ДСТУ ISO/IEC Guide 98-3:2018 Неопределенность измерений. Часть 3. Руководство по представлению неопределенности в измерении (GUM:1995) (ISO/IEC Guide 98-3:2008, IDT)

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

НЕВИЗНАЧЕНІСТЬ ВИМІРЮВАНЬ
Частина 3. Настанова щодо подання невизначеності
у вимірюванні (GUM:1995)

ДСТУ ISO/IEC Guide 98-3:2018
(ISO/IEC Guide 98-3:2008, IDT)
ДСТУ ISO/IEC Guide 98-3:2018

 

Київ
   
(ДП «УкрНДНЦ»)
2019

ПЕРЕДМОВА

1 РОЗРОБЛЕНО: Технічний комітет стандартизації «Метрологія та вимірювання» (ТК 63), Національний науковий центр «Інститут метрології» (ННЦ «Інститут метрології»), м. Харків

2 ПРИЙНЯТО ТА НАДАНО ЧИННОСТІ: наказ Державного підприємства «Український науково-дослідний і навчальний центр проблем стандартизації, сертифікації та якості» (ДП «УкрНДНЦ») від 18 грудня 2018 р. № 507 з 2020–01–01

3 Національний стандарт відповідає ISO/IEC Guide 98-3:2008 Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995) (Невизначеність вимірювань. Частина 3. Настанова щодо подання невизначеності у вимірюванні (GUM:1995))

Ступінь відповідності — ідентичний (IDT)

Переклад з англійської (en)

4 Цей стандарт розроблено згідно з правилами, установленими в національній стандартизації України

5 УВЕДЕНО ВПЕРШЕ

ЗМІСТ

Національний вступ

Вступ до ISO/IEC Guide 98-3:2008

Передмова до ISO/IEC Guide 98-3:2008

0 Вcтуп

1 Сфера застосування

2 Терміни та визначення понять

2.1 Загальні терміни метрології

2.2 Термін «невизначеність»

2.3 Терміни, вжиті в цьому стандарті

3 Основні поняття

3.1 Вимірювання

3.2 Похибки, ефекти та поправки

3.3 Невизначеність

3.4 Практичні аспекти

4 Оцінювання стандартної невизначеності

4.1 Моделювання вимірювань

4.2 Оцінювання стандартної невизначеності за типом А

4.3 Оцінювання стандартної невизначеності за типом В

4.4 Графічна ілюстрація оцінювання стандартної невизначеності

5 Визначення сумарної стандартної невизначеності

5.1 Некорельовані вхідні величини

5.2 Корельовані вхідні величини

6 Визначення розширеної невизначеності

6.1 Вступ

6.2 Розширена невизначеність

6.3 Вибирання коефіцієнта охоплення

7 Подання результатів щодо невизначеності

7.1 Загальні рекомендації

7.2 Спеціальні рекомендації

8 Стисле викладення процедури оцінювання та подання невизначеності

Додаток А (довідковий) Рекомендації робочої групи та СІРМ

Додаток B (довідковий) Основні терміни з метрології

Додаток С (довідковий) Основні терміни й поняття математичної статистики

Додаток D (довідковий) «Істинне» значення, похибка та невизначеність

Додаток Е (довідковий) Мотиви та основи для розроблення Рекомендацій INC-1 (1980)

Додаток F (довідковий) Практичні рекомендації з оцінювання складників невизначеності

Додаток G (довідковий) Кількість ступенів вільності та рівні довіри

Додаток H (довідковий) Приклади

Додаток J (обов’язковий) Словник основних математичних познак

Бібліографія

Абетковий покажчик англійських термінів

Додаток НA (обов’язковий) Абетковий покажчик українських термінів

НАЦІОНАЛЬНИЙ ВСТУП

Цей національний стандарт ДСТУ ISO/ІЕС Guide 98-3:2018 (ISO/ІЕС Guide 98-3:2008, IDT) «Невизначеність вимірювань. Частина 3. Настанова щодо подання невизначеності у вимірюванні», прийнятий методом перекладу, — ідентичний щодо ISO/ІЕС Guide 98-3:2008 (версія en) «Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995)». Технічний комітет стандартизації, відповідальний за цей стандарт в Україні, — ТК 63 «Метрологія та вимірювання».

