Руководство по выражению неопределенности измерения

подготовленно в 1993 г. международными организациями

• BIPM (Международное бюро мер и весов)
• IEC (Международная электротехническая комиссия)
• IFCC (Международная федерация клинической химии)
• ISO (Международная организация по стандартизации)
• IUPAC (Международный союз по чистой и прикладной химии)
• IUPAP (Международный союз по чистой и прикладной физике)
• OIML (Международная организация законодательной метрологии)

Задача обеспечения международного единства в подходе к представлению и оцениванию погрешностей результата измерений является актуальной. Известно, что с учетом этого Международный Комитет Мер и Весов (МКМВ) в 1978 году поручил рассмотреть эту проблему Международному Бюро Мер и Весов (МБМВ) совместно с национальными метрологическими лабораториями.

В результате проделанной работы Рабочая группа МБМВ по составлению отчета о неопределенностях измерений подготовила Рекомендацию INC-1 (1980) Выражение экспериментальных неопределенностей, которая была одобрена и утверждена МКМВ. Поскольку в результатах измерений специалисты заинтересованы повсеместно и повседневно, МКМВ передал разработку подробного Руководства Международной Организации по Стандартизации (ИСО), которая могла лучше выразить потребности, возникающие из широких интересов науки, техники, промышленности, торговли, здравоохранения, обеспечения безопасности, а также подготовки регулирующих нормативных актов.

Техническая Консультативная Группа ИСО по метрологии создала Рабочую группу (ISO/TAG 4/WG3) из экспертов, представляющих наиболее авторитетные в мире организации по метрологии: МБМВ и Международную Организацию по Законодательной Метрологии (МОЗМ), а также по стандартизации: ИСО и Международную Электротехническую Комиссию (МЭК). Итогом работы этой группы было составление Руководства по выражению неопределенности измерения [1], которое в 1993 году было издано в Швейцарии под эгидой семи международных организаций: МБМВ, МЭК, ИСО, МОЗМ, Международного Союза по Чистой и Прикладной Химии, Международного Союза по Чистой и Прикладной Физике и Международной Федерации Клинической Химии.

Руководство, основанное на Рекомендации INC-1(1980), дает правила выражения и оценивания неопределенности измерения для использования службами метрологии, стандартизации, калибровки и аккредитации лабораторий.

Принципы этого Руководства предназначены для использования в широком спектре измерений, включая те, которые требуются для: поддержания контроля качества и обеспечения качества в процессе производства; согласованности и усиления законов и регулирующих актов; проведения фундаментальных и прикладных исследований и разработок в науке и технике; эталонов и приборов для калибровки и проведения испытаний по всей национальной системе измерений для обеспечения единства измерений и связи с национальными эталонами; разработки, поддержания и сличения международных и национальных эталонов единиц физических величин, включая стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Следует отметить, что в Рекомендации 1 (CI-1981) МКМВ предлагается, в частности, использовать принципы, заложенные в Руководстве, и применять их при проведении международных сличений под эгидой МБМВ. Тем самым, в определенном смысле, Руководство приобрело статус неформального международного стандарта, по крайней мере - в области международных сличений эталонов. В последнее время усилился процесс интеграции России в международное сообщество, который требует гармонизации стандартов и других нормативных документов, в том числе в области метрологии, калибровки средств измерений, сертификации продукции - для устранения барьеров в торговом, промышленном, научном и культурном обмене и сотрудничестве.

Однако отечественные нормативные документы практически не используют понятия "неопределенность измерения" и ориентированы на традиционный и устоявшийся подход, основанный на понятиях "погрешность" и "характеристики погрешности". Достаточно упомянуть стандарты и технические условия на общие технические требования к средствам измерений, на методы поверки, методики выполнения измерений, методы испытаний, стандарты Государственной системы обеспечения единства измерений и др. Таким образом, существует противоречие между Руководством и системой отечественных нормативных документов. Вместе с тем, в Рекомендации 1 (CI-1981) МКМВ предлагается "... заинтересованным организациям рассмотреть и опробовать предложения Рекомендации и дать свои комментарии в МБМВ", а в [1] - "...пользователей Руководства приглашают присылать свои комментарии и вопросы для разъяснения в любую из семи поддерживающих организаций". Среди возникающих вопросов можно выделить следующие: насколько совпадает отечественная нормативная база с Руководством и в чем заключается несовпадение; каковы достоинства и недостатки того и другого; стоит ли брать Руководство в качестве основы для переработки существующей отечественной нормативной базы; насколько подход, положенный в основу Руководства, научно обоснован и практически целесообразен; соответствует ли он национальным интересам страны; на что распространяется Руководство: только на высшие звенья поверочных схем - эталоны, или на все средства измерений; кто должен применять положения Руководства на практике в России; что делать поверителям Государственной метрологической службы, которые повседневно осуществляют проверку соответствия параметров средств измерений значениям, приведенным в стандартах, ТУ, паспортах и т.д., где используются характеристики погрешности, а не неопределенность; и др. [2]. "Краеугольным камнем" Руководства [1], является: во-первых, отказ, по возможности, при изложении от использования понятий "погрешность" и "истинное значение измеряемой величины" в пользу понятий "неопределенность" и "оцененное значение измеряемой величины"; во-вторых, переход от деления (классификации) погрешностей по природе их проявления на "случайные" и "систематические" к другому делению: по способу оценивания неопределенностей измерений (по типу А - методами математической статистики, и по типу В - другими методами).

