Приложение Б (справочное). Отличительные признаки методик (методов) измерений

Приложение Б
(справочное)

Отличительные признаки методик (методов) измерений

Б.1 Нормативный правовой акт [2] и настоящий стандарт разработаны, исходя из основополагающего принципа, который изложен в рекомендациях [6]: "Измерения не являются самоцелью, а имеют определенную область использования, т.е. их проводят для достижения некоторого конечного результата... Вследствие этого результат измерений следует рассматривать как промежуточный результат, и номенклатуру характеристик погрешности измерений выбирают исходя из требуемого конечного результата (результат испытаний или контроля, результат оценки эффективности управления технологическим процессом и др.), методики его расчета, формы представления показателей достоверности конечного результата. Для этого устанавливают функциональную взаимосвязь результата измерений и характеристик погрешности измерений с требуемым конечным результатом и характеристиками (показателями) его погрешности (достоверности). Например, результатов и характеристик погрешности измерений с результатами испытаний и измерительного контроля, а также с характеристиками погрешности испытаний и показателями достоверности измерительного контроля". Поэтому раздел 1 нормативного правового акта [2] устанавливает цель измерений: "... для принятия обоснованных и надежных решений на основе получаемых результатов измерений и сведений об их погрешности или неопределенности". В ряде случаев достижение этой цели обеспечивается путем раздельного нормирования случайной и систематической составляющей погрешности измерений (для МКХА и МИС). Следует различать погрешность измерений при испытаниях и погрешность самих испытаний, показатели точности измерений при измерительном контроле и показатели достоверности самого измерительного контроля.

Б.2 Пояснения к терминам "испытания" и "методика измерений при испытаниях"

Б.2.1 Испытания могут не содержать процедур определения количественных характеристик свойств объекта испытаний и включать только качественную оценку характеристик свойств объекта. Методики таких испытаний не являются МВИ, не включают МВИ, и на них настоящий стандарт не распространяется.

Б.2.2 Испытание может включать определение количественных характеристик свойств объекта при его функционировании. Такое определение осуществляется либо прямыми измерениями с использованием СИ, либо косвенными измерениями с применением МВИ (и в их рамках - СИ), не включающих воздействие на объект измерений. Структура погрешности измерений для таких МВИ аналогична структуре погрешности измерений для МКХА и МИС.

Б.2.3 В ряде случаев определение количественных характеристик объекта при испытаниях (в результате воздействия на объект) осуществляются косвенными измерениями истинных значений этих параметров, определяемых при испытаниях, а не прямыми измерениями реальных значений. Структура погрешности измерений таких МВИ отличается от структуры погрешности измерений по МКХА и МИС и включает составляющие, обусловленные влиянием воздействующих на объект факторов.

Пример - Определение характеристик механических свойств (условный предел текучести) образцов металла по ГОСТ 1497 содержит измерения нагрузки P и размеров, определяющих площадь сечения образца S. Условный предел текучести определяют по формуле , где нагрузка P соответствует определенной точке диаграммы деформации. Было бы неверно вычислять характеристики погрешности определенной величины по формуле для погрешности косвенных измерений, учитывая только погрешности измерений величин P и S, если задачей испытаний является определение истинного значения этой величины, а не фактически измеренного. Действительно, на погрешность косвенного измерения истинного значения величины влияют условия испытательного воздействия на образец: скорость деформации и "плавность" перемещения активного захвата испытательной машины, а также программное обеспечение для обработки диаграмм деформации и локальные неоднородности материала. Влияние всех этих факторов должно учитываться при расчете характеристик погрешности истинного значения величины (результата испытаний).

Б.2.4 Использование моделей объекта (вместо реальных объектов) и модельных воздействий (вместо воздействий в реальных условиях испытаний) на объект применяется на практике в соответствии с Б.2.3. Включение в состав погрешности измерений при испытаниях дополнительных характеристик, обусловленных неточностью задания испытательных воздействий и т.п. (отличия реальных условий испытаний от модельных, идеальных) допустимо при "измерении" в рамках таких испытаний не реального, а модельного объекта (истинного значения величины, определяемой при испытаниях, а не реально измеряемого значения), что должно быть четко указано в таких МВИс и самих методиках испытаний, в рамках которых применяются данного типа МВИ (по "косвенному измерению" модельных значений определяемого при испытаниях параметра).

Б.3 Отличительные признаки и классификация методик измерений при измерительном контроле

Б.3.1 Следует отличать МВИк от методик измерительного контроля. МВИк, как правило, являются составной частью методик измерительного контроля.