У цьому національному стандарті зазначено вимоги, які відповідають законодавству України.

До стандарту внесено такі редакційні зміни:

— слова «цей міжнародний стандарт», «ця настанова», «цей документ», «дана настанова» замінено на «цей стандарт»;

— структурні елементи стандарту: «Титульний аркуш», «Передмову», «Національний вступ», першу сторінку, «Терміни та визначення понять» і «Бібліографію» — оформлено згідно з вимогами національної стандартизації України;

— з «Передмови» та «Вступу» до ISO/ІЕС Guide 98-3:2008 взято лише ту інформацію, що стосується безпосередньо цього стандарту;

— у «Бібліографії», наведено «Національне пояснення», виділене рамкою;

— у всіх виносках, наведених за текстом стандарту, вилучено слова «footnote to the 2008 version» («виноска до версії 2008 року»);

— долучено довідковий додаток НА «Абетковий покажчик українських термінів»;

— у розділі «Терміни та визначення понять» та додатку Н наведено «Національне пояснення», виділене рамкою;

— у «Передмові до ISO/IEC Guide 98-3:2008», додатках В та С наведено «Національні примітки», виділені в тексті рамкою.

ВСТУП до ISO/IEC GUIDE 98-3:2008

Цей стандарт установлює загальні правила оцінювання та подання невизначеності вимірювання стосовно широкого спектра вимірювань. Основою стандарту є Рекомендація 1 (CI–1981) Міжнародного комітету мір та ваг (СІРМ) і Рекомендація INC-1 (1980) Робочої групи з невизначеності. Робочу групу створило Міжнародне бюро мір та ваг (ВІРМ) за дорученням СІРМ. СІРМ-Рекомендація є єдиною рекомендацією щодо подання невизначеності вимірювання, прийнятою міжурядовою організацією.

Цей стандарт розробила об’єднана робоча група експертів, призначена ВІРМ, Міжнародною електротехнічною комісією (ІЕС), Міжнародною організацією зі стандартизації (ISO) та Міжнародною організацією законодавчої метрології (OIML).

Підтримали розроблення цього стандарту, що опублікований від їхнього імені, такі сім організацій:

ВІРМ: Міжнародне бюро мір та ваг

ІЕС: Міжнародна електротехнічна комісія

IFCC: Міжнародна федерація клінічної хімії

ISO: Міжнародна організація зі стандартизації

IUPAC: Міжнародний союз теоретичної й прикладної хімії

IUPAP: Міжнародний союз теоретичної й прикладної фізики

OIML: Міжнародна організація законодавчої метрології

Користувачів цього стандарту запрошували надсилати свої коментарі та запити щодо роз’яснень кожній із семи зазначених міжнародних організацій, адреси яких зазначено на зворотньому боці обкладинки.

ПЕРЕДМОВА до ISO/IEC GUIDE 98-3:2008

У 1977 році, визнаючи, що немає міжнародного консенсусу з питання подання невизначеності вимірювання, найавторитетніша міжнародна організація в галузі метрології, Міжнародний комітет мір та ваг СІРМ, звернулася до Міжнародного бюро мір та ваг, ВІРМ, із проханням розглянути цю проблему разом з національними метрологічними лабораторіями та підготувати відповідну рекомендацію.

ВІРМ підготувало докладну анкету й надіслало її до 32 національних метрологічних лабораторій, які зацікавлені у розв’язанні цієї проблеми (а також для інформації у п’ять міжнародних організацій). До початку 1979 р. отримано відповіді з 21 лабораторії [1]. Майже всі вважали важливим установити визнану на міжнародному рівні процедуру для вираження невизначеності вимірювання та об’єднання окремих складників невизначеності в одну загальну невизначеність. Однак у тому, якою має бути ця процедура, консенсусу не було досягнуто. З метою досягнення єдиної та загальновизнаної процедури для вираженя невизначеності ВІРМ скликало засідання; на ньому були присутні експерти з 11 національних метрологічних лабораторій. Ця Робоча група з невизначеності розробила Рекомендацію INC-1 (1980 р.) «Вираження експериментальних невизначеностей» [2]. Рекомендація схвалена СІРМ у 1981 р. [3] та підтверджена в 1986 р. [4].

