Т. Горбунова - Измерения, испытания и контроль. Методы и средства

Конечной целью любого измерения является получение результата измерения с требуемой точностью. Результат измерения – количественное значение измеряемой величины, полученное путем ее измерения.

В ГОСТ Р ИСО 5725: результат измерения – значение характеристики, полученное выполнением регламентированного метода измерений.

Совместно с результатом измерений при необходимости приводят данные об условиях измерений. Они играют важную роль в процессе измерения.

Условия измерения – совокупность влияющих величин (воздействующих факторов), описывающих состояние окружающей среды и средства измерения.

Влияющая величина – это величина, не измеряемая данным СИ, но оказывающая влияние на результаты измерения.

Как это происходит ?

Изменение условий измерения ( Z 1 ) (рис. 1) приводит к изменению состояния объекта измерения. Это влияет на измеряемую величину (приводит к отклонению значений действительной величины от той, что была определена при формировании измерительной задачи).

Влияние условий измерения ( Z 2 ) на средство измерения проявляется в изменении его метрологических характеристик.

Таким образом, изменение условий может привести к изменению качества измерений.

Под качеством измерений понимают степень соответствия точностных характеристик требованиям. В целом же под качеством измерений понимают совокупность свойств, обусловливающих получение результата измерений с требуемыми точностными характеристиками в необходимом виде и в установленные сроки.

Качество измерений является главным фактором производства, основанного:

– на быстропротекающих процессах,

– на автоматических процессах,

– на большом числе измеряемых величин.

Нередко причиной брака продукции становятся неверно назначенные средства измерений. Бывает и так, что средства измерений вовсе не назначаются там, где это необходимо, по причине их отсутствия.

К основным характеристикам (показателям) качества измерений относятся:

– точность;

– правильность;

– погрешность;

– прецизионность;

– повторяемость (сходимость);

– воспроизводимость и др.

Определения (дефиниции) этим понятиям приведены в ГОСТ Р ИСО 5725.

Точность – степень близости результата измерений к принятому опорному значению. Принятое опорное значение – значение, которое служит в качестве согласованного для сравнения и получено как:

– теоретическое или установленное значение, базирующееся на научных принципах;

– приписанное или аттестованное значение, базирующееся на экспериментальных работах какой-либо национальной или международной организации;

– согласованное или аттестованное значение, базирующееся на совместных экспериментальных работах под руководством научной или инженерной группы;

– математическое ожидание измеряемой характеристики, то есть среднее значение заданной совокупности результатов измерений, когда вышеперечисленное недоступно.

Правильность – степень близости среднего значения, полученного на основании большой серии результатов измерений (или результатов испытаний), к принятому опорному значению.

Систематическая погрешность – разность между математическим ожиданием результатов измерений и истинным (являющимся фактически эталонным) или в его отсутствие – принятым опорным значением.

Прецизионность – степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях.

Повторяемость (сходимость ) – прецизионность в условиях повторяемости, т.е. в условиях, при которых независимые результаты измерений (испытаний) получают:

– одним и тем же методом

– на идентичных объектах испытаний

– в одной и той же лаборатории

– одним и тем же оператором

– с использованием одного и того же оборудования

– в пределах короткого промежутка времени.

Воспроизводимость – прецизионность в условиях воспроизводимости, т.е. в условиях, при которых результаты измерений (испытаний) получают:

– одним и тем же методом

– на идентичных объектах испытаний

– в разных лабораториях

– разными операторами

– с использованием различного оборудования.

Все перечисленные характеристики определяют качество результатов измерений прежде всего физических величин (физических измерений). Вместе с тем, химические измерения (измерения показателей химического состава; например, количества вещества, содержания того или иного компонента в ходе анализа) играют важную роль во многих областях деятельности:

– исследовательская и проектная работа;

– оценка качества материалов и промышленной продукции;

– оценка степени воздействия промышленного производства на окружающую среду;

– контроль производственных процессов.

Химический анализ реагентов, промежуточных веществ и продуктов дает информацию о ходе реакции, ее эффективности и выходе продукта. Его результаты можно использовать для достижения максимального выхода и максимальной чистоты продукта.

Реальная роль химических измерений в различных областях экономической и социальной деятельности не поддается точной оценке. Неправильные измерения приносят ежегодно убытки в несколько миллиардов долларов США. Сотрудники американского Национального бюро стандартов (ныне Национального института стандартов и технологий NIST) Уриано и Грават оценили значительный вклад химических измерений в валовой внутренний продукт (ВВП) США. По оценке Герца, в США ежедневно выполняется более 250 миллионов химических анализов. Порядка 10 % из них – низкого качества. На их повторное выполнение требуется более 5 млрд. долл. дополнительных затрат в год.

Все сказанное свидетельствует о важности химических измерений.

Характеристиками (показателями) качества химических измерений кроме основных являются:

– предел обнаружения;

– нижняя граница определяемых содержаний;

– рабочий диапазон (диапазон определяемых содержаний);

– селективность (избирательность);

– чувствительность;

– помехоустойчивость (робастность) и др.

Предел обнаружения – наименьшее содержание элемента, при котором по данной методике можно обнаружить присутствие компонента с заданной доверительной вероятностью. Если сигнал превышает предел обнаружения, то это свидетельствует о наличии обнаруживаемого вещества, а если ниже – о его отсутствии. Пределы обнаружения: высокий (pC min= 3-4); средний (pC min= 5-6); низкий (pC min= 7-8).

Диапазон определяемых содержаний – область значений определяемых содержаний, предусмотренная данной методикой и ограниченная нижней и верхней границами определяемых содержаний.