Mérési bizonytalanság

Átírás

1 Oldal: 1 / 12 Érvényes: Szerző: John Ologbosere Jóváhagyta: Holger Kunz 1. A munkautasítás célja Laboratóriumok és vizsgálati szolgáltatások meghatározása, amelyek igénylik a mérési bizonytalanság értékelését. Egységes megközelítés nyújtása a mérési bizonytalanság értékeléséhez. A mérési bizonytalansághoz hozzájáruló tényezők referencia jegyzékének elkészítése. A mérési bizonytalanság kiértékelés becslési rendszerének kidolgozása az új üzleti kapcsolatokban. 2. Meghatározások Fogalmak/rövidítések Leírás ISO/IEC Guide 98-3:2008 (GUM) 3. rész: Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez (GUM: 1995) IEC GUIDE 115 A mérési bizonytalanság alkalmazása a megfelelőség értékelési MU kiterjesztési tényező (coverage factor), k kombinált bizonytalanság mérési hiba kiterjesztett bizonytalanság konfidenciaszint tevékenységekben az elektrotechnikai szektorban. Measurement uncertainy - egy szám, amelyet, ha megszoroznak a kombinált standard bizonytalansággal, akkor egy tartomány adódik, (kiterjesztett mérési bizonytalanság) a mérési eredmény körül, amely várhatóan körülvesz egy nagy, meghatározott töredéket (pl. 95%) az értékek eloszlásából, amely észszerűen a mérendőnek tulajdonítható. az összes standard bizonytalanság összetevő kombinációjának eredménye. a mérés eredményéből a mérendő valódi értékének levonása (nem pontosan határozható meg mennyiségileg, mert a valódi érték a bizonytalansági tartományban valahol ismeretlen helyen fekszik). a kombinált bizonytalanság és a kiterjesztési tényező szorzataként adódik. annak valószínűsége, hogy a mérendő értéke a bizonytalanság adott tartományán belül helyezkedik el.

2 Oldal: 2 / 12 mérendő mérésnek alávetett mennyiség, feltételezett állapotában kiértékelve a mérőrendszerrel a mérésnek során [IEC 60359:2001] mennyiség X i szórás (standard deviation) sokaság szórása minta szórása variancia a bizonytalanság forrása. a variancia pozitív négyzetgyöke. a sokaság varianciájának pozitív négyzetgyöke. a minta varianciájának pozitív négyzetgyöke. a szóródás mérése, amely a megfigyelések átlagértéktől való eltérése négyzetének összege osztva a megfigyelések száma 1-gyel. bizonytalanság (mérési) paraméter, hozzákapcsolva a mérési eredményhez, amely karakterizálja az értékek szóródását, és amely észszerűen a mérendőnek tulajdonítható. a standard bizonytalanság A típusú kiértékelése a mérési bizonytalanság kiértékelésének módszere a megfigyelések sorozatának statisztikai analízisével. Ezt használják a véletlen természetű bizonytalanságok leírására. a standard bizonytalanság B típusú kiértékelése a mérési bizonytalanság kiértékelésének módszere a megfigyelések sorozatának statisztikai analízisétől eltérő eszközzel. A B típusú kiértékelést használják olyan bizonytalanságok leírására, amelyek nem érhetők el megismételt megfigyelések sorozatából vagy a természetben való rendszeres megjelenésből. Például a gyártói specifikációkból vagy a kalibrálási bizonyítványokból. Valószínűségi eloszlás: Normál: u(x i ) = bizonytalanság k Tipikus értékek a kalibrálási bizonyítványból, ahol a kalibrálást szolgáltató megadta a k értéket. A normális a leggyakoribb eloszlás és sokszor használják alap eloszlásként, hacsak ellentmondó információ nem áll rendelkezésre. Négyszög: u ( x ) = i ai 3 A valószínűség sűrűsége állandó az előírt határokon belül, kivéve, ha tartozik hozzá egy konfidenciaszintre vonatkozó közlés, amely az ilyen esetben normális. Ezt tipikusan használják a bizonytalanságok leírására, amelyek vagy egyenletes vagy ismeretlen. Néhány más példa a digitális kiolvasás vagy a kvantálás hibája az analóg-digitális átalakítás miatt.

3 Oldal: 3 / 12 Háromszög: u ( x ) = i ai 6 A háromszög eloszlás olyan függvényt ír le, ahol a valós érték egy ponton fekszik a két előírt határ között, és a valószínűség sűrűsége egyenletesen növekszik nullától a szélsőségekig a középen lévő maximumig. Ezt néha a hőmérsékletre vonatkozó bizonytalansági eloszlások leírására használják. U-alakú: u( x i ) = M 2 Az U-alakú eloszlás olyan függvényt ír le, ahol az előfordulás legnagyobb valószínűsége az ismert minimum vagy maximum határoló értéken vagy annak közelében helyezkedik el. Ezt néha alkalmas az EMC területen használt bizonytalanság nem megfelelő párosítására a gyakran jelentéktelen értékekkel, akár a nagyobb értékekkel, amelyek használata nem megengedett.

