Чтение неопределённости измерений в сертификате калибровки — коэффициент охвата, правило принятия решения и почему «в пределах допуска» не всегда очевидно

Гид о калибровке измерительного оборудования рассматривает, почему требуется прослеживаемая калибровка в лаборатории, аккредитованной согласно ISO/IEC 17025, и с каким интервалом она проводится. Эта статья углубляется на один уровень в конкретную часть самого сертификата калибровки: указанную неопределённость измерений, коэффициент охвата, с помощью которого она рассчитана, и правило принятия решения, которое лаборатория применяет, чтобы определить, признаётся ли прибор «в пределах допуска».

Почему у каждого измерения есть неопределённость

Ни одно измерение — даже выполненное самой калибровочной лабораторией — не даёт точного значения. Каждое заявленное измеренное значение сопровождается неопределённостью измерения: диапазоном вокруг измеренного значения, в пределах которого истинное значение находится с определённой степенью вероятности. Эта неопределённость складывается из нескольких составляющих (точность эталона сравнения, влияние окружающей среды, разрешение измерительной системы, повторяемость измерения) и обобщается лабораторией в одном указываемом числе: расширенной неопределённости измерения.

Коэффициент охвата: от стандартной неопределённости к указанному интервалу

Расширенная неопределённость измерения, указанная в сертификате, получается путём умножения (статистической) стандартной неопределённости на коэффициент охвата (k). В практике калибровки очень часто применяется k = 2, что для нормального распределения соответствует доверительному интервалу примерно 95% (точнее: около 95,45%). Сертификат, указывающий неопределённость измерения без указания применённого коэффициента охвата и соответствующего уровня доверия, даёт, таким образом, неполную картину того, что означает это число на самом деле.

Примечание: при малом числе измерений (низком числе степеней свободы) может быть более корректным использовать коэффициент из t-распределения вместо k=2 — деталь, обычно не видимая читателю сертификата, но которую сама лаборатория должна учитывать согласно применимым метрологическим руководствам. Точные правила расчёта следует искать в стандарте и международных метрологических руководствах (VIM/GUM), а не в данной статье гида.

Правило принятия решения: как неопределённость влияет на «прошёл/не прошёл»

Начиная с ISO/IEC 17025:2017, лаборатория, выдающая заявление о соответствии (например, «в пределах допуска» или «соответствует спецификации»), обязана применять правило принятия решения и указывать его в сертификате (§7.8.6.1 и §7.8.6.2). Это правило определяет, как заявленная неопределённость измерения учитывается при определении соответствия результата: отбраковывается ли измеренное значение уже тогда, когда превышена граница допуска плюс неопределённость («guard banding», более строгая оценка), или же только само измеренное значение проверяется относительно границы допуска без учёта неопределённости (более простое, менее строгое правило)? Оба варианта правомерны, но дают разный риск ошибочного заключения «прошёл», и поэтому должны быть явно указаны в сертификате, а не подразумеваться по умолчанию.

Почему это практически важно при значении вблизи границы

Для пользователя калиброванного прибора (например, измерителя сопротивления изоляции, применяемого при инспекции по NEN 3140) это больше, чем теоретический вопрос: измеренное значение, которое лишь немного не выходит за границу допуска, но чья полоса неопределённости выходит за эту границу, несёт иной уровень доверия, чем измеренное значение, лежащее с явным запасом внутри допуска с узкой полосой неопределённости. Сертификат, указывающий лишь «в пределах допуска: да» без базового измеренного значения, неопределённости и применённого правила принятия решения, оставляет этот нюанс невидимым для того, кто оценивает сертификат.

Практическая значимость

При оценке сертификата калибровки для измерительного оборудования, применяемого для инспекций по NEN 3140 (см. также гид об измерительных приборах и классификации CAT), стоит смотреть не только на заключение «прошёл/не прошёл», но и на указанное измеренное значение, заявленную неопределённость измерения с коэффициентом охвата и применённое правило принятия решения — особенно когда измеренное значение находится вблизи границы допуска, а результат инспекции от этого зависит.

Типичные ошибки

1. Чтение только заключения «в пределах допуска» без рассмотрения базового измеренного значения и неопределённости измерения, из-за чего пограничный случай рассматривается как полностью достоверный.
2. Игнорирование коэффициента охвата и уровня доверия при интерпретации заявленной неопределённости измерения, тогда как именно они определяют, насколько «широк» интервал неопределённости на самом деле.
3. Предположение, что каждая лаборатория применяет одно и то же правило принятия решения, тогда как ISO/IEC 17025 оставляет лабораториям возможность выбирать собственное, явно задокументированное правило — сравнение сертификатов разных лабораторий без проверки этого правила может вводить в заблуждение.
4. Путаница неопределённости измерения с допуском самого прибора: допуск (например, из NEN-EN-IEC 61557) — это требование к прибору, тогда как неопределённость измерения — свойство самого калибровочного измерения — две разные, но взаимодействующие величины.

См. также

• Калибровка измерительного оборудования — прослеживаемость и интервал
• Измерительные приборы и классификация CAT
• Инспекция