4.4. Измерение качества

Рассматривая проблемы оценки качества объектов, мы отмечали, что «жесткие» параметры качества, как правило, определяются в процессе измерений.

Как правило, такая информация может быть получена только путем правильно проведенных измерений. Развитие естественных наук, научные достижения, технические новинки сегодня также немыслимы без измерений.

Это определяет современное значение метрологии — отрасли науки, изучающей и реализующей методы измерения качества,

методы и средства обеспечения их единства и способы достижения требуемой точности. Приведем основные определения, ис­пользуемые в метрологии.

Измерение — это нахождение значения физической величины, характеризующей качество, опытным путем с помощью специальных технических средств.

Здесь в понятие «нахождение значения физической величины, ха­рактеризующей качество» (далее — величины) включается и мате­матическая обработка результатов измерения (естественно, если это требуется).

Результатом измерения называют значение величины, характе­ризующей качество, найденное путем ее измерения.

Наблюдением при измерениях называют экспериментальную операцию, выполняемую в процессе измерений качества, в результате которой получается одно значение из группы значений величины, подлежащих совместной обработке для получения результата измерения.

Результат наблюдения — это значение величины, полученное в результате наблюдения.

В целях достижения достоверных результатов измерений суще­ствует их метрологическое обеспечение.

Метрологическое обеспечение — это установление и применение научных, нормативно-технических и организационных основ, технических средств, правил и норм с целью достижения единства и требуемой точности (достоверности) измерений качества, необходимых для количественной оценки объектов ноосферы и происходящих в них явлений.

Таким образом, главная цель метрологического обеспечения — достижение высокого качества измерений. Качество измерений оценивается двумя основными показателями: точностью измерений и единством измерений.

Точность измерений — это показатель качества измерений, от­ражающий близость их результатов к истинному значению изме­ряемой величины.

Истинное значение измеряемой величины (ЗВист) — ее значение, идеально качественно и количественно отражающее соответству­ющее свойство объекта. Это внутреннее свойство объекта, никогда не известное экспериментатору. То есть истинное значение измеряемой величины получить в процессе даже самых точных из реально существующих измерений невозможно. Любое измерение характеризуется погрешностью.

Погрешность измерения — это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины.

Погрешности измерений включают в себя составляющие двух типов: систематическую и случайную.

Систематическая составляющая погрешности измерений — такая составляющая, которая остается постоянной или закономерно изменяется при повторных измерениях одной и той же величины.

Случайной составляющей погрешности измерений называется такая составляющая, которая изменяется случайным образом (по значению и знаку) при повторных измерениях одной и той же величины. В данном примере истинное значение измеряемой величины также равно 20,0.

Физическая величина — это особое свойство качества физического объекта. Физической величиной (далее — величиной) называется свойство, общее в качественном отношении многим физическим объектам, но в количественном отношении индивидуальное для каждого объекта. Например, быстродействие, надежность,

масса, скорость и т.д. — это величины. Поэтому не следует упот­реблять термин «величина» для выражения количества рассматри­ваемого свойства. Например, неверны понятия «величина надеж­ности», «величина скорости», поскольку надежность и скорость — сами являются величинами. В этих случаях следует говорить о «размере величины» или «значении величины» (значении скорости).

Размером величины называют количественное содержание в данном объекте свойства, соответствующего понятию величины, а значением величины — оценку величины в виде некоторого числа принятых для нее единиц. Например, 220 В — это значение на­пряжения, 220 —- числовое значение.

Результат измерения в общем виде записывают в форме, называемой основным уравнением измерения:

(4-26)

■Х= N(x),

где:

X— измеряемая величина;

N— числовое значение измеренной величины;

х — единица физической величины.

Наряду с истинным значением измеряемой величины следует различать действительное и измеренное значения величины.

Действительным значением измеряемой величины (ЗВД) называют найденное экспериментальным путем значение, настолько близкое к истинному значению, что для данной цели может быть использовано вместо него.

Измеренным значением измеряемой величины (ЗВизм) называют значение искомой величины, найденное экспериментальным путем.

Очевидно, основной целью обеспечения качества измерений является снижение погрешности максимальным приближением значения ЗВизм к истинному значению измеряемой величины ЗВизм Только при соблюдении определенных требований к измерениям может быть измеренное значение принято за действительное, т.е. можно считать, что с определенной точностью справедливо равенство:

ЗВЗМ = ЗВД (4-27)

Второй важнейшей характеристикой качества измерений является единство измерений — такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, размеры соответствуют единицам, воспроизводимым эталонами, а погрешности результатов измерений не выходят за установленные пре­делы. То есть единство измерений обеспечивает сопоставимость результатов измерений, выполненных в различное время, в раз­личных местах, разными средствами и методами.

Единство измерений характеризуется двумя показателями: схо­димостью измерений и воспроизводимостью измерений.

Сходимость измерений— это показатель качества измерении, отражающий близость друг к другу результатов измерений, выполняемых в одинаковых условиях одной и той же измеряемой величины.

Воспроизводимость измерений — это показатель качества изме­рений, отражающий близость друг к другу результатов измерений одной и той же измеряемой величины, выполняемых в различных условиях (в разное время, в различных местах, разными методами).

На уровне и предприятий, и государств принимаются специальные меры для обеспечения единства измерений качества. Для этого создаются особые средства измерений — эталоны. Существу­ют три вида средств измерений: эталоны, образцовые средства измерений и рабочие средства измерений.

Эталоны — это официально утвержденные средства измерений, обеспечивающие воспроизведение и (или) хранение единицы фи­зической величины с целью передачи ее размера нижестоящим по поверочной схеме средствам измерений.

Образцовые средства измерений — это средства измерений, служащие для поверки по ним других, нижестоящих средств измерений.

Рабочие средства измерений — это средства измерений, приме­няемые в практической деятельности фирм (кроме поверки).

Поверка средств измерений — это определение особо уполномо­ченным метрологическим органом погрешностей средств измерений и установление их пригодности к применению. Для обеспечения единства измерений в странах существуют специальные уровни поверочной схемы.

Поверочная схема реализуется с помощью первичных эталонов, специальных эталонов, вторичных эта­лонов, образцовых и рабочих средств измерений.

Первичные эталоны — это официально утвержденные эталоны, они носят название государственных эталонов и обеспечивают воспроиз­ведение единицы физической величины с наивысшей точностью.

Специальный эталон обеспечивает воспроизведение единицы физической величины в специальных условиях и в этих условиях заменяет первичный эталон, например, эталоны единицы переменного напряжения для определенных диапазонов частот (20 гц — 30 Мгц (ГОСТ 8.184-7); 30 Мгц - 3000 Мгц (ГОСТ 8.072-82)).

Вторичный эталон — это эталон, для которого размер воспро­изводимой им единицы физической величины устанавливают по первичному эталону.

Таким образом, обеспечивается регулярная поверка всего парка имеющиеся в стране средств измерений, что позволяет эффективно реализовать единство измерений широкого парка измерительных приборов, используемых различными предприятиями и организациями на территории государства. Аналогичные принципы обеспечения единства измерений применяются и при международном экономическом сотрудничестве.