4 Oldal: 4 / Alkalmazási terület Minden kiértékelésre vonatkozik, amely fizikai paraméterek mérését foglalja magában és a TÜV Rheinland összes leányvállalataira. 3.1 Ez a munkautasítás a TÜV Rheinland Csoport összes vizsgáló és kalibráló laboratóriumának mérési bizonytalanság becslési tevékenységére vonatkozik. Az MPC MU szakértői csapat, együtt a BF/Laboratórium vezetőkkel meghatározza azokat a tényezőket, amelyek hozzájárulnak minden egyes paraméter mérési bizonytalanságához, amelyet használnak a bizonytalanság számítására, vagy becslésére. 3.2 Amint ez a munkautasítás tartalmazza, a sajátságos mérési munkafolyamatot megelőzi azon tényezők meghatározása, amelyek hozzájárulnak a mérési bizonytalansághoz. 3.3 Azokban az esetekben, amikor a szabvány már szolgáltat tényezőket, értékeket vagy meghatároz határokat a tényezőkre nézve, amelyek hozzájárulnak a mérési bizonytalansághoz, használva a szabványban megadott specifikációkat a teljes számítást úgy kell tekinteni, hogy már elvégezték. 3.4 Minden laboratóriumi szolgáltatást irányító vezető és a témához tartozó szakértő véleményét ki kell kérni azon tényezők eldöntésében, amelyek hozzájárulnak a mérési bizonytalansághoz, beleértve a sajátos paraméterre vonatkozó munkautasítást, amennyiben az vonatkozik a laboratóriumukra. 3.5 A mérési bizonytalanságot ki kell számolni minden egyes egyedi paraméterre az ezen munkautasításhoz csatolt függelékek szerint. 3.6 Csak egy globális mérési bizonytalanság dokumentum legyen minden egyes paraméterre, kivéve amikor azt a helyi szabályozások feltétlenül megkövetelik, illetve, ha azt a TÜV Rheinland Csoport vezetősége (üzleti terület) jóváhagyta.

5 Oldal: 5 / A vizsgálatra használt mérőrendszerek mérési bizonytalanságra vonatkozó nyilatkozat (ezt megkövetelheti a termékszabvány vagy az ügyfél) álljon rendelkezésre. 4. A munkautasítás leírása 4.1 A mérési bizonytalanság kiértékelése a vizsgálatokban (pl. hőmérséklet, hossz, feszültség): A vizsgálati munkautasítás leírja a berendezések kiválasztását, a vizsgálati módszert és a felhasználandó z anyagokat, a lépéseket, amelyeket meg kell tenni, hogy megszüntessék azon tényezőket, amelyek hozzájárulhatnak (befolyásolhatják) a mérési bizonytalansághoz. A mérési összeállítást, beleértve a mérőberendezéseket figyelembe kell venni a mérési bizonytalanság becslésénél. A mérési bizonytalansághoz hozzájáruló kulcsfontosságú tényezők a következők: A mérési bizonytalansághoz hozzájáruló vagy azt befolyásoló tényezők. U TBD1: a vizsgálathoz használt berendezés kalibrálási bizonyítványából származó adatok hozzájárulása U TBD2: a kalibrálási érték és a laboratóriumi berendezés által kijelzett érték közötti különbség kalibrálás alatt U TBD3: a mérőberendezés kijelzésének hozzájárulása U TBD4: a mérések megismételhetőségéből származó hozzájárulás az egymást követő megfigyelések sorozatában U TBD5: a mérőberendezés sodródása (drift), ha van jelentős éves sodródása U TBD6: a mérés reprodukálhatósága, amint azt a különféle mérési feltételek mellett, úgymint környezet, idő, módszer, berendezés és/vagy kezelő, elvégzett megfigyelési mintákban meghatározták, 1. példa táblázat: a mérési bizonytalansághoz hozzájáruló tényezők meghatározása A jelentős befolyásoló tényezők meghatározása: Eldöntendő (U TBD1): a vizsgálathoz használt berendezés kalibrálási bizonyítványából származó adatok hozzájárulása

