Noggrannhet (riktighet och precision) för mätmetoder och mätresultat Del 1: Allmänna principer och definitioner

Transkript

1 SVENSK STANDARD SS-ISO Fastställd Utgåva 1, Noggrannhet (riktighet och precision) för mätmetoder och mätresultat Del 1: Allmänna principer och definitioner Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results Part 1: General principles and definitions ICS Språk: engelska, svenska Publicerad: mars 2003 Copyright SIS. Reproduction in any form without permission is prohibited.

2 Den internationella standarden gäller som svensk standard. Detta dokument innehåller den officiella engelska versionen av, med rättelsen /Cor. 1:1998 inarbetad och med svensk översättning. The international standard has the status of a Swedish Standard. This document contains the official English version of, with Technical corrigendum 1:1998 incorporated and with a Swedish translation. Dokumentet består av 55 sidor. Upplysningar om sakinnehållet i standarden lämnas av SIS, Swedish Standards Institute, tel Standarder kan beställas hos SIS Förlag AB som även lämnar allmänna upplysningar om svensk och utländsk standard. Postadress: SIS Förlag AB, STOCKHOLM Telefon: Telefax: E-post: sis.sales@sis.se. Internet:

3 Sida 1 Förord till den svenska versionen Det finns två huvudprinciper för att beskriva felstrukturen och utvärdera osäkerheten hos mätningar: Populationsbaserad uppdelning av mätfelet (Eng: The top-down approach): Mätsystemet betraktas som en svart låda och felet uppdelas i komponenter som relateras till delpopulationer definierade av kategorivariabler som prov, körning, operatör, instrument, tidsintervall och laboratorium. En sådan uppdelning kan göras utan kännedom om de verkliga orsakerna till felen och vi får generella modeller för att beskriva felstrukturen, s.k. felkomponentmodeller. Härledning av felbidrag från olika felkällor (Eng: The bottom-up approach): I stället för att dela upp felet i komponenter, som hänför sig till olika populationer av mätningar försöker man härleda felbidragen från olika identifierade felkällor. Ofta utgår man från en beräkningsformel för mätresultatet och kopplar fel och osäkerheter till instorheterna i denna formel. Eftersom beräkningsformeln visar hur felen fortplantas till slutresultatet kallas den felfortplantningsmodell. Det är ingen motsättning mellan dessa sätt att beskriva felstrukturen. De har olika för- och nackdelar och ofta används en kombination av båda sätten. En fördel med felfortplantningsmodeller är att osäkerhetsbidraget från olika felkällor kan skattas, vilket är värdefullt vid optimering av en mätmetod. En nackdel är att endast kända felkällor kan beaktas, vilket ger en risk för underskattning av mätosäkerheten. En fördel med felkomponentmodeller är att komponenterna ofta definierar populationer av mätningar, som är relevanta för tolkningen av resultaten. En nackdel är att det ofta är svårt eller omöjligt att ta representativa stickprov från målpopulationerna. Skattning av mätosäkerhet från felfortplantningsmodeller behandlas i Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, utgåva 1 utgiven första gången 1993 av BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP och OIML. Felkomponentmodeller behandlas i ISO Som en introduktion till felkomponentmodeller och för att underlätta förståelsen av ISO 5725 presenteras här del 1 i svensk översättning. I denna svenska version av ISO har en del förklaringar och påpekanden införts inom parenteser och under rubriken Svensk anm. (anmärkning). Dessa har inte någon motsvarighet i den engelska versionen. Delarna 2-6 av ISO 5725 är svenska standarder, men dock enbart med engelsk text.

4 Page 2 Contents Foreword... 3 Introduction Scope Normative references Definitions Practical implications of the definitions for accuracy experiments Standard measurement method Accuracy experiment Identical test items Short intervals of time Participating laboratories Observation conditions Statistical model Basic model Relationship between the basic model and the precision Alternative models Experimental design considerations when estimating accuracy Planning of an accuracy experiment Standard measurement method Selection of laboratories for the accuracy experiment Selection of materials to be used for an accuracy experiment Utilization of accuracy data Publication of trueness and precision values Practical applications of trueness and precision values Annex A (normative) Symbols and abbreviations used in ISO Annex B (normative) Charts of uncertainties for precision measures Annex C (informative) Bibliography Page

5 Sida 2 Innehåll Förord... 3 Orientering Omfattning Normativa hänvisningar Definitioner Praktiska konsekvenser av definitionerna kopplade till noggrannhetsförsök Standardiserad mätmetod Noggrannhetsförsök Identiska provningsobjekt Korta tidsintervall Deltagande laboratorier Observationsbetingelser Statistisk modell Grundmodell Samband mellan grundmodellen och precision Alternativa modeller Överväganden vid planering av försök för skattning av noggrannhet Planering av noggrannhetsförsök Standardiserad mätmetod Val av laboratorier för noggrannhetsförsök Val av material för användning vid noggrannhetsförsök Utnyttjande av noggrannhetsdata Publicering av värden för riktighet och precision Praktiska tillämpningar av värden för riktighet och precision Bilaga A (normativ) Beteckningar och förkortningar som används i ISO Bilaga B (normativ) Diagram för osäkerheter hos precisionsmått Bilaga C (informativ) Litteraturförteckning Sida