Завдання розроблення докладного стандарту, що ґрунтується на Рекомендації, підготовленій Робочою групою (яка є, скоріше, стислим формулюванням загальних принципів, ніж детальною рекомендацією) СІРМ передало Міжнародній організації зі стандартизації (ISO), оскільки ISO більшою мірою може врахувати потреби, що виникають із широких інтересів промисловості й торгівлі.

Відповідальність покладено на Технічну консультативну групу з метрології ISO (ТАG 4), оскільки одне з її завдань — координація розроблення настанов у галузі вимірювань, що має спільний інтерес для ISO та інших шести організацій, які разом з ISO беруть участь у роботі ТАG 4: Міжнародна електротехнічна комісія (ІЕС), партнер ISO в області міжнародної стандартизації; СІМР та Міжнародна організація законодавчої метрології (OIML), дві всесвітньо визнані міжнародні організації у сфері метрології; Міжнародний союз теоретичної й прикладної хімії (IUPAC) та Міжнародний союз теоретичної й прикладної фізики (IUPAP), два міжнародних союзи у сфері хімії та фізики; Міжнародна федерація клінічної хімії (IFCC).

ТАG 4, у свою чергу, заснувало Робочу групу 3 (ISO/ТАG 4/WG 3), сформовану з експертів, кандидатури яких запропоновано ВІРМ, ІЕС, ISO та OIML і затверджено головою ТАG 4. Їй доручено таке завдання: розробити настановчий документ, що ґрунтується на Рекомендації Робочої групи ВІРМ з Невизначеності, який містить правила щодо подання невизначеності вимірювання для використання у сфері стандартизації, калібрування, акредитації лабораторій та для використання метрологічними службами.

Метою цього стандарту є:

— забезпечення надання повної інформації про те, як отримано твердження щодо невизначеності;

— забезпечення основи для міжнародного звірення результатів вимірювань.

0 ВСТУП

0.1 Під час надання звіту про результат вимірювання фізичної величини деякі кількісні показники якості результату вимірювання обов’язково зазначають так, щоб під час використання цього результату було можливо оцінити його вірогідність. Без надання такої інформації результати вимірювань не може бути порівняно ні один з одним, ні зі значеннями, зазначеними в технічних умовах або стандарті. У зв’язку з цим виникає необхідність у наявності простої у застосуванні, зрозумілої й загальновизнаної процедури, яка дає змогу характеризувати якість результату вимірювань, тобто оцінювати й виражати його невизначеність.

0.2 Концепція невизначеності як кількісної характеристики є відносно новим в історії вимірювань, хоча поняття похибки та аналізування похибок давно використовують у метрологічній практиці. Наразі загальновизнано, що після того як оцінено всі відомі або очікувані складники похибок та в результат вимірювання внесено відповідні поправки, все ще залишається невизначеність стосовно правильності отриманого результату, тобто сумнів у тому, наскільки точно він відповідає значенню вимірюваної величини.

0.3 Подібно до того, як Міжнародна система одиниць (SI), будучи системою практично універсального використання, привнесла узгодженість в усі наукові й технічні вимірювання, міжнародна єдність в оцінюванні та поданні невизначеності вимірювання забезпечила б належне розуміння та правильне використання широкого спектра результатів вимірювань у науці, техніці, торгівлі, промисловості та законодавстві. В умовах міжнародного ринку надзвичайно важливо, щоб метод оцінювання та вираження невизначеності був єдиним у всьому світі, а результати вимірювань, проведених у різних країнах, можна було легко порівняти між собою.

0.4 Ідеальний метод оцінювання та вираження невизначеності результату вимірювань має бути:

— універсальним: метод має бути застосовним до всіх видів вимірювань і до всіх видів вхідних даних, що використовують у вимірюваннях.

Величина, яку безпосередньо використовують для вираження невизначеності, має бути:

— внутрішньо узгодженою: вона має безпосередньо виводитися зі складників її компонентів, а також бути не залежною від того, як ці компоненти групуються і як вони розкладаються на підкомпоненти;

— замінною: має бути можливість безпосереднього використання невизначеності, оціненої для одного результату вимірювання, як складника невизначеності іншого вимірювання, у якому використовують перший результат.

