Измерительный метод

Измерительный (лабораторный, инструментальный) метод определения численных значений показателей качества основан на информации, получаемой при использовании технических средств измерений (измерительных приборов, реактивов и др.).

Использование технических средств осуществляется в соответствии с методикой проведения измерений и предполагает использование приборов и реактивов.

Методика проведения измерений включает:

• методы измерений;
• средства и условия измерений;
• отбор проб;
• алгоритмы выполнения операций по определению показателей качества;
• формы представления данных и оценивания точности, достоверности результатов;
• требования техники безопасности и охраны окружающей среды.

Измерительным методом определяется большинство показателей качества. Например, масса изделия, форма и размеры, механические и электрические напряжения, число оборотов двигателя и проч. Основным достоинством измерительного метода является его объективность и точность. Этот метод позволяет получать легко воспроизводимые числовые значения показателей качества, которые выражаются в конкретных единицах: граммах, литрах, ньютонах и т. д.

К недостаткам этого метода следует отнести сложность и длительность некоторых измерений, необходимость специальной подготовки персонала, приобретения сложного, часто дорогостоящего оборудования, а в ряде случаев и необходимость разрушения образцов.

Измерительный метод во многих случаях требует изготовления стандартных образцов для испытаний, строгого соблюдения общих и специальных условий испытаний, систематической поверки измерительных средств. В зависимости от природы определяемых свойств измерительные методы подразделяются на четыре основные группы: физические, химические, биологические и смешанные.

Физические методы используют при определении показателей различных физических свойств материалов и изделий: механических, оптических, термических, электрических, структурных и др.

В товароведении применяют такой физический метод, как микроскопия. Микроскопия — это метод исследования материалов с целью рассмотрения их в увеличенном виде с помощью микроскопов, в которых для освещения объектов используется дневной свет или свет от различных источников освещения.

Измерения физических свойств в зависимости от метода могут происходить как с разрушением, так и без разрушения образцов. Механические свойства (гибкость, прочность, ударная вязкость и т. п.) определяют, как правило, разрушающими методами. Оптические методы чаще всего неразрушающие.

Химические методы используются для определения количественных и качественных характеристик различных свойств товаров (химического состава, отношение к действию различных реагентов, содержание вредных примесей и т. п.). В товароведении широко применяют методы неорганической, органической и аналитической химии.

Методом качественного анализа можно идентифицировать химический состав материалов, а методами количественного анализа — определить концентрации, соотношения или массы элементов и соединений в составе вещества.

Биологические методы применяют для качественной и количественной характеристики биохимических, биологических и микробиологических свойств товаров (продуктов питания, кожаной и валяной обуви, тканей и т. п.) для определения их устойчивости к воздействиям микроорганизмов, плесневелых грибов и насекомых.

Например, микробиологическим методом определяют степень обсемененности продуктов питания микроорганизмами, испытывают устойчивость текстильных материалов к микробиологическому разрушению и воздействию плесневелых грибов.

К смешанным методам определения показателей качества можно отнести физико-химические, биохимические и т. п. С помощью физико-химических методов определяют химические свойства материалов физическими методами. Например, методы оценки сорбционных и диффузионных свойств, а также свойств проницаемости относятся к физико-химическим методам определения показателей качества. Воздухо-, парои влагопроницаемость определяют сорбционно-диффузионными методами.

Методы коллоидной химии, которая изучает поверхностные явления и дисперсные системы, широко используются для определения свойств различных материалов (кожи, текстильных материалов, резины, пищевых продуктов) и также относятся к физико-химическим методам.

К физико-химическим методам относится хроматография. Хроматография основана на различной способности компонентов смесей к адсорбции (адсорбционная хроматография), ионному обмену (ионная хроматография), абсорбции (распределительная хроматография) или др. Хроматография широко применяется для определения примесей в веществах, для контроля производства, для установления истинного состава веществ.

При проведении инструментальной оценки и использовании полученных результатов всегда следует учитывать, что результаты измерений дают лишь приближенное, а не точное значение измеряемой величины, т. е. могут содержать погрешности.

