Проблемы преподавания метрологии на этапе реформирования Российской системы обеспечения единства измерений

УДК 006.91:372.8 В.И. Лесная

ЛЕСНАЯ Валентина Ивановна - доцент кафедры строительства и управления недвижимостью Инженерной школы (Дальневосточный федеральный университет, Владивосток). E-mail: valesnaya@yandex.ru © Лесная В.И., 2012

Проблемы преподавания метрологии на этапе реформирования российской системы обеспечения единства измерений

Рассматриваются проблемы преподавания метрологии, связанные с предложением при оценивании точности результата измерений применять понятие «неопределенность измерений» согласно международными нормативными документами.

Ключевые слова: метрология, неопределенность измерений, погрешность измерений.

The problems of metrology's teaching in reform the Russian system for assuring uniformity of measurements. Valentina I. Lesnaya - School of Engineering (Far Eastern Federal University, Vladivostok). The article discusses the problems of metrology's teaching, relating to the introduction of international standards the concept of "uncertainty in measurement". Native standards practically do not use this concept and are focused on the traditional approach, based on "error in measurement". Key words: metrology, uncertainty in measurement, error in measurement.

Процесс интеграции России в международное сообщество предполагает устранение барьеров в торговом, промышленном, научном и культурном сотрудничестве, поэтому необходимо добиться гармонизации отечественных и международных стандартов и других нормативных документов, в том числе в области метрологии, калибровки средств измерений, сертификации продукции.

В международной практике еще в начале 1980-х годов появилось предложение при оценивании точности результата измерений ввести применение понятия «неопределенность измерений» совместно с понятием «погрешность измерений». Необходимость этого объясняется тем, что погрешность - это оценка отклонения результата измерения от истинного значения измеряемой величины, которое, как известно, отыскать невозможно. Рабочая группа МБМВ (Международное бюро мер и весов) в 1980 г. подготовила Рекомендацию ¡N0-1 «Выражение экспериментальных неопределенностей», которая одобрена и утверждена МКМВ (Международной конференцией мер и весов). На основе этой рекомендации было разработано и издано в Швейцарии в 1993 г. под эгидой семи международных организаций «Руководство по выражению неопределенности измерения».

Основными положениями руководства [5] являются:

- отказ от использования понятий «погрешность» и «истинное значение измеряемой величины» в пользу понятий «неопределенность» и «опорное (оцененное) значение измеряемой величины»;

- переход от классификации погрешностей по природе их проявления на «случайные» и «систематические» к другому делению: по способу оценивания неопределенностей измерений (по типу А - методами математической статистики, по типу В - другими, нестатистическими, методами).

Основным количественным выражением неопределенности измерения является стандартная неопределенность (и) и суммарная стандартная неопределенность (иВ тех случаях, когда это необходимо, вычисляют расширенную неопределенность

и = к • и ,

с

где к - коэффициент охвата (числовой коэффициент, используемый как множитель суммарной стандартной неопределенности для получения расширенной неопределенности). Между характеристиками погрешности измерения и неопределенности измерения существует определенное соответствие: среднее квадратическое отклонение (СКО) соответствует стандартной неопределенности, доверительные границы - расширенной неопределенности, способ вычисления которой практически идентичен способу оценивания доверительных границ погрешности результата измерения.

Отечественные нормативные документы практически не используют понятия «неопределенность измерения» и ориентированы на традиционный и устоявшийся подход, основанный на понятии «погрешность». 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 (ГСИ). Или непосредственно для строительной отрасли - ГОСТ Р 53231-2008 «Бетоны. Правила контроля и оценки прочности», который нормирует новые правила оценки прочности бетона, но через определение СКО и коэффициент вариации. Например, в п. 6.2. этого ГОСТа указано, для каждой партии бетона или конструкций вычисляют среднеквадратическое отклонение Smи коэффициент вариации прочности бетона Vm [1].

Таким образом, существует противоречие между руководством по выражению неопределенности и системой отечественных нормативных документов, изучаемых в строительных вузах.

В руководстве подчеркнуто принципиальное различие понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения», но не исключена возможность достаточно правильного использования понятия «погрешность». Согласно [3, с. 5], «...некорректность применения понятия "погрешность" проявляется при смешении его с другими по смыслу понятиями, такими как "характеристики погрешности результата измерения", "доверительные границы погрешности". Значение погрешности конкретного результата измерения получают алгебраическим суммированием (со своими знаками) всех ее составляющих в рассматриваемом эксперименте с конкретным экземпляром средства измерений, а при оценке «характеристик погрешности» оперируют множеством возможных значений погрешностей в виртуальных или реальных экспериментах с различными экземплярами средств измерений данного типа при допустимом варьировании условий измерений. Поэтому общепринятые оценки среднеквадратичного отклонения, неисключенной составляющей систематической погрешности и доверительных границ множества погрешностей результатов измерений уже не соответствуют исходному определению погрешности. Эти оценки фактически характеризуют не погрешность, а разброс значений, приписываемых измеряемой величине на основе используемой информации, т.е. неопределенность».

В связи с этим понятия «погрешность измерения» и «неопределенность измерения» следует применять в соответствии с их определениями. Понятие «погрешность измерения» относится только к конкретному результату измерения, полученному с использованием конкретного экземпляра средства измерений, и является конкретным положительным или отрицательным числом.

Рекомендации по корректному применению понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения» в конкретных метрологических ситуациях даны в [3]. Из рассмотренных метрологических ситуаций можно предложить общее правило: результаты измерений в большинстве метрологических ситуаций характеризуются неопределенностью, а нормативы точности средств измерений, измерительных и контрольных процедур - погрешностью. Таким образом, понятия «неопределенность» и «погрешность» рекомендуется использовать без взаимного противопоставления и исключения одного из них.

Применение руководства [4] при международных контактах, включая высокоточные измерения, международные сличения и другие аспекты международной научно-технической деятельности, неизбежно. С этой точки зрения Рекомендации [2, 3] уже сейчас позволят отечественному специалисту вычислять неопределенности измерений без кардинальной ломки его представлений об оценивании погрешностей измерений.

Так как большая часть отечественных нормативных документов основывается на понятии «погрешность», в курсах метрологии, читаемых в высших учебных заведениях, концепцию неопределенности следовало бы излагать после того, как студентами будет успешно освоен классический курс, основанный на понятии «погрешность измерения», который послужил бы базой для восприятия нормативной документации и положений Руководства [4].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ Р 53231-2008. Бетоны. Правила контроля и оценки прочности. Утв. 25.12.2008 М.: Изд-во стандартов, 2009. 15 с.

2. РМГ 43-2001. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Применение «Руководства по выражению неопределенности измерений / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации. Минск, 2003. 22 с.

3. РМГ 91-2009. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. ГСИ. Совместное использование понятий «погрешность измерения» и «неопределенность измерения». Общие принципы. М.: Стандартинформ, 2009. 8 с.

4. Руководство по выражению неопределенности измерения: пер. с англ. СПб, 1999. 134 с.

5. Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement: First edition / Organization for Standardization. Switzerland, 1993. 101 p.