Б.3.2 Методики измерительного контроля содержат процедуру сравнения результата измерений контролируемого параметра или измерительного преобразования с границами поля контрольного допуска. При этом, если значение границы поля контрольного допуска воспроизводится техническим средством (например, стандартным образцом, аттестованным объектом, мерой, иным средством, выполняющим роль меры), погрешность (неопределенность) воспроизведения отлична от нуля и может оказаться значимой. Если процедура сравнения осуществляется техническим средством (компаратором), то погрешность компаратора также отлична от нуля и может оказаться значимой. Совокупность погрешности воспроизведения границы поля контрольного допуска и погрешности компаратора образует величину, названную в нормативном правовом акте [2] погрешностью сравнения контролируемого параметра с границами поля контрольного допуска. Для того чтобы использовать результат измерения или измерительного преобразования контролируемого параметра в соответствии с назначением (контроль величины, см. Б.1, расчет показателей достоверности контроля), эта погрешность должна быть учтена в модели по пункту 7.5.2 нормативного правового акта [2], регламентирующей косвенное измерение разности величины контролируемого параметра и значения границы поля контрольного допуска (косвенное измерение результата сравнения).

Б.3.3 МВИк подразделяют на МВИк измерительного типа и МВИк измерительно-преобразовательного типа.

Б.3.4 МВИк измерительного типа регламентируют процедуру получения результатов измерений характеристики объекта и, в случае указания в этой МВИ измерительной задачей определения именно разности контролируемого параметра и нормы контроля, процедуру их сравнения с границами поля контрольного допуска с целью отнесения объекта к нескольким группам, например к различным маркам сплавов, различным группам размеров и т.д. Наиболее часто встречается отнесение к двум группам: к группе годных объектов и к группе дефектных объектов. Процесс сравнения в МВИк измерительного типа, как правило, осуществляется с помощью технических средств (компаратор, контроллер, компьютерная программа).

Б.3.5 В МВИк измерительно-преобразовательного типа, в которых измерительной задачей указано определение (косвенное измерение) значения разности контролируемого параметра и нормы контроля, регламентируется выполнение измерительного преобразования контролируемого параметра в выходной сигнал измерительного преобразователя, который затем сравнивается с границами поля контрольного допуска, выраженного в единицах выходного сигнала измерительного преобразователя. Т.е. результат определения разности нормы контроля и контролируемого параметра первоначально выражен в единицах преобразованной величины, а не в единицах контролируемой величины. Для выражения результата определения разности нормы контроля и контролируемого параметра в единицах контролируемой величины необходимо построить функцию измерительного преобразования (градуировочную характеристику измерительного преобразователя) и оценивать погрешность ее построения, а также погрешность сравнения (по закономерностям установления нормы контроля в единицах сравниваемого сигнала из нормы контроля в единицах самого контролируемого параметра) в единицах измеряемого отклонения контролируемого параметра от нормы контроля.

Пример - Методика ультразвукового контроля (УЗК) несплошностей основного материала по ГОСТ Р 50.05.05-2018 содержит следующие положения:

"7.6.1 Нормы допустимых несплошностей по результатам УЗК указывают в документах по стандартизации в области использования атомной энергии и/или конструкторской документации. При этом используются характеристики несплошностей, доступные количественному определению и регистрации при УЗК.

7.6.2 При оценке несплошностей металла необходимо указывать фиксируемую и допустимую эквивалентную площадь (эквивалентный диаметр), ..."

При контроле непосредственно измеряют не фиксируемую эквивалентную площадь в мм ², а ослабление УЗ сигнала в дБ. Для перехода от дБ к мм ² используют АРД-диаграммы, являющиеся в данном случае градуировочными характеристиками применяемых средств измерений.

Допустимую эквивалентную площадь в мм ² указывают в стандартах или конструкторской документации. Для целей сравнения экспериментально определяют ослабление ультразвукового сигнала в дБ на настроечном образце (аттестованном объекте) с заданной площадью искусственного дефекта, соответствующей допустимой эквивалентной площади. При этом как воспроизводимое настроечным образцом значение площади искусственного дефекта, так и погрешность измерения ослабления УЗ-сигнала настроечным образцом имеют отличную от нуля погрешность, которая является значимой.

Б.4 Показатели достоверности измерительного контроля

Б.4.1 Приведенные в справочном порядке в настоящем стандарте показатели достоверности контроля P _baM, P _grM являются предельными показателями в отличие от ГОСТ Р 8.731, в котором рассмотрены показатели достоверности, усредненные по распределению контролируемого параметра. Обе группы показателей достоверности описаны в рекомендациях [6].

