Өлшеудің белгісіздігі туралы түсінік

Өлшеудің белгісіздігін бағалау әдістері
Дәріс 2. Өлшеудің белгісіздігі туралы түсінік
«Автоматтандыру және басқару» кафедрасының профессоры, т.ғ.к ХАН СВЕТЛАНА ГУРЬЕВНА
[email protected]

Дәрістің мақсаты: негізгі анықтамалар мен түсініктерді зерттеу, өлшеудің белгісіздігі
Дәріс мазмұны:
Өлшеу белгісіздігі тұжырымдамасының пайда болу себептері.
Белгісіздік тұжырымдамасының нормативтік базасын құру.
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері.
Өлшеудің белгісіздік түрлері.

Белгісіздік ұғымы-пайда болу себептері
1 себеп-қателік теориясының сәтсіздігі
Өлшеудің жаңа (дәстүрлі емес) салаларының пайда болуы (психология, әлеуметтану, медицина және т. б.) дәстүрлі метрологияның постулаттары (физикалық шама, өлшем бірлігі, өлшем, эталон, өлшеу қателігі) жұмыс істемеуі;
"Белгісіздік" ұғымы маңызды рөл атқаратын кибернетикалық мағынаның жаңа ғылыми бағыттарының (кибернетика, ақпарат теориясы, Математикалық статистика және т.б.) әсері. Бұл, әдетте, белгісіздік ұғымын "күмән" ретінде кеңінен түсіндірумен байланысты, мысалы, өлшеу нәтижесі өлшенетін шаманың мәнін білдіреді. Белгісіздік терминін осындай түсіндірудің мысалдары: таңдау белгісіздігі ақпаратпен жойылады, жиынның белгісіздік дәрежесі жиындағы элементтер санына және т. б. байланысты болады.

Белгісіздік ұғымы-пайда болу себептері
2 -ші себеп - нәтижеге сенімділік шарасын көрсету қажеттілігі:
Өлшенетін шаманың шын мәні туралы түсініксіздіктен кету , оған байланысты қате ұғымы мәнін жоғалтады және қатені есептеуге болмайды, себебі онда ешқашан белгілі емес шынайы құндылық бар.
Жүйелік және кездейсоқ қателіктерге жеке баға беру және олар үшін әр түрлі сипаттамаларды қолдану (сенімділік шектері мен стандартты ауытқулар) қатеге жоғары баға береді. Сонымен қатар, нәтижені анықтауда қатенің екі сипаттамасын қолдану ыңғайсыз, әсіресе оны әрі қарай қолдану кезінде.
3 -себеп (стандарттау, техникалық реттеу ) - дәлдікті бағалау бойынша халықаралық консенсустың болмауы
Өлшеу нәтижесін сипаттаудың қарапайым және жалпыға бірдей қабылданған әдістемесінің қажеттілігі.
Белгісіздік көрінісін бағалау әдісі бүкіл әлемде бірдей, әр түрлі елдерде жүргізілген өлшеу нәтижелері барлығына түсінікті және оларды салыстыруға болады.

ӨЛШЕУДІҢ БЕЛГІСІЗДІГІ ТУРАЛЫ ТҮСІНІК
Өлшеу нәтижелерінің метрологиялық сипаттамаларына жаңа халықаралық көзқарас олардың бағалауының біркелкілік принципіне негізделген .
Белгісіздік әдісінде белгісіздіктің барлық компоненттері бір сипатқа ие және оларды орташа мәннен ауытқу өлшемі ретінде бірдей - дисперсия арқылы бағалау керек деген көзқарас қабылданады.
Егер кездейсоқ эффектілермен өлшеу нәтижелерін бағалаудың ауытқуларын есептеу кеңінен белгілі болса (бақылаулардың статистикалық сериялары негізінде), онда қарызға алынған кіріс мөлшеріне (стандарттар, CRM, SDS және т.б.) жүйелік әсерлерді түзету үшін. олардың мәндерінің белгісіздігі дисперсиямен де көрсетілуі керек, бұл үшін қандай да бір жолмен келетін шамалардың ықтималдық таралу функцияларын анықтау (немесе таңдау) қажет.

Өлшеулердің белгісіздігін бағалау?

НАПОЛЕОН МЕТРИКАЛЫҚ ЖҮЙЕ ТУРАЛЫ
«нет ничего более противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо чтобы заставить старую нацию принять
новые единицы мер и весов,
надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум».
…..чтобы заставить старую нацию принять
Концепцию неопределенности,
надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум».

