Как уже говорилось, материал, посвященный понятиям, вынесенным в заголовок раздела, следует изучить самостоятельно по любому подходящему источнику (см. Приложение 2); они являются основными в науке под названием «Метрология» и не зависят от измеряемых величин.
Здесь же мы остановимся лишь на некоторых, наиболее практически важных, моментах.
Истинными значениями физической величины мы оперируем только в теории, да и то до тех пор, пока они скрываются за буквенными обозначениями. Любые измерения (да и вычисления!) производятся с некоторой точностью. Результат измерений величины А обычно представляется в виде:
=
+ ∆(P), (1.1)
Мерой точности является ширина 2∆ того интервала значений (доверительного интервала), в котором с большой вероятностью P находится истинное значение измеряемой величины.
Часто в качестве меры точности измерений используется относительная величина
∙ 100% (1.2)
Доверительный интервал, по существу, дает оценку неопределенности наших знаний о значении измеренной величины. Вероятность P задается и в технической документации обычно «по умолчанию» принимается равной 0.95 (другие случаи специально оговариваются и рассматриваться здесь не будут).
Значение и ширина доверительного интервала, соответствующая заданной вероятности, определяются по-разному в зависимости от вида измерений.
Как это делается, будет показано далее на примерах.
Но пока необходимо сказать кое-что о терминологии.
До сих пор мы умышленно избегали классических терминов «погрешность» и «ошибка», поскольку современными документами [2 ] рекомендуется вместо них использовать понятие «неопределенность ».
Википедия:
«Неопределённость измерения (англ. Measurement uncertainty) — параметр, относящийся к результату измерения и характеризующий разброс значений, которые могли бы быть обоснованно приписаны измеряемой величине».
Введение понятия неопределенности в метрологию связывается с выходом в 1993 году "Руководства по выражению неопределенности", фактически ставшего международным стандартом. В противовес классической теории точности, в руководстве не рассматриваются понятия истинного, действительного значений измеряемой величины и погрешности измерения. Вместо этого количественно оценивается «сомнение в измеряемой величине».
Неопределенности делятся на два типа [2]:
Неопределенности, оцениваемые по типу A; к таковым относят неопределенности, оцениваемые статистическими методами. Эту неопределённость можно ассоциировать со случайной погрешностью.
Неопределенности, оцениваемые по типу B; к ним относят неопределенности, не имеющие случайного характера (точнее, не требующие в рассматриваемом конкретном случае статистической обработки). Неопределенность такого типа можно ассоциировать со систематической погрешностью.
Очевидно также, что величина ∆ в соотношениях (1.1) и (1.2) ассоциируется с абсолютной погрешностью, а d - с относительной.
Классические термины, однако, не являются запрещенными к применению и нередко продолжают использоваться в литературе там, где это не может вызвать недоразумений.
Представляется, однако, что термин «погрешность» уместнее употреблять по отношению к прибору, а «неопределенность» - к результату измерения. Термин же «точность» не имеет количественного определения, но чаще всего характеризуется значением относительной величины типа (1.2). Говорят, например, что в эксперименте величина А измерялась с точностью 5 %. Это означает (если не оговорено иное), что с вероятностью 95% значение измеряемой величины лежит в пределах доверительного интервала + 5% от указанного числа.
Что до термина «ошибка», то его, в силу явной отрицательной коннотации (да еще и подразумеваемой возможности исправления) и впрямь лучше не использовать в качестве синонима погрешности или неопределенности. Это слово больше подходит для неосознанных неверных действий (в первой серии экспериментов была допущена ошибка в определении..).
Обратимся теперь к примеру, на котором постараемся показать, как пользоваться понятиями, характеризующими точность, в различных случаях и о каких обстоятельствах надо задумываться, выполняя измерения.