Einführung
Hysterese ist eine Quelle der Unsicherheit , die viele Arten von Messgeräten und die damit verbundenen Messergebnisse betrifft. Mit einer schnellen Suche im Internet finden Sie viele Studien, die sich der Hysterese widmen. Wenn Sie einen Blick in Herstellerhandbücher und Datenblätter werfen, finden Sie möglicherweise Spezifikationen zur Hysterese. Sie werden jedoch nicht feststellen, dass die Hysterese häufig in den Unsicherheitsbudgets des Labors enthalten ist.
Als ich viele der verfügbaren Studien las, bezogen sich die meisten von ihnen auf elektrische Hysterese und Magnetismus. Erst als ich nach mechanischer oder elastischer Hysterese suchte, fand ich die Informationen, die für die meisten Kalibrier- und Prüflaboratorien von Vorteil sind.
Sie werden jedoch nicht viele Arbeiten finden, die sich speziell mit den Auswirkungen auf Messgeräte befassen.
Aus diesem Grund habe ich mich entschlossen, einen Leitfaden zur Hysterese für Kalibrier- und Prüflabore zu erstellen, damit Sie ihn in Ihren Unsicherheitsbudgets berücksichtigen können (falls er anwendbar ist).
In diesem Leitfaden erfahren Sie die folgenden Informationen über Hysterese:
- Was ist Hysterese
- Warum ist Hysterese wichtig?
- Wann sollten Sie Hysterese einbeziehen?
- Wie man Hysterese reduziert
- Formeln zur Berechnung der Hysterese
- So führen Sie einen Hysteresetest durch
- So berechnen Sie die Hysterese
Was ist Hysterese?
Laut dem Oxford English Dictionary ist Hysterese das Phänomen, bei dem der Wert einer physikalischen Eigenschaft hinter den Änderungen der Wirkung, die sie verursacht, hinterherhinkt.
Laut NASA ist Hysterese die Reaktion einer Struktur auf Belastung und Entlastung, die üblicherweise mit einem Energieverlust während des Lastwechsels und damit einer Dämpfung mit der Struktur verbunden ist.
Das ist die Definition, die mir am besten gefällt.
Für Sie bedeutet dies, dass Ihr Messergebnis bei Erhöhung von Last, Kraft, Druck usw. nicht dasselbe ist wie Ihr Ergebnis bei abnehmender Last, Kraft, Druck usw. Wenn Sie dies bei der Durchführung von Tests oder Kalibrierungen nicht berücksichtigen, fügen Sie Ihren Ergebnissen zusätzliche Unsicherheit hinzu.
Wenn dies bei Ihren Prüf- und Messgeräten der Fall ist und sich auf Ihre Messergebnisse auswirkt, sollten Sie die Hysterese in Ihren Unsicherheitsbudgets berücksichtigen.
Warum ist Hysterese wichtig?
Hysterese ist wichtig, weil sie zur Unsicherheit der Messergebnisse beiträgt.
Wenn Sie sich der Auswirkungen der Hysterese nicht bewusst sind und nicht wissen, wie Sie diese reduzieren können, können Sie bei der Durchführung von Messungen fehlerhafte Ergebnisse erhalten. Schlimmer noch, Sie könnten diesen Fehler an die Messergebnisse Ihrer Kunden weitergeben, ohne dass einer von Ihnen davon weiß.
In einigen Fällen ist es für Sie vielleicht keine große Sache. Wenn Sie jedoch Risiken und Kosten in die Bewertung einbeziehen, können sich Ihre Gedanken ändern.
Versuchen Sie, Ihren Fehlern Kosten zuzuweisen. Wenn Ihre Messfehler zu einem finanziellen Verlust führen würden (in Verbindung mit Ausfällen, Reparaturen, Ausfallzeiten oder fehlerhaften Arbeiten), würden Sie dann anders über Hysterese denken?
Würde sich Ihre Perspektive ändern, wenn Ihre Messfehler die menschliche Gesundheit oder das Leben beeinträchtigen würden?
Auch wenn dies in der Regel nicht der Fall ist, sollten Sie sich der Risiken und Folgen von Messfehlern und der negativen Auswirkungen, die sie verursachen können, bewusst sein. Deshalb ist Hysterese wichtig.
Falls Sie neugierig sind, führen Sie einfach eine Google-Suche nach Hysterese durch. Sie werden erstaunt sein, wie viele Studien zu dem Thema veröffentlicht wurden.
Wann sollten Sie Hysterese einbeziehen?
Berücksichtigen Sie die Hysterese in Ihrer Unsicherheitsanalyse , wenn allgemein bekannt ist, dass sie Ihre Art von Messsystem beeinflusst oder einen Einfluss auf Ihre Messergebnisse hat.
Hysterese kann in verschiedenen Arten von Messgeräten und -systemen auftreten, darunter:
- Elektrische Messgeräte,
- Mechanische Messgeräte und
- Thermodynamische Messgeräte.
Überprüfen Sie die Herstellerhandbücher und -spezifikationen Ihres Geräts , um herauszufinden, ob davon ausgegangen wird, dass Hysterese einen Einfluss auf Ihre Messergebnisse hat oder nicht. Wenn es nicht vom Hersteller angegeben ist, finden Sie möglicherweise weitere Informationen, indem Sie Ihre Prüfmethoden oder Kalibrierverfahren lesen.
Wenn Hysterese erwähnt wird (und eine eigene Spezifikation hat), ist sie höchstwahrscheinlich signifikant und sollte in Ihre Unsicherheitsanalyse einbezogen werden. Wenn nicht, können Sie es möglicherweise aus Ihrem Unsicherheitsbudget streichen.