6 Page 3 Foreword ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and nongovernmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization. Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote. International Standard ISO was prepared by Technical Committee ISO/TC 69, Applications of statistical methods, Subcommittee SC 6, Measurement methods and results. ISO 5725 consists of the following parts, under the general title Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results: Part 1: General principles and definitions Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method Part 3: Intermediate measures of the precision of a standard measurement method Part 4: Basic methods for the determination of the trueness of a standard measurement method Part 5: Alternative methods for the determination of the precision of a standard measurement method Part 6: Use in practice of accuracy values Parts 1 to 6 of ISO 5725 together cancel and replace ISO 5725:1986, which has been extended to cover trueness (in addition to precision) and intermediate precision conditions (in addition to repeatability and reproducibility conditions). Annexes A and B form an integral part of this part of ISO Annex C is for information only.

7 Sida 3 Förord ISO (den internationella standardiseringsorganisationen) är en världsomfattande sammanslutning av nationella standardiseringsorgan (ISOs medlemsorgan). Arbetet med att ta fram internationella standarder utförs normalt i ISOs tekniska kommittéer. Varje medlemsorgan, som är intresserat av ett ämne för vilket en teknisk kommitté har etablerats, har rätt att vara representerat i denna kommitté. Internationella organisationer, statliga eller icke statliga, tar också i förening med ISO del i arbetet. ISO samarbetar också nära med den internationella elektrotekniska kommissionen (IEC) i alla frågor som rör elektroteknisk standardisering. Utkast till internationella standarder, som antagits av de tekniska kommittéerna cirkuleras till medlemsorganen för omröstning. Publicering som en internationell standard kräver godkännande av minst 75 % av de medlemsorgan som deltagit i omröstningen. Den internationella standarden ISO 5725 har tagits fram av den tekniska kommittén ISO/TC 69, Applications of statistical methods, underkommitté SC 6, Measurement methods and results. ISO 5725 består av följande delar under den övergripande titeln Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results: Part 1: General principles and definitions Part 2: Basic method for the determination of repeatability and reproducibility of a standard measurement method Part 3: Intermediate measures of precision of a standard measurement method Part 4: Basic methods for the determination of the trueness of a standard measurement method Part 5: Alternative methods for the determination of the precision of a standard measurement method Part 6: Use in practice of accuracy values Del 1 till 6 av ISO 5725 upphäver och ersätter ISO 5725: 1986, och har utvidgats till att omfatta riktighet (förutom precision) och mellanliggande precisionsbetingelser (förutom repeterbarhets- och reproducerbarhetsbetingelser). Bilagorna A och B utgör en integrerad del an denna del av ISO Bilaga C är endast för information.

8 Page 4 Introduction 0.1 ISO 5725 uses two terms trueness and precision to describe the accuracy of a measurement method. Trueness refers to the closeness of agreement between the arithmetic mean of a large number of test results and the true or accepted reference value. Precision refers to the closeness of agreement between test results. 0.2 The need to consider precision arises because tests performed on presumably identical materials in presumably identical circumstances do not, in general, yield identical results. This is attributed to unavoidable random errors inherent in every measurement procedure; the factors that influence the outcome of a measurement cannot all be completely controlled. In the practical interpretation of measurement data, this variability has to be taken into account. For instance, the difference between a test result and some specified value may be within the scope of unavoidable random errors, in which case a real deviation from such a specified value has not been established. Similarly, comparing test results from two batches of material will not indicate a fundamental quality difference if the difference between them can be attributed to the inherent variation in the measurement procedure. 0.3 Many different factors (apart from variations between supposedly identical specimens) may contribute to the variability of results from a measurement method, including: a) the operator; b) the equipment used; c) the calibration of the equipment; d) the environment (temperature, humidity, air pollution, etc.); e) the time elapsed between measurments. The variability between measurements performed by different operators and/or with different equipment will usually be greater than the variability between measurements carried out within a short interval of time by a single operator using the same equipment. 0.4 The general term for variability between repeated measurements is precision. Two conditions of precision, termed repeatability and reproducibility conditions, have been found necessary and, for many practical cases, useful for describing the variability of a measurement method. Under repeatability conditions, factors a) to e) listed above are considered constants and do not contribute to the variability, while under reproducibility conditions they vary and do contribute to the variability of the test results. Thus repeatability and reproducibility are the two extremes of precision, the first describing the minimum and the second the maximum variability in results. Other intermediate conditions between these two extreme conditions of precision are also conceivable, when one or more of factors a) to e) are allowed to vary, and are used in certain specified circumstances. Precision is normally expressed in terms of standard deviations. 0.5 The trueness of a measurement method is of interest when it is possible con conceive of a true value for the property being measured. Although, for some measurement methods, the true value cannot be known exactly, it may be possible to have an accepted reference value for the property being measured; for example, if suitable reference materials are available, or if the accepted reference value can be established by reference to another measurement method or by preparation of a known sample. The trueness of the measurement method can be investigated by comparing the accepted reference value with the level of the results given by the measurement method. Trueness is normally expressed in terms of bias. Bias can arise, for example, in chemical analysis if the measurement method fails to extract all of an element, or if the presence of one element interferes with the determination of another.