6 Oldal: 6 / Eldöntendő (U TBD2): a kalibrálási érték és a laboratóriumi berendezés által kijelzett érték közötti különbség kalibrálás alatt (a legrosszabb esetet célszerű választani) *a kalibrálási bizonyítványból véve Eldöntendő (U TBD3): a mérőberendezés kijelzésének hozzájárulása Eldöntendő (U TBD4): a mérések megismételhetőségéből származó hozzájárulás Eldöntendő (U TBD5): a mérőberendezések sodródásának tendenciája, ha van jelentős éves sodródás Eldöntendő (U TBD6): a mérések reprodukálhatóságából fakadó hozzájárulás Egyéb mennyiségeket, amelyek befolyásolják a környezeti feltételeket (hőmérséklet és légnedvesség) a vizsgálat alatt figyelmen kívül hagyhatónak kell tekinteni, amikor az értékek a vonatkozó termékszabványban meghatározott vizsgálati feltételek között vannak, és a laboratóriumban a vizsgálatokat szabályozott körülmények mellett és a laboratóriumban meghatározott munkautasítás szerint végzik A befolyásoló tényezők átalakítása a mért érték egységére: A mérési bizonytalanságot a mért érték mértékegységében kell jelenteni (tömeg, hossz, hőmérséklet: mg, mm és C. Amint az összes befolyásoló tényezőt már a végső mértékegységben kell megadni, átszámítás nem szükséges, egy 1 értékű érzékenységi együtthatóban, kivéve, ha az ügyfél vagy a szabvány mást nem ír elő.

7 Oldal: 7 / példa táblázat: a mérési bizonytalansághoz hozzájáruló tényezők meghatározása. Mennyiség Xi Becsült xi Érzékenységi Mennyiségi hiba sp(xi) együttható U TBD1 200 C 1 ± 0.06 C U TBD2 200 C 1 ± 0.06 C U TBD3 1 C 1 ± 0.80 C U TBD4 300 C 1 ±.05 C U TBD5 100 C 1 ± 0.07 C U TBD6 200 C 1 ± 0.06 C Megjegyzés: azokban az esetekben, ahol a hozzájárulási tényezők különböző egységeket tartalmaznak, pl. feszültség, áram, a hőmérséklet méréséhez, az érzékenységi együtthatót a feszültségből a hőmérsékletre, valamint az áramból a hőmérsékletre ki kell számítani Bizonytalansági halmaz m x: 3. példa táblázat: az értékek kitöltése a táblázatban a számításhoz. (a részleteket lásd a képzési táblázatban) Mennyiség Xi Becsült Xi Típus Mennyiségi hiba sp(xi) Valószínűség eloszlás UTBD1 200 C B ± 0.06 C négyszög Eloszlás osztó tényezője k 3 = standard bizonytalanság u(xi) Érzékenységi együttható Ci Hozzájárulás a bizonytalansághoz ui(y) ± C 1 ± C UTBD2 200 C B ± 0.06 C normális 2 ± 0.03 C 1 ± 0.03 C UTBD3 1 C B ± 0.80 C négyszög 3 = ± 0.46 C 1 ± 0.46 C UTBD4 300 C B ±.05 C normális 3 = ± 0.3 C 1 ±.3 C UTBD5 100 C A ± 0.07 C normális 2 ± 0.04 C 1 ± 0.04 C A kombinált bizonytalanság, Uc u(cx) = Ö (u1 2 + u2 2 + u )

8 Oldal: 8 / 12 Kiterjesztett bizonytalanság, U (kiterjesztési tényező k =2; konfidenciaszint: 95%) U = k u(cx) u(cx) = ± x.y C Um= k x u(cx) = 2 ± x.y = ± (2x.y) C 4.2 A mérési bizonytalanság közlése A vizsgálati jegyzőkönyv tartalmazzon kijelentést a mérési bizonytalanságról az elvégzett vizsgálatokkal összefüggésben, ha ezt a szabvány, az ügyfél vagy más hatóságok megkövetelik. Ezekben az esetekben a következő táblázatot kell használni a mérési bizonytalanság jelentéséhez. A laboratóriumoknak a Word fájlt kell használni a mérési bizonytalanság számítás dokumentálásához és az Excel táblázat szolgál referencia dokumentumként. 4. táblázat: példa arra, hogy miként kell a mérési bizonytalanságot összeállítani IEC szakasz # Paraméter/ Mérés / vizsgálati módszer Követelmény (%) vagy M* számított U-ja (egység) Feszültség, áram vagy teljesítmény ± 0.xx V, I or W 4.5 Hőmérséklet ± 0.xx C 2.10 Méretek ± 0.xx mm 4.2.5/-6 Súly ± 0.xx g