Нормативтік базаны құру тарихы
белгісіздік ұғымдары

Нормативтік базаны құру тарихы
белгісіздік ұғымдары

ӨЛШЕУДІҢ БЕЛГІСІЗДІГІН БІЛДІРУ ЖӨНІНДЕГІ НҰСҚАУЛЫҚТЫҢ МАҚСАТЫ

ӨЛШЕУДІҢ БЕЛГІСІЗДІГІН БІЛДІРУ ЖӨНІНДЕГІ НҰСҚАУЛЫҚТЫҢ МАҚСАТЫ
өлшеу белгісіздігі туралы есеп беру әдісі туралы толық ақпарат беру;
өлшеу нәтижелерін халықаралық салыстыру үшін негіз беру;
өлшеудің барлық түріне және өлшеуде қолданылатын деректердің барлық түріне қолданылатын өлшеудің белгісіздігін білдіру мен бағалаудың әмбебап әдісін ұсыну.

GUIDE TO THE EXPRESSIONS OF UNCERTAITY IN MEASUREMENT

НОРМАТИВТІ ҚҰЖАТТАР

НОРМАТИВТІ ҚҰЖАТТАР

ТАНЫМАЛ ӘДЕБИЕТТЕР

ӨЛШЕУДІҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
- өлшеу ақпаратына негізделген өлшенетін шаманың мәндерінің дисперсиясын сипаттайтын теріс емес параметр.

Өлшеу қателігі - өлшеу нәтижесінің өлшенген шаманың шын (жарамды) мәнінен ауытқуы.

Өлшем белгісіздігі -
өлшеу нәтижесімен байланысты және өлшенетін шамаға жатқызуға болатын мәндердің дисперсиясын сипаттайтын параметр .

Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері
1. Өлшеу әдісі:
бақылаулар саны - анық бірдей жағдайларда өлшенетін шаманың қайталанған бақылауларының өзгеруі;
өлшеу ұзақтығы;
өлшеу техникасын таңдау;
стандартты немесе өлшеу құралын таңдау;
сыртқы көздерден алынған тұрақтылар мен басқа параметрлер туралы қате білім;
жарамсыз сүзгіні таңдау, стандартты үлгі және т.б.
өлшеу әдісі мен өлшеу процедурасында қолданылатын жуықтаулар мен болжамдар.

2. Өлшеу құралдары:
калибрлеу белгісіздігі;
көрсеткіштердің өзгеруі;
соңғы калибрлеумен өткен уақыт;
қолданбалы бағдарламалық қамтамасыз ету;
сезімталдық шегі немесе соңғы ажыратымдылық;
өлшенген мәннің толық анықталмауы:
өлшенген шаманың анықтамасын жетілдірілмеген енгізу;
заттар мен материалдар бойынша өлшеу стандарттарына және анықтамалық материалдарға берілген дәл емес мәндер.
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері

3. Қоршаған орта
температура;
ылғалдылық;
қысым;
бөлменің тазалығы;
магниттік және гравитациялық өрістер;
діріл;
түрлі радиация, жарық және т.б.
қоршаған орта жағдайларының өлшеуге әсер ететін әсері туралы жеткіліксіз білім немесе қоршаған ортаның жағдайын өлшеудің жетілмегендігі
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері

4. Өлшенген объект:
температура;
беті;
материал;
өлшемдер;
өлшенетін объектінің өлшеу шарттарымен өзара әрекеттесуі;
геометриялық өлшемдер үшін пішіннің ауытқуы және т.б.
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері

5. Оператор:
күш -жігерді өлшеу;
жұмыс тәжірибесі;
өлшеу құралдарын таңдау;
білім;
ұқыптылық;
аналогты құрылғылардан көрсеткіштерді алу кезінде оператордың субъективті жүйелік қателігі;
манипуляция (қолдың айласы) және т.б.
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері

ӨЛШЕНЕТІН ШАМАНЫҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
Модельдік белгісіздік.
Өлшеу объектісінің кез келген моделі түпнұсқаның абсолютті көшірмесі бола алмайды. Модель мен түпнұсқаның айырмашылығы модельдің өлшенген мәнге сәйкес келмеуінен туындаған белгісіздікпен көрінеді.

ӨЛШЕНЕТІН ШАМАНЫҢ БЕЛГІСІЗДІГІ

Іс жүзінде өлшенетін шаманың спецификациясы немесе анықтамасы қажетті өлшеу дәлдігіне байланысты. Өлшелетін шама қажетті дәлдікке қатысты жеткілікті толықтықпен анықталуы керек, сондықтан өлшеуге байланысты барлық практикалық мақсаттар үшін оның мәні бірегей болады.
Мысал Номиналды ұзындығы 1 м болат штанганың L ұзындығы ең жақын микрометрге дейін шығарылуы (өлшенуі) тиіс.
Оның сипаттамасында, мысалы, жолақтың ұзындығына әсер етуі мүмкін шамалардың нақты мәндері болуы керек
-температура,
атмосфералық қысым;
штанганың орналасуы мүмкін (көлденең немесе тік), онда бұл ұзындық анықталады.
Бұл дегеніміз, өлшенетін шаманың спецификациясын жасамас бұрын алдымен осы шамалардың әсер ету дәрежесін бағалау қажет.