Крім того, найчастіше в промисловості й торгівлі, а також у сферах охороні здоров’я та безпеки результат вимірювання має бути подано із зазначенням інтервалу, що його охоплює, в границях якого, як можна очікувати, міститиметься найбільша частина розподілу значень, які обґрунтовано може бути приписано вимірюваній величині. Отже, ідеальний метод оцінювання та вираження невизначеності вимірювання повинен бути здатним забезпечити такий інтервал, який би, зокрема, був дійсно близьким до довірчого інтервалу із заданим рівнем довіри.

0.5 Підхід, на якому ґрунтується цей стандарт, викладено в Рекомендації INC-1 (1980) [2] Робочої групи з невизначеності, створеної ВІРМ за ініціативи СІРМ (див. Передмову). Цей підхід, обґрунтування якого розглядають у додатку Е, відповідає всім зазначеним вище вимогам. Цього не можна сказати про більшість інших методів, які наразі використовують. Рекомендацію INC-1 (1980) схвалено й знову підтверджено СІРМ у його власній Рекомендації 1 (CI–1981) [3] та Рекомендацією 1 (CI–1986) [4]; переклад цих СІРМ Рекомендацій англійською мовою наведено в додатку А (А.2 й А.3 відповідно). Оскільки основою для цього стандарту залишається Рекомендація INC-1 (1980), її переклад українською мовою наведено в 0.7, а переклад французького тексту, який є авторитетним, наведено в додатку А (розділ А.1).

Національна примітка 1.

В А.2 та А.3 додатка А переклад Рекомендації 1 (CI–1981) [3] та Рекомендації 1 (CI–1986) наведено українською мовою.

0.6 Стислий опис методу оцінювання та подання невизначеності вимірювання, зазначені у цьому стандарті, наведено в розділі 8, а низку докладних прикладів, що пояснюють, — у додатку Н. Інші додатки присвячено загальним термінам, які використовують у метрології (додаток В), основним термінам і поняттям математичної статистики (додаток С), «істинному значенню» величини, похибці та невизначеності (додаток D), практичним настановам з оцінювання складників невизначеності (додаток F), ступеням вільності та рівням довіри (додаток G), основним математичним символам, які застосовано в цьому документі (додаток J). Бібліографію наведено наприкінці документа.

0.7 Рекомендація INC-1 (1980) Подання експериментальної невизначеності

1) Невизначеність результату вимірювання зазвичай складається з кількох компонентів, які можна групувати у дві категорії відповідно до того, як оцінюють їхнє числове значення:

А — ті, які оцінюють статистичними методами,

В — ті, які оцінюють іншими засобами.

Не завжди існує проста відповідність між класифікацією в категорії А чи В і раніше використованою класифікацією на «випадкові» та «систематичні» невизначеності. Термін «систематична невизначеність» може бути помилковим і його треба уникати.

Будь-який детальний звіт про невизначеність має складатися з повного переліку компонентів, що вказують для кожного використовуваного методу для отримання його числового значення.

2) Компоненти категорії А характеризують розрахунковими дисперсіями s_i² (або розрахунковими «стандартними відхилами» s_i) та кількістю ступенів вільності ν_i. У відповідних випадках потрібно надати ковариації.

3) Компоненти категорії В мають характеризуватися величинами u_j², які можна розглядати як наближення до відповідних відхилів, існування яких передбачається. Величини u_j² можуть розглядатися як дисперсії, а величини u_j— як стандартні відхили. У відповідних випадках коваріації потрібно розглядати у подібний спосіб.

4) Комбінована невизначеність має характеризуватися чисельним значенням, отриманним із застосуванням звичайного методу для комбінації дисперсій. Комбіновану невизначеність та її складові має бути виражено у вигляді «стандартних відхилів».

5) Якщо для конкретних застосувань потрібно помножити комбіновану невизначеність на коефіцієнт, щоб отримати загальну невизначеність, використовують коефіцієнт множення.