9 Oldal: 9 / Minden laboratórium összeállította a saját mérési bizonytalanságát minden egyes paraméterre, de üresen hagyta a szakasz oszlopot, amelyet csak akkor kell kitölteni, amikor hozzáadják a vizsgálati jegyzőkönyvhöz. A szürke oszlopot a táblázatban nem kell kitölteni. Példa a laboratóriumi összeállításra (a részleteket lásd az oktatási táblázatban) IEC szakasz # 5. táblázat: példa arra, hogy miként kell jelenteni az aktuális mérési bizonytalanságot a vizsgálati jegyzőkönyvben. Paraméter/ Mérés / vizsgálati módszer Felvett teljesítmény (az MTE pontossága alapján) Felvett teljesítmény (az MTE kalibrálása alapján) Követelmény % vagy k M* számított U-ja ± 0.37% ± 0.35% Áramfelvétel (az MTE pontossága alapján) ± 0.38% Áramfelvétel (az MTE pontossága alapján) ± 0.37% Bemenő feszültség (az MTE pontossága alapján) Bemenő feszültség (az MTE pontossága alapján) ± 0.29% ± 0.18% 4.5 Melegedésmérés T típusú hőelemmel ± 1.26 C 4.5 Melegedésmérés K típusú hőelemmel ± 2.29 C 4.5 B és E melléklet Melegedésvizsgálat tekercs-ellenállás módszerrel 5.1 Szivárgóáram mérés az IEC ábrája szerinti hálózattal 5.1 Szivárgóáram mérés az IEC ábrája szerinti hálózattal ± 1.21 C ± 1.58% ± 3.49%

10 Oldal: 10 / Szivárgóáram mérés az IEC ábrája szerinti hálózattal ± 2.47% 4.3 Döntési szabály és a védősáv szabály alkalmazása. A TÜV Rheinland vizsgáló laboratóriumai a Nulla védősáv (guard band) szabályt alkalmazzák, hacsak a szabvány mást nem ír elő vagy az ügyfél mást nem követel meg. Az alkalmazott védősáv szabályt a döntéshozatalban (döntési szabály) kell közvetíteni az ügyfélnek a folyamodások átvizsgálása során, tekintet nélkül arra, hogy a mérési bizonytalanságot megkövetelik vagy sem. Amennyiben a mérési bizonytalanságot védősáv megadásával kellene alkalmazni, akkor ezeket az értékeket a vizsgálati jegyzőkönyvben kell megadni e dokumentum szakasza és az MS jelű dokumentum (A vizsgálati jegyzőkönyv szerkezete) szerint. A Nulla védősáv szabály esetén, ha a mérési bizonytalanságot nem kell figyelembe venni, akkor azt nem is kell kijelenteni a vizsgálati jegyzőkönyvben. Példa az: ILAC-G8:09/2019 Iránymutatás a döntési szabályokról és a megfelelőség kijelentéséről *Ha alkalmaznunk kell a szabályt, kérjük hogy használja az ILAC-G8:09/2019 példáit.

11 Oldal: 11 / 12 Magyarázatok: Aplication of guardband = a védősáv alkalmazása Upper limit = felső határ New limit = új határ Guardband = védősáv Nominal = névleges Lower limit = alsó határ Példa a mérési bizonytalanság alkalmazására a Védősáv szabályban. 4.4 Kalibráló laboratórium Kalibrálási és mérési képesség (CMC) A kalibráló laboratóriumok összeállították a mérési bizonytalanságaikat minden egyes paraméterre, és az értékeket jelenteni kell a Kalibrálási és vizsgálati képesség dokumentumban (CMC). 6. minta táblázat: kalibráló laboratórium kalibrálási és mérési képesség (CMC) Paraméter / Berendezés Tartomány CMC Megjegyzések DC Feszültségforrás 9V 0.04µV/V Eljárás DC Feszültségmérő/Mérés 10V 0.2µV + 0.1µV DC Áramforrás ( ) A 21 ma/a A AC Feszültségforrás ( ) V, 1 Hz -100 khz 44 mv+0.5v AC Áramforrás (20-500) A, (45-65) Hz 6.4 ma/a A Lineáris méretek ( ) mm 522 μm/m μm

12 Oldal: 12 / A vonatkozó belső szabályozások IT 01 IT IT A vizsgálatok végrehajtása Vizsgálatijegyzőkönyv, a vizsgálati eredmények közlése és minőségének biztosítása A jártassági vizsgálatok 6. A vonatkozó külső szabályozások IEC Guide 98-3 IEC Guide 115 EA-4/02 OD 5014:2016 Uncertainty of measurement -- Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995) Útmutató a mérési bizonytalanság kifejezéséhez; Application of uncertainty of measurement to conformity assessment activities in the electrotechnical sector A mérési bizonytalanság alkalmazása az elektrotechnikai ágazatban a megfelelőség értékeléséhez; Expession of the Uncertainty of Measurement in Calibration A mérési bizonytalanság meghatározása kalibrálás során. Instrument Accuracy Limits - Mérőeszközök pontossági határai