Погрешности можно разделить на следующие группы:

• грубые погрешности (промахи) связаны с неверными отсчетами или недостаточной тщательностью в работе. Они быстро обнаруживаются, так как числовые значения величин резко отличаются от результатов других испытаний. Грубых ошибок можно избежать, если при проведении эксперимента тщательно проводить испытания и внимательно снимать и записывать показания приборов. При обработке результатов анализа грубые погрешности отбрасываются и дополняются новыми, число которых равно числу включенных. Такие погрешности не являются систематическими, однако они не могут быть названы и случайными, так как не вызваны влиянием разных многочисленных факторов. Грубые погрешности иногда называют промахами;
• систематические погрешности вызваны одной или несколькими причинами, действующими по определенным законам. Возникают эти погрешности вследствие применения неоткалиброванных или неисправленных приборов, неточных гирь, нарушения методики измерения. Например, на изменение высоты ртутного столбика термометра может влиять температура окружающей среды, если он не полностью погружен в измеряемую среду. Систематические погрешности бывают постоянные и переменные. Появление первых обусловлено постоянно действующими причинами, например дефектностью измерительной аппаратуры или приборов. Переменные систематические погрешности вызываются причинами, которые изменяются определенным и закономерным образом, например равномерным изменением температуры или влажности воздуха. Систематические погрешности можно исключить путем проверки и наладки приборов, тщательного соблюдения методов испытаний и сопоставления их с другими, а также введения соответствующих поправок;
• допустимые приборные погрешности (инструментальные, аппаратурные) обусловлены несовершенством конструкции и изготовления правильно работающего прибора и допускаемые существующими нормами. Допустимые приборные погрешности присущи почти всем приборам, имеющим подвижные части. Уменьшение свободы смещения влечет за собой увеличение трения, непостоянство которого может быть причиной больших погрешностей. При совершенной технологии изготовления приборов эти погрешности незначительны. Необходимо отметить, что с увеличением срока эксплуатации приборов эти погрешности существенно увеличиваются. Кроме того, к инструментальным погрешностям относятся погрешности, возникающие из-за неточности нанесения отметок шкалы или погрешности градуировки. Износ и старение материалов, из которых изготовлены детали приборов, — систематические причины приборных погрешностей. Допустимые приборные погрешности указываются в паспорте каждого прибора;
• случайные погрешности — это погрешности измерения, принимающие при повторных измерениях различные положительные или отрицательные значения. Случайные погрешности вызываются факторами, которые носят случайный характер и не поддаются учету, поэтому вероятность ошибки в ту или иную сторону совершенно одинакова. Случайные отклонения отдельных измерений не могут быть предсказаны, но при достаточно большом числе измерений они подчиняются законам теории вероятностей. Исходя из этих законов, чтобы избежать случайных погрешностей, всякое измерение необходимо повторить возможно большее количество раз, при этом случайная погрешность становится очень малой и учитывается при определении доверительных интервалов, а среднее арифметическое измеренной величины приближается к истинному значению измеряемой величины;
• ошибки выборки получаются из-за того, что для определения показателей качества берется часть материала, обычно незначительная по сравнению со всей оцениваемой его массой. Для того чтобы по данным выборки можно было достаточно судить о показателях качества всей генеральной совокупности, необходимо, чтобы выборка была репрезентативной (представительной).

Сплошное исследование показателей качества на практике почти не проводят, так как это связано с уничтожением всей партии товаров и требует больших материальных затрат и времени. Поэтому испытаниям подвергают только часть партии, в связи с чем ошибки выборки необходимо учесть при использовании результатов испытаний.

Таким образом, результат каждого измерения, как бы тщательно оно не было проведено, всегда отличается от истинного значения измеряемой величины, т. е. всегда имеет некоторую погрешность и является приближенным значением истинной величины.
Оценка точности испытаний осуществляется при помощи абсолютной и относительной ошибок, среднеквадратичной ошибки и доверительного интервала.