Виходячи із способу порівняння вимірюваної величини з її одиницею, розрізняють методи безпосередньої оцінки і метод порівняння з мірою.
При методі безпосередньої оцінки визначають значення величини безпосередньо по відліковому пристрою показуючого засобу вимірювань(СІ) (термометр, вольтметр і ін.). Міра, що відображає одиницю вимірювання, у вимірюванні не бере участь. Її роль грає в СІ шкала, проградуйована при його виробництві за допомогою достатніх точних СІ.
При методі порівняння з мірою вимірювану величину порівнюють з величиною, відтворною мірою.
Метрологічні властивості СІ – це властивості, що впливають на результат вимірювань і його погрішність. Показники метрологічних властивостей є їх кількісною характеристикою і називаються метрологічними характеристиками.
Метрологічні характеристики, встановлювані НД, називають нормованими метрологічними характеристиками.
Всі метрологічні властивості СІ можна розділити на дві групи:
1. Властивості, що визначають область застосування СІ.
2. Властивості, що визначають якість вимірювання.
До основних метрологічних характеристик, що визначають властивості першої групи, відносяться діапазон вимірювань і поріг чутливості.
Діапазон вимірювань – область значень величини, в межах яких нормовані межі погрішності, що допускаються. Значення величини, що обмежують діапазон вимірювань знизу або зверху (зліва і справа), називають відповідно нижньою або верхньою межею вимірювань.
Поріг чутливості – найменша зміна вимірюваної величини, яка викликає помітну зміну вихідного сигналу. Наприклад, якщо поріг чутливості вагів рівний 10 міліграм, то це означає, що помітне переміщення стрілки вагів досягається при такій малій зміні маси, як 10 міліграм.
До метрологічних властивостей другої групи відносяться три головні властивості, що визначають якість вимірювань: точність, збіжність і відтворюваність вимірювань.
Найширше в метрологічній практиці використовується перша властивість – точність вимірювань. Точність вимірювань СІ визначається їх погрішністю.
Погрішність – це різниця між свідченнями СІ і дійсним (дійсним) значенням вимірюваної фізичної величини. Оскільки дійсне значення фізичної величини невідоме, то на практиці користуються її дійсним значенням. Для робочого СІ за дійсне значення приймають свідчення робочого еталону нижчого розряду (допустимо, 4-го), для еталону 4-го розряду, у свою чергу, – значення фізичної величини, отримане за допомогою робочого еталону 3-го розряду. Таким чином, за базу для порівняння приймають значення СІ, яке є в перевірочній схемі вищестоящим по відношенню до підлеглого СІ, підмету перевірці.
Dxn = Xn-x0
Де:
· Dxn – погрішність СІ, що повіряється;
· Xn – значення тієї ж самої величини, знайдене за допомогою СІ, що повіряється;
· X0 – значення СІ, прийняте за базу для порівняння, – дійсне значення.
Погрішності СІ можуть бути класифіковані по ряду ознак, зокрема:
· за способом виразу – абсолютні, відносні;
· по характеру прояви – систематичні, випадкові;
· по відношенню до умов застосування основні, додаткові.
Найбільшого поширення набули метрологічні властивості, пов'язані з першим угрупуванням, – з абсолютними і відносними погрішностями.
Точність вимірювань СІ – якість вимірювань, що відображає близькість їх результатів до дійсного (істинному) значення вимірюваної величини. Точність визначається показниками абсолютної і "відносної погрішності.
Визначувана по формулі Dxn є абсолютною погрішністю. Проте більшою мірою точність СІ характеризує відносна погрішність, тобто виражене у відсотках відношення абсолютної погрішності до дійсного значення величини, вимірюваної або відтворної даним СІ.
Точність може бути виражена зворотною величиною відносної погрішності – 1/d . Якщо погрішність d = 0,1% або 0,001=10-3, то точність рівна 103.
У стандартах нормує характеристики точність, пов'язана з іншими погрішностями.
Систематична погрішність – складова погрішності результату вимірювання, що залишається постійною (або ж що закономірно змінюється) при повторних вимірюваннях однієї і тієї ж величини. Її прикладом може бути погрішність градуювання, зокрема погрішність показань приладу з круговою шкалою і стрілкою, якщо вісь останньою зміщена на деяку величину щодо центру шкали. Якщо ця погрішність відома, то її виключають з результатів різними способами, зокрема введенням поправок.
При нормуванні систематичної погрішності, що становить, СІ встановлюють межі систематичної похибки СІ, що припускається, – конкретного типу – D. Величина систематичної погрішності визначає таку метрологічну властивість, як правильність вимірювань СІ.
