9.5. Оценивание погрешностей результатов однократных измерений

Однократные измерения самый распространенный на практике вид измерений. Существуют довольно ответственные однократные измерения, которые проводятся для событий или процессов, которые невозможно повторить. Это, например, измерения, связанные с определением параметров взрывов, образования короткоживущих радионуклидов, измерения, связанные с различными природными явлениями, с разрушением испытуемого образца, технические измерения на производстве и др.

Основное отличие однократных измерений от многократных состоит в том, что по результату измерения невозможно определить случайную составляющую погрешности, хотя она присутствует в результате измерений. Величина этой погрешности в составе суммарной погрешности должна быть оценена, используя предыдущие или подобные измерения, опыт оператора, позволяющий оценить значимость этой погрешности и др.

В монографии [76] довольно подробно рассмотрены различные случаи проведения однократных измерений и предложено в зависимости от объема имеющейся информации у оператора условно различать измерения с точным оцениванием погрешности, измерения с приближенным оцениванием погрешности и технические измерения.

Методика обработки прямых однократных измерений с точным оцениванием погрешности изложена в методических указаниях МИ 1552-86 «ГСИ. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей результатов измерений» и национальном стандарте ГОСТ Р 50.2.038-2004. «ГСИ. Измерения прямые однократные и оценивание погрешностей и неопределенности результатов измерений». Основные рекомендации при оценивании результатов однократных измерений сводятся к следующему [76,78,79].

Результатом измерения считается значение величины, полученное при отдельном измерении. При любых измерениях (однократных или многократных) имеют место методическая, инструментальная и субъективная погрешности. Осуществление однократных измерений и получение при этом достаточно достоверной информации возможно только при соблюдении ряда условий:

– изучена заранее (априори) модель измерения и установлены все методические погрешности измерения, некоторые из которых устранены;

– метрологические характеристики СИ соответствуют требования НД на данный вид СИ;

– субъективная погрешность является незначительной либо вообще отсутствует.

 При измерении с точным оцениванием погрешностей производится индивидуальное исследование СИ с учетом влияния всех факторов на результат измерения и так же как для многократных измерений определяют оценки всех систематических погрешностей, а затем по возможности их устраняют. При точном оценивании выделяют, как правило, много составляющих систематических и случайных погрешностей и их статистически объединяют. Рекомендации МИ 1552-86 применимы при соблюдении ряда условий, таких как: составляющие погрешности известны, случайные составляющие распределены по нормальному закону, а неисключенные систематические погрешности заданы своими границами и распределены равномерно. При этом оценка общей погрешности измерения (суммирование случайных и неисключенных систематических погрешностей) производится так же, как и в случае прямых измерений, рассмотренной выше.

 Для однократных измерений с приближенным оцениванием погрешностей, когда информации об объекте измерения или условиях измерения или СИ – недостаточно, характерно оценивание погрешностей на основе нормативных данных о метрологических свойствах используемых СИ данного типа. Метрологические характеристики индивидуального СИ, как правило, отличаются от нормируемых метрологических характеристик «типового» СИ и это составляет одну из основных составляющих погрешности однократного измерения. Подобные оценки правомочны, если установлено, что случайной составляющей погрешности можно пренебречь.

Если СИ эксплуатируется в нормальных условиях и известно, что методическая составляющая погрешности невелика, то грубая оценка сверху может быть произведена по величине предела основной погрешности измерения, т.е. по классу точности используемого СИ. Подобную оценку можно сделать и в рабочих условиях эксплуатации, при которых погрешность СИ, как правило, является определяющей. Для случая с приближенным оцениванием погрешностей характерно использование типовых характеристик СИ.

 Технические измерения – это измерения, для которых погрешности известны заранее и в процессе измерения их не оценивают. Порядок проведения технических измерений, методика их выполнения, а также методика оценивания погрешностей, как правило, представляется в отдельных документах типа: «Методика выполнения измерений», «Методика оценки погрешности измерения», в технических условиях на СИ, в техническом паспорте или других документах. Важно, что для этого типа измерений все составляющие погрешности определены заранее и в сопроводительной документации на СИ могут быть указаны составляющие погрешности в данных условиях применения. Методика выполнения измерений представляет собой технологию проведения технических измерений. Она может включать требования к порядку проведения измерения, использованию дополнительных СИ и вспомогательных устройств, требования к условиям измерения (температура окружающей среды, влажность, механические воздействия и др.), методу измерения, квалификации персонала, подготовительным работам до проведения измерений, обработке и представлению результатов измерения, а также другие требования с целью получения достоверных результатов измерения и безопасного выполнения измерений.

В атомной отрасли разработаны ряд ОСТ, посвященных требованиям к МВИ и порядку выполнения МВИ [113-115].

К особенности оценивания погрешности технических измерений можно отнести тот факт, что измерения могут проводиться по всему диапазону изменения ФВ. При этом за погрешность технического измерения иногда принимают погрешность в наиболее неблагоприятной точке диапазона, таким образом, завышая реальную погрешность измерения в других точках диапазона.

Пример 9-5. Дозиметр гамма-излучения предназначен для измерения эквивалентной дозы Н в диапазоне от 1,0 мкЗв до 100 мкЗв. Предел погрешности измерения в нормальных условиях (температура окружающей среды 2010⁰С) составляет (20+8/Н) % от верхнего предела измерения. Дополнительная температурная погрешность составляет 0,1 %/⁰С. Методика измерения предполагает, что чувствительная поверхность датчика прибора при измерении должна находиться на расстоянии 100,5 см от загрязненной поверхности. Измерение дозы, проведенное оператором с помощью дозиметра при температуре окружающей среды 50⁰ С, показало, что загрязненность грунта составляет 80 мкЗв.

Определить абсолютную погрешность измерения и поправку, которую необходимо внести в показания дозиметра.

Основная относительная погрешность измерения будет равна (20+8/80)=20,1 %, а абсолютная 20,1 мкЗв. Дополнительная погрешность, обусловленная повышенной температурой, в условиях которой производилось измерение, составляет 0,1(50-30)=2 %, что соответствует абсолютной погрешности 1,6 мкЗв. С учетом поправки и округления результат измерения составит 78 мкЗв. Предел погрешности измерения будет равен 20 мкЗв. Погрешность установки дозиметра на измерительную позицию 0,5 см, особенности грунта и др. учтены в пределе погрешности дозиметра, приведенные в его документации.