3.2. Показники якості і технологічності вимірювань
Погрішність вимірювань, безумовно, є головною характеристикою якості вимірювань, оскільки вона характеризує їх точність.
Точність – це показник якості вимірювань, що відображає близькість їх результатів до істинного значення величини, що виміряється.
Діючі стандарти наказують кількісно виражати точність зворотною величиною модуля відносної погрішності. Наприклад, якщо погрішність вимірювань рівна 10-3 (або 0,1%), то точність в даному випадку рівна 103.
По суті поняття точності і погрішності відображають протилежні якості вимірювань: чим менше погрішність, тим більше точність і навпаки. Проте на практиці у вищенаведеному випадку ніколи не говорять, що точність вимірювань складає 103. Більш споживані вирази типу: точність вимірювання рівна 0,1% або результат вимірювання вірний з точністю до 10-3, тобто кажучи про точність, по суті указують цифру неточності (погрішності).
Вимірювання настільки багатогранні, що оцінка їх якості лише одним показником точності інформативна приблизно в тій же мірі, що і живописне полотно, написане однією фарбою і позбавлене півтонів.
Існує велика кількість показників якості (технологічності, економічності, безпеки, ергономічності і т.д.) вимірювань, кожний з яких або певна їх сукупність в тій або іншій конкретній ситуації можуть представляти найбільший інтерес. Головні з них: достовірність, збіжність, відтворність, роздільна здатність (локальність), експресність (продуктивність), чутливість, вибірковість (селективність).
Достовірність – показник якості вимірювань, що характеризує ступінь довір'я до результатів вимірювань. Мірою достовірності є величина довірчої вірогідності, визначувана на основі законів теорії вірогідності за допомогою методів математичної статистики. Одна з основних задач метрології – не тільки зміряти, але і забезпечити
отримання результату, погрішність якого не перевищує заданих меж із заданою достовірністю.
Правильність – показник якості вимірювань, що відображає ступінь близькості до нуля систематичних погрішностей. Особливістю систематичних погрішностей є те, що вони в значній мірі можуть бути мінімізований або усунений шляхом введення в кінцевий результат вимірювань відповідних поправок. Такі результати вимірювань називаються виправленими.
Збіжність – показник якості і технологічності вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань, виконуваних в однакових умовах.
Відтворність – показник якості і технологічності вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань виконуваних в різних умовах.
Строго кажучи, принципової відмінності між збіжністю і відтворністю немає, оскільки ідентичність умов вимірювань ніколи не можна повною мірою гарантувати. В практичній метрології збіжність частіше за все розуміють як повторюваність результатів з використанням однієї і тієї ж методики, одного і того ж засобу вимірювань з порівняно короткою паузою між вимірюваннями. Відтворність більшою мірою береться до уваги при міжлабораторних дослідженнях.
Роздільна здатність – показник якості і технологічності вимірювань, що характеризує властивість методу і засобу вимірювань розпізнавати об'єкти, близькі один до одного в просторі або в часі. Кількісною мірою роздільної здатності є зворотне значення тієї мінімальної відстані або тимчасового відрізка, в крайніх точках якого можливо отримання незалежних відліків величини, що виміряється. Якщо ці інтервали менше допустимих, два відліки зливаються в один, і тоді говорять, що прилад або пристрій не "дозволяють" сигнал вимірювальній інформації.
Наприклад, оптичний мікроскоп металографії може мати роздільну здатність на координаті 1/50 мкм-1, а електронний мікроскоп – значно велику роздільну здатність по координаті – 1/10 Е-1. До речі, оптичне збільшення не завжди приводить до збільшення роздільної здатності (наприклад, при фотографуванні). Оцінка роздільної здатності по тимчасовій координаті грає, зокрема, важливу роль при аналізі електричних і акустичних послідовних сигналів (імпульсів).
З роздільною здатністю тісно зв'язано поняття локальності вимірювань. Оскільки практично будь-яке вимірювання (особливо в матеріалознавстві) дає результат, усереднений в деякому об'ємі, величина якого залежить від особливостей методу вимірювань і засобів вимірювань, що використовуються, то локальність вимірювань можна характеризувати максимальним габаритним розміром цього об'єму.
Чим менше цей розмір, тим краще локальність методу або апаратури. Проте, прагнення підвищити локальність (підвищити роздільну здатність) може привести до тому, що результат вимірювань втратить фізичне значення, тобто стане недостовірним. Тому локальність можна розглядати як показник якості і технологічності вимірювань, характеризуючий мінімальний об'єм достовірної проби.
Експресність (продуктивність) – показник якості і технологічності вимірювань, що характеризує їх швидкість або темп (число вимірювальних операцій в одиницю часу при дискретному характері вимірювань або величина, зворотна тривалості вимірювального процесу при аналогових вимірюваннях).
Чутливість – показник якості і технологічності вимірювань, що характеризує їх здібність до виявлення значущої різниці між корисним сигналом і сигналом неодруженого досвіду (фоном).
Вибірковість (селективність) – показник якості і технологічності вимірювань, що характеризує їх здатність відділяти корисний сигнал від перешкоди.
Показники якості і технологічності вимірювань не є взаємно незалежними, більш того, вони можуть навіть вступати в суперечність один з одним. Наприклад, підвищення роздільної здатності приводить до зменшення точності (збільшенню відносної погрішності) і зниження експресності вимірювань. До зниження експресності приводить також прагнення до їх достовірності шляхом збільшення числа вимірювань.
Тому метрологи і конструктори вимірювальної апаратури часто вдаються до узагальненого (інтегрального) показника якості і технологічності вимірювань.
Визначення інтегрального показника якості і технологічності вимірювань (І) носить, безумовно, суб'єктивний характер, оскільки воно залежить від конкретної поставленої задачі і від правильності експертних оцінок виконавців.
Наприклад, може запропонований наступний простий алгоритм визначення І:
Всі брані до уваги показники якості і технологічності вимірювань нумеруються: 1, 2 . і... n.
Кожному показнику якості і технологічності вимірювань дається експертна оцінка у вигляді коефіцієнта ваговитості wi по пятибалльной системі (1, 2, 3, 4, 5).
Далі розглядаються варіанти методик або засобів вимірювальної техніки, b, з і т.д., для кожного з яких експериментально оцінюється відносний рівень кожного показника якості і технологічності вимірювань (Тi , Тbi, Тсі і т.д.) по пятибальній системі (1, 2, 3, 4, 5). Коефіцієнти W і T можуть виражатися дробовими числами.
Для кожного варіанту обчислюється І, виходячи із значень якого, робиться вибір на користь того або іншого варіанту:
(3.3)