Основные положения Руководства [1] сводятся к следующему. Понятие неопределенность измерения вводится для описания точности измерения как степени доверия к полученному результату.

Основным количественным выражением неопределенности измерения является стандартная неопределенность (u) и суммарная стандартная неопределенность (uc). В тех случаях, когда это необходимо, вычисляют расширенную неопределенность U = k×uc, где k - коэффициент охвата (числовой коэффициент, используемый как множитель суммарной стандартной неопределенности для получения расширенной неопределенности). Между характеристиками погрешности измерения и неопределенностями измерений существует определенное соответствие: СКО соответствует стандартной неопределенности, доверительные границы - расширенной неопределенности. Способ оценивания доверительных границ погрешности результата измерения практически идентичен вычислению расширенной неопределенности. Некоторое методологическое различие в подходе к определению коэффициента охвата, соответствующего коэффициенту K, который традиционно используется в отечественной нормативной документации, незначительно сказывается на результатах оценивания характеристик погрешности (неопределенности) измерения в практических задачах. Госстандартом России ВНИИМ им. Д.И. Менделеева было поручено: подготовить перевод на русский язык Руководства [1] и разработать Рекомендации по применению "Руководства по выражению неопределенности измерения".

Во исполнение этого поручения во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева был подготовлен перевод на русский язык Руководства [3]. Этот перевод издан в количестве 1000 экземпляров. В журнале Измерительная техника, начиная с N 8 1999 г., публикуется информация об издании перевода с тем, чтобы заинтересованные специалисты и организации могли приобрести его за наличный или безналичный расчет во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева. Перевод сделан (по возможности) аутентичным и оформлен по образу и подобию оригинала. Во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева также разработана Рекомендация МИ 2552-99 ГСИ. Применение Руководства по выражению неопределенности измерения, которую также можно заказать по почте.

Разработка этого нормативного документа (НД) шла параллельно с широкой дискуссией по данному вопросу, развернутой в печати, на конференциях и семинарах, в которой авторы НД приняли активное участие, что позволило ознакомить с концепцией документа большой круг специалистов и в большой степени учесть их замечания и предложения. Был проведен ряд согласительных совещаний. Поэтому можно считать, что эта рекомендация метрологического института является плодом работы большого коллектива отечественных специалистов. При этом мнения специалистов о порядке применения Руководства в России существенно разделились. Их можно разбить на следующие основные группы:

• Руководство не является международным стандартом и применять его в отечественной практике нецелесообразно, т.к. концепция погрешности результатов измерений привычней и лучше, чем концепция неопределенности;
• Руководство целесообразно применять при международных сличениях эталонов, проводимых под эгидой МКМВ и его Консультативных Комитетов; при выдаче сертификатов соответствия по результатам испытаний зарубежных средств измерений с целью утверждения типа и при их калибровке; при подготовке публикаций для издания за рубежом и т.п.;
• Руководство целесообразно применять во всех областях метрологической деятельности наравне с отечественными нормативными документами по метрологии;
• Руководство следует использовать как международный стандарт прямого применения;
• целесообразен выход на международный уровень с инициативой дальнейшего развития предложений рабочей группы МБМВ и издания нового, переработанного Руководства.

