Неопределенность и погрешность

Экспериментальное стандартное отклонение среднего арифметического значения рядов наблюдений S ( ) не является случайной погрешностью. На самом деле это – мера неопределенности среднего значения, обусловленная случайными эффектами. Погрешность, возникшая от неполной компенсации систематического эффекта, не может быть известна точно. Неопределенность поправки не является систематической погрешностью (часто называемой смещением). На самом деле это – мера неопределенности результата измерений из-за неполного знания требуемого значения поправки. Неизвестный систематический эффект не может быть учтен в оценке неопределенности результата измерения, но он вносит вклад в его погрешность.

Результат измерения (после внесения поправки) может быть очень близок к значению измеряемой величины (и поэтому иметь пренебрежимо малую погрешность), даже если ему приписана большая неопределенность. Таким образом, неопределенность результата измерения не стоит путать с неизвестным остатком погрешности.

По определению погрешность всегда имеет знак (“плюс” или “минус”). Неопределенность же, характеризуя рассеяние (ширину интервала), всегда положительна.

При расчете комбинированной неопределенности нет необходимости разделять составляющие этой неопределенности на систематические и случайные, поскольку все составляющие рассматриваются одним и тем же образом.

Классификация неопределенностей на категории A и B не совпадает с разделением погрешностей на случайные и систематические. Неопределенность от внесения поправки на известный систематический эффект может быть получена в одних случаях как оценка по типу A, а в других – как оценка по типу B, также как и неопределенность, характеризующая случайный эффект.

В Руководстве приведены необходимые рекомендации для составления отчета о проведенных измерениях и неопределенности их результатов, которые обеспечивают однозначную трактовку отчета в случае его последующего практического использования. Рекомендуемый подход состоит в представлении в отчете всех необходимых подробностей, соответствующих уровню точности и сложности измерения. Например, следует описать методы, используемые для вычисления результата измерения и их неопределенности; перечислить все составляющие неопределенности и описать способы их оценки; представить анализ данных таким образом, чтобы прослеживались важнейшие этапы процедуры измерения, а расчет результатов можно было при необходимости повторить; дать все поправки и константы, используемые в анализе, и их источники. Таким образом, исследователь обязан сообщить достаточную информацию для практического использования результата измерения и его возможного уточнения в будущем.

Руководство предлагает единый подход к методам оценки неопределенностей для всех видов измерений – прямых и косвенных, однократных и многократных. Методика обработки результатов измерений, изложенная в Руководстве, концентрирует внимание исследователя на получении прямых результатов обработки.

В то же время рекомендуемые характеристики неопределенности не обладают необходимой общностью. Опора на статистики среднего арифметического значения и среднего квадратичного отклонения не позволяет использовать понятие " стандартная неопределенность" для описания точности результатов измерений в шкалах наименований и порядка. Для корректного описания точности результатов в любых шкалах измерений целесообразно использовать понятие обобщенной неопределенности в широком смысле. Тогда под неопределенностью результата измерения следует понимать ширину области шкалы измерений, в которой предположительно находится оценка измеряемого свойства, качественного или количественного. При таком подходе неопределенность результата измерения становится действительно универсальной оценкой качества измерения. Определение границ неопределенности результата измерений для неметрических шкал пока не формализовано: их находят в соответствии со спецификацией конкретной шкалы.

На основании всего изложенного выше можно предложить следующие выводы:

1. Неопределенность должна быть единственной характеристикой точности конкретного результата измерения в большинстве метрологических ситуаций: для измерений, проводимых при сличении национальных эталонов; при градуировке и калибровке средств измерений; при построении поверочных схем; при определении точностных характеристик МВИ в процессе или после их применения.

2. Погрешностью могут характеризоваться нормативы точности средств измерений, измерительных и контрольных процедур: предельная погрешность результата измерения в МВИ; при поверке СИ, когда неопределенности, связанные с рабочим эталоном и процедурой сравнения, пренебрежимо малы по сравнению с допустимой погрешностью СИ. По-видимому, оценка точности измерений в форме погрешности надолго сохранится при проведении производственных (технических) измерений. Такую ситуацию определяют не только глубокие традиции массовых измерений, но и относительно большое отношение предельного значения погрешности измеряемого свойства (допуска) к нормируемой погрешности средства измерений.

В настоящее время вся отечественная нормативная метрологическая документация базируется на понятиях традиционной метрологии, в том числе на понятии погрешности. Пожалуй, единственным исключением является государственная поверочная схема измерения твердости по шкале Шора D, где в качестве характеристики точности эталона ГСЭ 131 – 01 указан размах неопределенности (табл. П.6). Решением Госстандарта России понятие " неопределенность " введено в метрологическую практику наряду с понятием " погрешность " .