Б.4.2 Системы допускового контроля по ГОСТ Р 8.731 также допускается применять в области использования атомной энергии. Системы допускового контроля могут включать МВИ и/или СИ, но построенный на измерениях результат выполнения такой системы своей функции не будет результатом измерений, а результатом допускового контроля (качественного суждения, например годен/негоден).

Б.5 Понятия и термины, применяемые в методиках измерений при измерительном контроле

Б.5.1 Оперативная характеристика измерительного контроля - зависимость вероятности отнесения объекта к определенной группе (например, признания объекта дефектным) от значения контролируемого параметра X: L(X).

Б.5.2 Параметрами контроля являются границы:

- поля допуска контролируемого параметра G. Иначе границы поля допуска называют нормами;

- поля контрольного допуска - значения, с которыми при выходном контроле (на предприятии-изготовителе) сравнивается результат измерения (измерительного преобразования). Иначе границы поля контрольного допуска допускается называть приемочными значениями или приемочными границами;

- зоны риска изготовителя - значения, для которых неверное отнесение объекта к определенной группе (например, неверное признание годного объекта дефектным) имеет существенные отрицательные последствия для предприятия-изготовителя.

Примечание - Если на контролируемый параметр установлен односторонний допуск "не более", то:

- всегда имеет место соотношение ;

- при контроле на предприятии-изготовителе объект признается годным, если , на предприятии-потребителе - если ;

- разность представляет собой смещение приемочных границ.

Б.5.3 Показателями достоверности измерительного контроля являются вероятности неверного отнесения (определения даны для случая отнесения объектов к группам годных и дефектных):

- P _baM - наибольшая вероятность ошибочного признания годным в действительности дефектного объекта, ;

- P _grM - наибольшая вероятность ошибочного признания дефектным в действительности годного объекта, .

Результат альтернативного контроля представляют в виде "годен, P _baM" или "брак, P _grM". Допускается не указывать вероятность неверного отнесения, равную P _baM = 0,05. Допускается не указывать вероятность неверного отнесения P _grM.

Б.5.4 Погрешность сравнения - погрешность сравнения контролируемого параметра X с границами поля контрольного допуска (на предприятии-изготовителе) или с границами поля допуска G (на предприятии-потребителе), равная сумме погрешности задания границ и погрешности устройства сравнения контролируемого параметра X с .

Б.5.5 Погрешность измерительного контроля или измерений при измерительном контроле в случае определения значения разности контролируемого параметра и нормы контроля - сумма погрешности (суммарной) измерения (измерительного преобразования) на входе устройства сравнения и погрешности сравнения.

Б.5.6 Связь между погрешностью измерительного контроля или погрешностью измерений при измерительном контроле в случае определения значения разности контролируемого параметра и нормы контроля и вероятностями неверного отнесения для случая одностороннего допуска "не более..." (G > 0) вычисляют по формулам:

;

(Б.1)

,

(Б.2)

где - плотность распределения вероятности измерительного контроля или погрешности измерений при измерительном контроле в случае определения значения разности контролируемого параметра и нормы контроля.

В случае нормального распределения вероятности с математическим ожиданием и дисперсией

(Б.3)

связь между погрешностью измерительного контроля или погрешностью измерений при измерительном контроле при определении значения разности контролируемого параметра и нормы контроля и вероятностями неверного отнесения P _baM, P _grM представлена формулами:

;

(Б.4)

,

(Б.5)

где

.

(Б.6)

Б.5.7 На рисунке Б.1 показано графическое представление оперативной характеристики L(X), параметров методики измерительного контроля G, , и вероятностей неверного отнесения P _baM, P _grM для случая одностороннего допуска "не более...".

Б.5.8 Пункты Б.5.1-Б.5.7 распространяются на одномерный двуальтернативный контроль (используют терминологию ГОСТ Р 8.731). Аналогично ГОСТ Р 8.731 задача многомерного многоальтернативного контроля сведена к многократному решению задач одномерного двуальтернативного контроля. В общем случае могут быть определены несколько величин X _i, каждая из которых, в свою очередь, является функцией нескольких измеряемых величин x _j:

.

(Б.7)

При этом можно применять решающее правило в виде совокупности условий вида

,

(Б.8)

объединенных логическими условиями вида "И" и "ИЛИ".

В общем случае характеристики погрешности величин X _i рассчитывают по правилам косвенных измерений, а показатели достоверности - по формулам (Б.4), (Б.5) и правилам суммирования вероятностей.

Б.5.9 Выполнение условия обеспечивает выполнение требования пунктов 3.5 и 3.6 нормативного правового акта [2]: "Нормы точности или установленные приемочные значения должны обеспечивать вероятность правильного принятия положительного решения не менее 0,95" (см. также 6.3.7).

Рисунок Б.1 - Графическое представление оперативной характеристики