – це концептуальна різниця між невизначеністю вимірювання та похибкою.
Невизначеність вимірювання характеризує оцінку діапазону значень, в якому знаходиться істинне значення виміряної величини.Він вказує інтервал, у який може потрапляти істинне значення відповідно до певної довірчої ймовірності. Це може бути стандартне відхилення або його кратні, або напівширина інтервалу, що вказує на рівень довірчої ймовірності. Це не конкретна істинна похибка, вона лише кількісно виражає частину діапазону похибки, яку неможливо виправити у вигляді параметрів. Вона походить від недосконалої корекції випадкових ефектів та систематичних ефектів і є параметром дисперсії, який використовується для характеристики виміряних значень, які обґрунтовано призначені. Невизначеність поділяється на два типи компонентів оцінки, A та B, відповідно до методу їх отримання. Компонент оцінки типу A - це оцінка невизначеності, проведена за допомогою статистичного аналізу рядів спостережень, а компонент оцінки типу B оцінюється на основі досвіду або іншої інформації, і передбачається, що існує компонент невизначеності, представлений приблизним «стандартним відхиленням».
У більшості випадків похибка стосується похибки вимірювання, а її традиційне визначення — це різниця між результатом вимірювання та істинним значенням виміряної величини.Зазвичай їх можна розділити на дві категорії: систематичні помилки та випадкові помилки. Помилка існує об'єктивно, і вона повинна бути певним значенням, але оскільки справжнє значення в більшості випадків невідоме, справжню помилку не можна знати точно. Ми просто шукаємо найкраще наближення значення істинності за певних умов і називаємо це умовним значенням істинності.
Розуміючи цю концепцію, ми можемо побачити, що між невизначеністю вимірювання та похибкою вимірювання існують такі основні відмінності:
1. Відмінності в цілях оцінювання:
Невизначеність вимірювання призначена для позначення розкиду вимірюваного значення;
Мета похибки вимірювання полягає в тому, щоб вказати ступінь відхилення результатів вимірювання від істинного значення.
2. Різниця між результатами оцінювання:
Невизначеність вимірювання – це беззнаковий параметр, виражений стандартним відхиленням або кратним стандартному відхиленню, або напівшириною довірчого інтервалу. Вона оцінюється людьми на основі такої інформації, як експерименти, дані та досвід. Кількісно її можна визначити двома типами методів оцінки: A та B.
Похибка вимірювання – це значення з додатним або від’ємним знаком. Її значення – це результат вимірювання мінус виміряне істинне значення. Оскільки істинне значення невідоме, його не можна отримати точно. Коли замість істинного значення використовується загальноприйняте істинне значення, можна отримати лише розрахункове значення.
3. Різниця факторів впливу:
Невизначеність вимірювання визначається людьми шляхом аналізу та оцінки, тому вона пов'язана з розумінням людьми вимірюваної величини, що впливає на величину та процес вимірювання;
Похибки вимірювання існують об'єктивно, не залежать від зовнішніх факторів і не змінюються разом з розумінням людей;
Тому під час аналізу невизначеності слід повністю враховувати різні фактори впливу та перевіряти оцінку невизначеності. В іншому випадку, через недостатній аналіз та оцінку, розрахункова невизначеність може бути великою, коли результат вимірювання дуже близький до істинного значення (тобто похибка мала), або задана невизначеність може бути дуже малою, коли фактична похибка вимірювання велика.
4. Відмінності за характером:
Зазвичай немає потреби розрізняти властивості невизначеності вимірювання та складових невизначеності. Якщо їх потрібно розрізняти, їх слід виражати як: «складові невизначеності, внесені випадковими ефектами» та «складові невизначеності, внесені системними ефектами»;
Похибки вимірювання можна розділити на випадкові та систематичні похибки відповідно до їхніх властивостей. За визначенням, як випадкові, так і систематичні похибки є ідеальними поняттями у випадку нескінченної кількості вимірювань.
5. Різниця між корекцією результатів вимірювань:
Сам термін «невизначеність» передбачає оціночне значення. Він не стосується конкретного та точного значення похибки. Хоча його можна оцінити, його не можна використовувати для корекції значення. Невизначеність, внесена недосконалими корекціями, можна враховувати лише в невизначеності скоригованих результатів вимірювання.
Якщо відоме розрахункове значення системної похибки, результат вимірювання можна скоригувати для отримання скоригованого результату вимірювання.
Після корекції величини вона може бути ближчою до істинного значення, але її невизначеність не тільки не зменшується, але іноді стає більшою. Це головним чином тому, що ми не можемо точно знати, наскільки дорівнює істинне значення, а можемо лише оцінити ступінь, до якої результати вимірювання близькі до істинного значення або відхилені від нього.
Хоча невизначеність вимірювання та похибка мають вищезазначені відмінності, вони все ще тісно пов'язані. Поняття невизначеності є застосуванням та розширенням теорії похибок, а аналіз похибок все ще є теоретичною основою для оцінки невизначеності вимірювання, особливо при оцінці компонентів типу B, аналіз похибок є невіддільним. Наприклад, характеристики вимірювальних приладів можна описати з точки зору максимально допустимої похибки, похибки показань тощо. Граничне значення допустимої похибки вимірювального приладу, зазначене в технічних характеристиках та нормативних актах, називається "максимально допустимою похибкою" або "межею допустимої похибки". Це допустимий діапазон похибки показань, визначений виробником для певного типу приладу, а не фактична похибка певного приладу. Максимально допустиму похибку вимірювального приладу можна знайти в інструкції з експлуатації приладу, і вона виражається зі знаком плюс або мінус, коли виражається у вигляді числового значення, зазвичай виражається як абсолютна похибка, відносна похибка, опорна похибка або їх комбінація. Наприклад, ±0,1PV, ±1% тощо. Максимально допустима похибка вимірювального приладу не є невизначеністю вимірювання, але її можна використовувати як основу для оцінки невизначеності вимірювання. Невизначеність, внесена вимірювальним приладом у результат вимірювання, може бути оцінена відповідно до максимально допустимої похибки приладу згідно з методом оцінки типу B. Іншим прикладом є різниця між значенням показань вимірювального приладу та узгодженим істинним значенням відповідного вхідного сигналу, що є похибкою показань вимірювального приладу. Для фізичних вимірювальних інструментів показаним значенням є його номінальне значення. Зазвичай значення, надане або відтворене еталоном вищого рівня, використовується як узгоджене істинне значення (часто називається калібрувальним значенням або стандартним значенням). У перевірочних роботах, коли розширена невизначеність стандартного значення, заданого еталоном, становить від 1/3 до 1/10 максимально допустимої похибки випробуваного приладу, а похибка показань випробуваного приладу знаходиться в межах заданої максимально допустимої похибки, його можна вважати кваліфікованим.
Час публікації: 10 серпня 2023 р.