Первый подход противоречит тенденции интеграции России в мировое сообщество и гармонизации отечественных нормативных документов с международными, а также Lвыпадает│ из контекста выработки концепции применения Руководства в России и поэтому далее не рассматривается. При разработке Рекомендации [4] была использована вторая, наиболее мягкая концепция, предусматривающая применение Руководства при международных сличениях эталонов, проводимых под эгидой МКМВ и его Консультативных Комитетов; при выдаче сертификатов соответствия по результатам испытаний зарубежных средств измерений и при их калибровке; а также при подготовке публикаций для издания за рубежом.

Специфика документа отразилась в его структуре и содержании, а именно: помимо собственно рекомендаций по применению Руководства, документ содержит краткое изложение концепции неопределенности, сопоставление двух подходов к оцениванию точности на основе концепции неопределенности и погрешности измерения, а также примеры вычисления неопределенности и оценивания погрешности. Обоснованием такого построения документа явились следующие соображения:

• не все пока могут ознакомиться с полным текстом Руководства (да, это и обременительно по затрачиваемому на это времени);
• разработанный нормативный документ рассчитан на широкий круг специалистов и имеет небольшой объем;
• целесообразно обеспечить соответствие существующей тенденции, наблюдаемой в мире, а именно: появлению небольших по объему Руководств отдельных национальных метрологических институтов, а также Руководств, специализированных по видам измерений и конкретным измерительным задачам.

Содержание документа включает в себя 4 раздела:

• Область применения и нормативные ссылки;
• Определения и обозначения;
• Рекомендации по применению Руководства;
• Соответствие между формами представления результатов измерений, используемыми в отечественных нормативных документах по метрологии, и формой, используемой в Руководстве.

Кроме того, оно включает четыре Приложения и библиографию.

В Приложении А приведен сравнительный анализ двух подходов к выражению точности результатов измерений.

В Приложении Б дается пример оценивания характеристик погрешности и вычисления неопределенности измерений в случае измерения силы электрического тока с помощью вольтметра и токового шунта.

В Приложении В дан пример оценивания характеристик погрешности и вычисления неопределенности измерений длины штриховой меры.

И, наконец, в Приложении Г для удобства практического использования Рекомендации приведены значения коэффициента Стьюдента с n степенями свободы.

Важно отметить, что дискуссия по поводу концепции неопределенности и ее применения продолжается до сих пор как внутри страны, так и за рубежом. В рамках разработанного нормативного документа [5] невозможно примирить все имеющиеся точки зрения, что, впрочем, и не являлось задачей его создания. По-видимому, Рекомендация является документом переходного периода, который уже сейчас позволит отечественному метрологу вычислять неопределенности измерений без кардинальной ломки его представлений об оценивании погрешностей измерений.

Очередным этапом внедрения руководства в отечественную метрологическую практику послужило рассмотрение этого вопроса на заседании Научно-технической комиссии по метрологии и измерительной технике Госстандарта России, состоявшемся 1 февраля 2000 г. Научно-техническая комиссия приняла решение, в котором, в частности, отмечено: Считать целесообразным при разработке новых нормативных документов, а также при пересмотре действующих НД по метрологии, стандартизации и сертификации вводить в эти документы требования по выражению результатов измерений с использованием, при необходимости, неопределенности наряду с характеристиками погрешности.

На 10 заседании Комитета КООМЕТ, которое состоялось 25-26 мая с.г., принято решение о включении в план работы этой международной организации темы: О порядке применения Руководства по выражению неопределенности измерений в странах-членах КООМЕТ. Хотелось бы выразить надежду на то, что внедрение концепции неопределенности в России будет идти параллельно с ее совершенствованием и корректировкой самого Руководства.

1. Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement: First edition. - ISO, Switzerland, 1993. - 101 pp.
2. Тарбеев Ю.В., Слаев В.А., Чуновкина А.Г. Проблемы применения в России международного Руководства по выражению неопределенности измерения. // Измерительная техника, 1, 1997. - с. 69 - 72.
3. Руководство по выражению неопределенности измерения: Перевод с англ. под науч. ред. проф. Слаева В.А. - ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, С.-Петербург, 1999. - 134 с.
4. МИ 2552-99. Рекомендация. ГСИ. Применение Руководства по выражению неопределенности измерений. - ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, С.-Петербург, 1999. - 31 с.
5. Руководство ЕВРАХИМ/СИТАК Количественное описание неопределенности в аналитических измерениях, 2-е издание, 2000. Пер. с англ. - С.-Петербург: ВНИИМ им. Д.И. Менделеева, 2002. - 149 с.

Опубликовано: 02.05.2007, изменено: 11.12.2013

/ ⌂ / Публикации / Руководство по выражению неопределенности измерения /