НАЦІОНАЛЬНИЙ СТАНДАРТ УКРАЇНИ

НЕВИЗНАЧЕНІСТЬ ВИМІРЮВАНЬ
Частина 3. Настанова щодо подання невизначеності у вимірюванні (GUM:1995)

UNCERTAINTY OF MEASUREMENT
Part 3. Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995)

Чинний від 2020–01–01

1 СФЕРА ЗАСТОСУВАННЯ

1.1 Цей стандарт установлює загальні правила оцінювання та подання невизначеності вимірювання, яких необхідно дотримуватися під час вимірювань, що проводять на різних рівнях точності та в різних галузях — від технічних вимірювань на виробництві до фундаментальних наукових досліджень. Тому правила, встановлені цим стандартом, поширюються на широкий спектр вимірювань, охоплюючи такі, що використовують для:

— підтримання контролю якості продукції та забезпечення якості на виробництві;

— виконання й дотримання вимог законів та регламентів;

— проведення фундаментальних і прикладних досліджень та розроблень у науці й техніці;

— калібрування еталонів та засобів вимірювальної техніки, а також проведення випробувань у національній системі вимірювань з метою забезпечення простежуваності до національних еталонів;

— розроблення, підтримання та звірення міжнародних і національних референтних еталонів одиниць величин, охоплюючи стандартні зразки речовин і матеріалів.

1.2 Цей стандарт насамперед, розглядає подання невизначеності вимірювань чітко визначеної величини — вимірюваної величини, — яка характеризується єдиним значенням. Якщо явище, яке являє інтерес, може бути подано лише як деякий розподіл значень або якщо характеризується залежністю від одного чи кількох параметрів, таких як час, то вимірюваними величинами, необхідними для його опису, є набір величин, що описують такий розподіл або залежність.

1.3 Цей стандарт також застосовний для оцінювання та подання невизначеності, пов’язаної з концептуальним проектуванням і теоретичним аналізуванням експериментів, методами вимірювань та багатофункційними компонентами і системами. Оскільки результат вимірювання величини і його невизначеність можуть бути абстрактними і ґрунтуватися на гіпотетичних даних, то термін «результат вимірювань», який використовують у цьому стандарті, треба інтерпретувати у цьому, ширшому, контексті.

1.4 Цей стандарт установлює загальні правила оцінювання та подання невизначеності вимірювань і не містить детальних вказівок щодо конкретних вимірювань. Крім того, в цьому стандарті також не розглядають питання, як оцінку невизначеності певного результату вимірювання може бути використано для інших потреб, наприклад висновків щодо сумісності цього результату з результатами аналогічних вимірювань, установлення границі допуску в технологічному процесі або визначення певного порядку дій, які можна безпечно здійснювати. Тому може знадобитися розроблення конкретних стандартів на основі цього стандарту, які стосуються проблем, специфічних для конкретних сфер вимірювань, або з різним застосуванням кількісних оцінок невизначеності. Такі стандарти можуть являти собою спрощені версії цього стандарту, але вони повинні містити в собі всі необхідні відомості, зважаючи на необхідний рівень точності та складності вимірювань, на які вони поширюються.

2 ТЕРМІНИ ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОНЯТЬ

2.1 Загальні терміни метрології

Визначення низки загальних термінів метрології, що стосуються цього стандарту, таких як «вимірна величина» («measurable quantity»), «вимірювана величина» («measurand») та «похибка вимірювань» («error of measurement»), наведено в додатку В.

Визначення цих термінів узято з Міжнародного словника основних і загальних термінів з метрології (скорочено VIM) [6]. Крім того, у додатку С наведено визначення низки основних статистичних термінів, узятих здебільшого з ISO 3534-1 [7]. Якщо один із цих метрологічних або статистичних термінів (або термінів, близько з ними пов’язаних) трапляється в тексті вперше, починаючи з розділу 3, його виділяють напівгрубим шрифтом, а в дужках подають номер підрозділу, в якому наведено його визначення.

Ураховуючи особливу важливість для цього стандарту терміна «невизначеність вимірювання», його визначення наведено як у додатку В, так і у 2.2.3. Визначення інших найважливіших для цього стандарту термінів подано у 2.3.1—2.3.6. В усіх цих підрозділах стандарту, так само як і в додатках В та С, подання терміна в дужках означає, що це слово, якщо тільки це не призведе до плутанини, може бути опущено.