Випадкова погрішність – складова погрішності результату вимірювання, що змінюється випадковим чином (по знаку і значенню) в серії повторних вимірювань одного і того ж розміру величини з однаковою ретельністю. У появі цього виду погрішності не спостерігається якої-небудь закономірності. Вони неминучі і неусувні, завжди присутні в результатах вимірювання. При багатократному і достатньо точному вимірюванні вони породжують розсіяння результатів.
Характеристиками розсіяння є середня арифметична погрішність, середня квадратична погрішність, розмах результатів вимірювань. Оскільки розсіяння носить імовірнісний характер, то при вказівці на значення випадкової погрішності задають вірогідність.
Вкажемо як приклад на дві нормовані метрологічні характеристики, що відображають точність СІ.
Довірча погрішність – верхня і нижня межі інтервалу погрішності результату вимірювань при даній довірчій вірогідності. Наприклад, в перевірочній схемі для гир і вагів встановлено для гир 1-3-го розрядів значення довірчої абсолютної погрішності (d) при вірогідності 0,95.
Середня квадратична погрішність (середнє квадратичне відхилення (Sd) – характеристика розсіяння результатів вимірювань однієї і тієї ж величини унаслідок впливу випадкових погрішностей. Застосовується для оцінки точності первинних і вторинних еталонів. Наприклад, в перевірочній схемі для гирі як вторинного еталону (еталону-копії) дано значення погрішності через такий різновид показника, як сумарна погрішність результату вимірювань (SDS).
Вона представляє середню квадратичну погрішність результату вимірювань, що складається з випадкових і не виключених систематичних погрішностей.
Нарешті, показники точності можуть встановлюватися у зв'язку з угрупуванням погрішностей СІ за умовами вимірювання.
Основна погрішність СІ – погрішність, визначувана в нормальних умовах застосування СІ.
Додаткова погрішність СІ – складова погрішності СІ, що додатково виникає унаслідок відхилення який-небудь з впливаючих величин (температури, відносної вологості, напруга мережі змінного струму і ін.) від її нормального значення.
Зазвичай метрологічні характеристики нормують роздільно для нормальних і робочих умов застосування СІ. Нормальними вважаються умови, при яких зміною характеристик під впливом зовнішніх чинників (температура, вологість і ін.) прийнято нехтувати. Так, для багатьох типів СІ нормальними умовами застосування є температура (293±5) До, атмосферний тиск(100±4) кпа, відносна вологість (65±15)%, електрична напруга в мережі живлення 220 В±10%. Робочі умови відрізняються від нормальних ширшими діапазонами зміни впливаючих величин. І ті та інші метрологічні характеристики указуються в НД.
Оцінка погрішності вимірювань СІ, використовуваних для визначення показників якості товарів, визначається специфікою застосування останніх. Наприклад, погрішність вимірювання колірного тону керамічних плиток для внутрішньої обробки житла повинна бути принаймні на порядок нижче, ніж погрішність вимірювання аналогічного показника картин, що серійно випускаються, зроблених кольоровим фотодруком. Річ у тому, що різнотонність два наклеєних поряд на стіну кахляних плиток впадатиме в очі, тоді як різнотонність окремих екземплярів однієї картини помітно не виявиться, оскільки вони використовуються розрізнено.
Вище були детально розглянуті характеристики точності результатів вимірювань. Розглянемо два інших властивості, що визначають якість вимірювань, – збіжність і відтворюваність результатів вимірювань.
Збіжність результатів вимірювань – характеристика якості вимірювань, що відображає близькість один до одного результатів вимірювань однієї і тієї ж величини, виконаних повторно одними і тими ж засобами, одним і тим же методом, в однакових умовах і з однаковою ретельністю.
Кількісна оцінка збіжності може бути дана за допомогою різних показників. Так, в стандартах на методи визначення хімічного складу м'яса збіжність указується в різній формі: при визначенні нітриту за результат аналізу приймають середнє арифметичне з двох паралельних визначень при розбіжності по відношенню до середнього не більше 10% при Р = 0,95; при визначенні азоту різниця між результатами двох визначень, виконаних одночасно або з невеликими проміжками часу одним і тим же хіміком-аналітиком, не повинна перевищувати 0,10 г азоту на 10 г зразка.
Висока збіжність результатів вимірювання дуже важлива при оцінці показників якості товарів, що набувають споживачем у вигляді партії (див. вище приклад з керамічною плиткою).
Відтворюваність результатів вимірювань – повторюваність результатів вимірювань однієї і тієї ж величини, отриманих в різних місцях, різними методами, різними операторами, в різний час, але приведених до одних і тих же умов вимірювань (температурі, тиску, вологості і ін.).
Наприклад, в стандарті на методи визначення щільності молока відтворюваність регламентується в наступній формі: розбіжність, що допускається, між результатами визначення щільності молока одним типом ареометра в різних умовах (в різний час, в різних місцях і різними операторами) не повинно перевищувати 0,8 кг/м3.