1.2 Точность и правильность, повторяемость и воспроизводимость

В метрологии качество измерений характеризуется четырьмя основными критериями. Это точность, правильность, повторяемость, воспроизводимость.

На практике при оценке качества должны соблюдаться следующие условия:

1. стандартный метод измерений (метод должен быть стандартизован, то есть все измерения должны проводиться в соответствии с письменным документом, который подробно описывает, как должно проводиться измерение);

2. идентичные объекты испытаний (то есть образцы должны быть идентичными при их рассылке в лаборатории и они должны оставаться такими во время транспортирования на протяжении любых интервалов времени);

3. короткие интервалы времени;

4. условия наблюдений (очень важно точно определять какие факторы будут меняться, а какие нет; особенно важно установить три условия наблюдения, такие как «время», «оператор» и «оборудование») [1, 16].

В ИСО 5725 для описания точности метода измерений используют два термина. Это правильность и прецизионность. Правильность в этом нормативном документе характеризуется как степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному или принятому опорному значению. А термин прецизионность характеризуется как степень близости результатов измерений друг к другу [1, 15].

Истинное значение — значение, которое идеальным образом характеризует в качественном и количественном отношении соответствующую величину. Кроме того можно встретить наблюдаемое значение, то есть значение характеристики, полученное в результате единичного наблюдения, где результат измерений – значение характеристики, полученное выполнением регламентированного метода измерений. Это определение можно также отнести к истинному значению. А принятое опорное значение – это значение, которое служит в качестве согласованного для сравнения, то есть выбирается лаборантом непосредственно на месте [1].

Принятое опорное значение получается как:

1. теоретическое или установленное значение, базирующееся на научных принципах;

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

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

4. математическое ожидание измеряемой характеристики, то есть вычисленное как среднее значение заданной совокупности результатов измерений (при этом данный пункт выбирается лишь в тех случаях, когда пункты 1), 2) и 3) недоступны) [1].

Таким образом, можно заметить, что принятое опорное значение это заранее выбранное, в результате экспериментов, или рассчитанное, научным способом, значение.

Вообще на изменчивость результатов измерений, которые выполнены по одному методу, кроме различий между похожими образцами, могут влиять многие факторы, в том числе:

1. оператор (лаборант);

2. используемое оборудование;

3. калибровка оборудования – доведение измерительного прибора до достижения согласования между эталонной (стандартной) величины на входе и результатом на выходе;

4. параметры окружающей среды (температура, освещенность, влажность, степень загрязненности воздуха и т.д.);

5. интервал времени между измерениями [1].

Точность – это степень близости единичного результата измерений к принятому опорному значению. Включает в себя случайную и систематическую погрешности, на основании чего можно сделать вывод, что чем меньше общая погрешность, тем выше точность измерений [1, 15, 16].

Правильность – степень близости среднего значения, полученного на основании большой серии результатов измерения к принятому опорному значению, то есть близость измеренной величины к истинной.

Показателем правильности обычно является значение систематической погрешности, которая рассмотрена выше. Правильность зависит от класса применяемой аппаратуры, от опыта экспериментатора (оператора), от его классификации и так далее. [1, 15, 16]

Правильность метода измерений применяется в случаях, когда можно воспроизвести истинное значение измеряемой величины. Но в связи с тем, что истинное значение не может быть известно точно, есть основания располагать принятым опорным значением измеряемой величины.

Также для практики измерений очень важен термин «выброс». Выброс – это элемент совокупности значений, который несовместим с остальными элементами данной совокупности. То есть выброс – это какое-то значение, не попадающее в общую выборку, он не определяется методами математической статистики.

Причины выбросов могут быть разнообразными. Наиболее распространенными являются:

- ошибки измерения, в том числе неисправность приборов;

- необычная природа входных данных.

Если в процессе измерения выявился выброс, то его просто отметают и переделывают опыт еще раз [1, 2].

Прецизионность – это степень близости друг к другу независимых результатов измерений, которые были получены в конкретных регламентированных условиях. И в данном случае прецизионность зависит только от случайных погрешностей, а также не имеет отношения к истинному или установленному значению измеряемой величины [1, 16].

Независимый результат измерения - это такой результат, который был получен способом, на который не оказывает влияния никакой предшествующий результат, полученный при исследовании того же самого или же подобного объекта. То есть это такой результат, который полностью огражден от результатов предыдущих измерений [1, 16].

Прецизионность является общим термином для выражения изменчивости повторяющихся измерений. То есть прецизионность включает в себя два условия. Это условия повторяемости и воспроизводимости. В условиях повторяемости факторы, указанные выше, будут считаться постоянными, и не будут влиять на изменчивость, тогда как в условиях воспроизводимости эти факторы будут изменяться и влиять на изменчивость результатов проведенных испытаний. То есть, делая вывод на основании этих двух понятий, можно заметить, что повторяемость и воспроизводимость представляют собой два крайних случая прецизионности, причем, первый характеризует минимальную изменчивость результатов, а второй – максимальную. [1]

Повторяемость (сходимость) – это степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в условиях, повторяемости (сходимости):

1. применение одних и тех же методов;

2. проведение измерений в одной и той же лаборатории;

3. проведение измерений одним и тем же человеком (оператором);

4. использование одного и того же оборудования;

5. проведение измерений в пределах короткого промежутка времени [1, 4].

Предел повторяемости (сходимости) – это значение, которое, как правило, с доверительной вероятностью 95 % не превышается абсолютной величиной разности между результатами двух измерений, которые были получены в условиях сходимости. То есть это значение, у которого расходимость между результатами не должна превышать 5 %. Или это можно понять как тот факт, что если мы будем делать все правильно, то с вероятность в 95% мы уложимся в интервал [1, 2, 4].

Воспроизводимость очень похожая на повторяемость величина, которая характеризует степень близости друг к другу независимых результатов измерений, которые получают в условиях воспроизводимости. Эти условия во многом противоположны условиям повторяемости [16].

Воспроизводимость – это характеристика результатов испытаний, которая определяется степенью близости результатов повторных испытаний объекта, полученных в условиях воспроизводимости:

1. применение одних и тех же методов;

2. проведение измерений в разных лабораториях;

3. проведение измерений разными людьми (операторами);

4. использование различного оборудования;

5. проведение анализа в разное время [1, 2].

Для воспроизводимости нужно выполнение хотя бы одного условия, а не всей совокупности, как в повторяемости.

Предел воспроизводимости аналогичен повторяемости, только при условиях воспроизводимости [1, 2].

Различия между результатами измерений, выполняемых разными операторами или при использовании разного оборудования будут больше, чем между результатами измерений, которые будут выполняться в течение короткого промежутка времени одним оператором с использованием одного и того же оборудования [1, 3, 5].