9 Sida 4 Orientering 0.1 ISO 5725 använder två termer, riktighet och precision, för att beskriva noggrannheten för en mätmetod. Riktighet hänför sig till hur bra överensstämmelsen är mellan medelvärdet för ett stort antal mätresultat och det sanna eller accepterade referensvärdet. Precision hänför sig till hur bra överensstämmelsen är mellan mätresultat. 0.2 Termen precision behövs därför att mätningar utförda på förutsatt identiska material under förutsatt identiska betingelser i allmänhet inte ger identiska resultat. Detta beror på oundvikliga slumpmässiga fel, som är inbyggda i varje mätrutin och orsakas av att alla faktorer, som påverkar utfallet av en mätning, inte kan kontrolleras fullständigt. I den praktiska tolkningen av mätdata måste man ta hänsyn till denna variation. Om t.ex. skillnaden mellan ett mätresultat och ett specificerat värde kan förklaras av de oundvikliga slumpmässiga felen, har en verklig avvikelse från ett sådant specificerat värde inte fastställts. Likaledes indikerar inte en skillnad i mätresultat från två satser av material en fundamental kvalitetsskillnad om skillnaden kan tillskrivas den inbyggda variationen i mätrutinen. 0.3 Många olika faktorer (bortsett från variation mellan antaget identiska mätobjekt) kan bidra till variationen i resultat från en mätmetod, däribland: a) operatören b) den använda utrustningen c) kalibreringen av utrustningen d) omgivningen (temperatur, fuktighet, luftföroreningar etc.) e) tidsintervallet mellan mätningar. Variationen mellan mätningar utförda av olika operatörer och/eller med olika utrustning kommer vanligen att vara större än variationen mellan mätningar utförda inom ett kort tidsintervall av en enda operatör och med samma utrustning. 0.4 Den generella termen för variation mellan upprepade mätningar är precision. Två betingelser för precision, betecknade repeterbarhets- och reproducerbarhetsbetingelser, har visat sig vara nödvändiga och, i många praktiska fall, användbara för att beskriva variationen för en mätmetod. Under repeterbarhetsbetingelser antas faktorerna a) till e) listade ovan vara konstanta och inte bidra till variationen, medan de under reproducerbarhetsbetingelser varierar och bidrar till variationen i mätresultaten. Repeterbarhet och reproducerbarhet utgör alltså de båda ytterligheterna för precision, den första beskriver den minsta och den andra den största variationen i resultat. Andra mellanliggande betingelser mellan dessa båda ytterlighetsbetingelser för precision är också tänkbara, då en eller flera av faktorerna a) till e) tillåts variera, och används under vissa specificerade förhållanden. Som mått på precision används vanligen standardavvikelser. 0.5 Riktigheten för en mätmetod är av intresse då det är möjligt att föreställa sig ett sant värde för den mätta egenskapen. Även om det sanna värdet för vissa mätmetoder inte är känt exakt, kan det vara möjligt att ha ett accepterat referensvärde för den mätta egenskapen; t.ex. om lämpligt referensmaterial är tillgängligt och det accepterade referensvärdet kan fastställas med en referensmetod eller genom beredning från ett känt prov. Riktigheten för mätmetoden kan undersökas genom jämförelse av det accepterade referensvärdet med nivån på de resultat som erhålls med mätmetoden. Riktighet uttrycks normalt med ett systematiskt fel. Ett systematiskt fel kan t.ex. i kemisk analys uppstå om inte hela mängden av ett ämne extraheras eller om närvaron av ett ämne stör bestämningen av andra ämnen.

10 Page The general term accuracy is used in ISO 5725 to refer to both trueness and precision. The term accuracy was at one time used to cover only the one component now named trueness, but it became clear that to many persons it should imply the total displacement of a result from a reference value, due to random as well as systematic effects. The term bias has been in use for statistical matters for a very long time, but because it caused certain philosophical objections among members of some professions (such as medical and legal practitioners), the positive aspect has been emphasized by the invention of the term trueness.

11 Sida Den generella termen noggrannhet används i ISO 5725 för att hänvisa till både riktighet och precision. Termen noggrannhet användes tidigare för den komponent som nu kallas riktighet, men det blev uppenbart att den för många personer innebar den totala avvikelsen i ett resultat från ett referensvärde, orsakad av slumpmässiga såväl som systematiska effekter. Termen systematiskt fel har använts för statistiska ändamål under mycket lång tid, men då den orsakade vissa filosofiska invändningar bland medlemmarna i vissa yrkesgrupper (såsom praktiserande läkare och jurister) har man tryckt på den positiva aspekten genom att uppfinna termen riktighet.