Болаттың сызықтық термиялық кеңеюінің а коэффициенті 20 · 10-6°С1-ге тең екені белгілі.
Сондықтан, штанганың температурасы 1 ° С -қа өзгергенде, lengthl ұзындығының абсолютті өзгеруі 20 мкм -ге тең . Штанганың ұзындығын микрометр дәлдігімен анықтау керек болғандықтан, штанганың температурасын 1 ° С дәлдікпен беру жеткіліксіз болып шығады.
0,1 °С дәлдігі де жеткіліксіз , өйткені штанганың температурасы 0,1 °С -қа өзгергенде, штанганың ұзындығының Δl абсолютті өзгеруі температура 1 °С -ке өзгергеннен 10 есе аз болады, яғни. 2 микронға тең .
Стерженнің температурасы 0,01 °С өзгергенде, штанганың ұзындығының Δl абсолюттік өзгеруі температура 1 °С өзгергеннен 100 есе аз болады, яғни. 0,2 мкм тең . Температураны орнатудың дәлдігі өлшеу мәселесінің шартын қанағаттандырады.
Атмосфералық қысымның ( 100 кПа өзгерген кезде ) және өзекшенің меншікті салмағының (тік қалыпта) оның ұзындығына әсерін бағалау таяқшаның ұзындығы сәйкесінше 0,5 және 0,13 мкм өзгеретінін көрсетті . Демек, олардың әсері қажетті өлшеу дәлдігінен әлдеқайда аз.
Осылайша, өлшенген мәнде штанганың ұзындығы 25,00 °С болуы керек .
Алайда, егер ұзындық дәл миллиметрге дейін анықталатын болса , онда оның сипаттамасы температураны немесе қысымды немесе кез келген басқа анықтайтын параметрдің мәнін анықтауды қажет етпейді.

ӨЛШЕНЕТІН ШАМАНЫҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
Табиғи белгісіздік
Табиғи белгісіздік көздеріне мыналар жатады:
- физикалық шамалардың кванттық-механикалық деңгейдегі дискреттілігі (зарядты өлшеу электрон зарядына қарағанда дәл емес);
- шу мен кадр эффектісі (броундық қозғалыс, термалды шу, кадрлық әсер, кванттық шу).

ӨЛШЕУ ЭКСПЕРИМЕНТІНІҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
Белгісіздіктің әдістемелік компоненттері:
- өлшеу объектісінің таңдалған моделінің оның қасиеттеріне сәйкес келмеуінен туындаған компоненттер;
- өлшенетін мәнді өлшеу құралының кірісіндегі мәнмен байланыстыратын функциялардың параметрлерінің номиналды мәндерінен ауытқуына байланысты компоненттер;
- деңгей кванттауына байланысты компоненттер (егер ADC бар өлшеу құралдары қолданылса);
- есептеу алгоритмдерінің арқасында компоненттер.

ӨЛШЕУ ЭКСПЕРИМЕНТІНІҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
Белгісіздіктің аспаптық компоненттері:
- өлшеу құралының негізгі қателігі;
- өлшеу құралының қосымша қателіктері;
- өлшеу құралының өзгеруіне (гистерезисіне) байланысты компонент;
- өлшеу құралының өлшеу объектісімен әрекеттесуіне байланысты компонент;
- өлшеу құралының инерциясына байланысты динамикалық компонент;
- заттардың сынамаларын іріктеу мен дайындауға байланысты компоненттер.

ӨЛШЕУ ЭКСПЕРИМЕНТІНІҢ БЕЛГІСІЗДІГІ
Белгісіздіктің субъективті компоненттері:
- өлшеу құралдарының шкаласынан немесе диаграммасынан өлшеу нәтижелерінің оқылуының дәл еместігінен туындаған компоненттер;
- оператордың объектіге және өлшеу құралдарына әсерінен туындайтын компоненттер (температуралық өрістің бұрмалануы, механикалық әсерлер және т.б.).

Өзін-өзі бақылау сұрақтары
Өлшеу белгісіздігі тұжырымдамасының пайда болу себептері
Өлшеудің белгісіздігін бағалаудың мақсаты
Өлшем белгісіздігін білдіру бойынша нұсқаулық құру тарихы
Нормативтік құжаттар
Өлшеу кезіндегі белгісіздік көздері
Өлшеу белгісіздігінің түрлері