Читання невизначеності вимірювань у сертифікаті калібрування — коефіцієнт охоплення, правило прийняття рішення і чому «в межах допуску» не завжди очевидно

Гід про калібрування вимірювального обладнання розглядає, чому потрібне простежуване калібрування в лабораторії, акредитованій згідно з ISO/IEC 17025, і з яким інтервалом воно проводиться. Ця стаття заглиблюється на один рівень у конкретну частину самого сертифіката калібрування: вказану невизначеність вимірювання, коефіцієнт охоплення, за допомогою якого вона розрахована, і правило прийняття рішення, яке лабораторія застосовує, щоб визначити, чи визнається прилад «в межах допуску».

Чому кожне вимірювання має невизначеність

Жодне вимірювання — навіть виконане самою калібрувальною лабораторією — не дає точного значення. Кожне заявлене виміряне значення супроводжується невизначеністю вимірювання: діапазоном навколо виміряного значення, у межах якого справжнє значення знаходиться з певним ступенем ймовірності. Ця невизначеність складається з кількох складових (точність еталона порівняння, вплив довкілля, роздільна здатність вимірювальної системи, повторюваність вимірювання) і узагальнюється лабораторією в одному вказуваному числі: розширеній невизначеності вимірювання.

Коефіцієнт охоплення: від стандартної невизначеності до вказаного інтервалу

Розширена невизначеність вимірювання, вказана в сертифікаті, отримується множенням (статистичної) стандартної невизначеності на коефіцієнт охоплення (k). У практиці калібрування дуже часто застосовується k = 2, що для нормального розподілу відповідає довірчому інтервалу приблизно 95% (точніше: близько 95,45%). Сертифікат, що вказує невизначеність вимірювання без зазначення застосованого коефіцієнта охоплення та відповідного рівня довіри, дає, таким чином, неповну картину того, що це число справді означає.

Примітка: за малої кількості вимірювань (низької кількості ступенів свободи) може бути коректнішим використати коефіцієнт із t-розподілу замість k=2 — деталь, зазвичай не видима читачеві сертифіката, але яку сама лабораторія повинна враховувати згідно з застосовними метрологічними настановами. Точні правила розрахунку слід шукати в стандарті та міжнародних метрологічних настановах (VIM/GUM), а не в цій статті гіда.

Правило прийняття рішення: як невизначеність впливає на «пройшов/не пройшов»

Починаючи з ISO/IEC 17025:2017, лабораторія, що видає заяву про відповідність (наприклад, «в межах допуску» чи «відповідає специфікації»), зобов'язана застосовувати правило прийняття рішення і вказувати його в сертифікаті (§7.8.6.1 і §7.8.6.2). Це правило визначає, як заявлена невизначеність вимірювання враховується при визначенні відповідності результату: чи відбраковується виміряне значення вже тоді, коли перевищено межу допуску плюс невизначеність («guard banding», суворіша оцінка), чи лише саме виміряне значення перевіряється відносно межі допуску без урахування невизначеності (простіше, менш суворе правило)? Обидва варіанти є правомірними, але дають різний ризик помилкового висновку «пройшов», і тому повинні бути явно вказані в сертифікаті, а не матися на увазі за замовчуванням.

Чому це практично важливо при значенні поблизу межі

Для користувача каліброваного приладу (наприклад, вимірювача опору ізоляції, що застосовується під час інспекції за NEN 3140) це більше, ніж теоретичне питання: виміряне значення, яке лише трохи не виходить за межу допуску, але чия смуга невизначеності виходить за цю межу, несе інший рівень довіри, ніж виміряне значення, що лежить із явним запасом усередині допуску з вузькою смугою невизначеності. Сертифікат, що вказує лише «в межах допуску: так» без базового виміряного значення, невизначеності та застосованого правила прийняття рішення, залишає цей нюанс невидимим для того, хто оцінює сертифікат.

Практична значущість

Під час оцінювання сертифіката калібрування для вимірювального обладнання, що застосовується для інспекцій за NEN 3140 (див. також гід про вимірювальні прилади та класифікацію CAT), варто дивитися не лише на висновок «пройшов/не пройшов», а й на вказане виміряне значення, заявлену невизначеність вимірювання з коефіцієнтом охоплення та застосоване правило прийняття рішення — особливо коли виміряне значення знаходиться поблизу межі допуску, а результат інспекції від цього залежить.

Типові помилки

1. Читання лише висновку «в межах допуску» без розгляду базового виміряного значення та невизначеності вимірювання, через що граничний випадок розглядається як цілком достовірний.
2. Ігнорування коефіцієнта охоплення та рівня довіри при інтерпретації заявленої невизначеності вимірювання, тоді як саме вони визначають, наскільки «широкий» інтервал невизначеності насправді.
3. Припущення, що кожна лабораторія застосовує те саме правило прийняття рішення, тоді як ISO/IEC 17025 залишає лабораторіям можливість обирати власне, явно задокументоване правило — порівняння сертифікатів різних лабораторій без перевірки цього правила може вводити в оману.
4. Плутанина невизначеності вимірювання з допуском самого приладу: допуск (наприклад, з NEN-EN-IEC 61557) — це вимога до приладу, тоді як невизначеність вимірювання — властивість самого калібрувального вимірювання — дві різні, але взаємодіючі величини.

Пов'язане

• Калібрування вимірювального обладнання — простежуваність та інтервал
• Вимірювальні прилади та класифікація CAT
• Інспекція