Stellen Sie einfach sicher, dass Sie einige Nachforschungen anstellen, bevor Sie entscheiden, ob Sie es in Ihre Unsicherheitsanalyse einbeziehen oder nicht.
Wie man die Hysterese reduziert
Hysterese ist unvermeidlich, aber ihre Auswirkungen können minimiert werden.
Um die Auswirkungen der Hysterese zu reduzieren, ist es üblich, Ihre Geräte vor dem Gebrauch oder der Kalibrierung zu trainieren. Das bedeutet, dass Sie Ihre Ausrüstung mehrmals be- und entladen sollten, bevor Sie sie verwenden.
Die meisten Fertigungshandbücher, Kalibrierverfahren und Prüfmethoden empfehlen diese Praxis, um die Auswirkungen der Hysterese zu reduzieren.
Werfen Sie einen Blick auf die Auszüge unten. Ich habe Aussagen aus mehreren Handbüchern, Methoden und Verfahren zusammengestellt, die empfehlen, Geräte vor dem Gebrauch zu trainieren.
CDI Multitest Handbuch: Kalibrierung von Drehmomentschlüsseln
CDI Multitest Handbuch: Kalibrierung des Drehmomentaufnehmers
Heise CM Manometer Handbuch: Verwendung und Kalibrierung
ASTM E74: Kalibrierung und Verifizierung für Kraftmessgeräte
NAVAIR 17-51MP-006: Hydraulische und pneumatische Manometer und Schalter
Wenn Sie Geräte verwenden, die von Hysterese betroffen sein können, können Sie den Effekt minimieren, indem Sie das Gerät vor dem Gebrauch oder der Kalibrierung trainieren. Nach den obigen Aussagen scheint es am besten zu sein, das Gerät mindestens 3 Zyklen lang (Be- und Entladen) zu trainieren, bevor es verwendet wird.
Formeln zur Berechnung der Hysterese
Wenn Sie die Hysterese für Ihre Unsicherheitsbudgets berechnen müssen, gibt es zwei Methoden, die Sie verwenden können.
Methode 1: Maximaler Unterschied zwischen Upscale und Downscale
Diese Methode ist die gebräuchlichste. Sie finden es in vielen Dokumenten veröffentlicht, darunter:
- NCSLI RP-12: Ermittlung und Berichterstattung von Messunsicherheiten
- NIST SEMATECH Handbuch für technische Statistiken
Diese Gleichung berücksichtigt die Unterschiede zwischen Be- und Entlastung über den gesamten Messbereich. Der Vorteil dieser Methode besteht darin, dass Sie den maximalen Hysteresefehler finden, unabhängig davon, wo er im Bereich auftritt.
Das Problem bei dieser Methode besteht jedoch darin, dass Sie Verzerrung und Linearität verwechseln können, was dazu führt, dass Sie Ihre geschätzte Unsicherheit überbewerten.
Methode 2: Unterschied zwischen Upscale und Downscale bei Midscale und Null.
Diese Methode ist weniger verbreitet als die erste Methode. Ich habe es vor einigen Jahren im MSL Technical Guide 25: Calibrating Balances gefunden und beschlossen, es auszuprobieren.
Heute hat MSL diese Formel in ihrem Technical Guide 25 ersetzt, aber ich bevorzuge es immer noch, sie manchmal zu verwenden. Ich mag die Methode, weil sie Änderungen bei Null berücksichtigt.
Die Hysterese wird jedoch nur im mittleren Bereich ausgewertet. Dies kann ein Problem sein, da der maximale Unterschied im mittleren Bereich nicht immer auftritt. Stellen Sie sicher, dass Sie dies berücksichtigen, wenn Sie diese Gleichung verwenden.
So führen Sie einen Hysteresetest durch
Die Durchführung eines Hysteresetests ist nicht sehr schwierig, solange Sie über das Gerät verfügen. Befolgen Sie einfach die untenstehenden Anweisungen.
Andernfalls verfügen Sie möglicherweise bereits über die Daten in einem Ihrer Kalibrierungsberichte. Wenn ja, ist es nicht erforderlich, diesen Test durchzuführen. Sie können mit der Datenanalyse fortfahren.
Methode 1: Maximaler Unterschied zwischen Upscale und Downscale
1. Wählen Sie einen Artikel für die Hystereseprüfung aus (z. B. Waage, Manometer usw.)
2. Wählen Sie die Ausrüstung für Vergleiche aus.
3. Trainingsgeräte nach Bedarf vor dem Test bereitstellen.
4. Wenn keine Last angelegt wird, stellen Sie das zu prüfende Gerät auf Null und notieren Sie das Ergebnis.
5. Erhöhen Sie die Belastung des zu prüfenden Geräts schrittweise (z. B. in Schritten von 10 %) und notieren Sie das Ergebnis nach jedem Schritt.
6. Verringern Sie die Belastung des Prüflings schrittweise (z. B. in Schritten von 10 %) in umgekehrter Reihenfolge und notieren Sie das Ergebnis nach jedem Schritt.
7. Analysieren Sie die Ergebnisse.
Methode 2: Unterschied zwischen Upscale und Downscale bei Midscale und Null.
1. Wählen Sie einen Artikel für die Hystereseprüfung aus (z. B. Waage, Manometer usw.)
2. Wählen Sie die Ausrüstung für Vergleiche aus.
3. Trainingsgeräte nach Bedarf vor dem Test bereitstellen.
4. Wenn keine Last angelegt wird, stellen Sie das zu prüfende Gerät auf Null und notieren Sie das Ergebnis (yZ1).
5. Beladen Sie das zu prüfende Gerät auf 50 % des Skalenendwerts und notieren Sie das Ergebnis (yH1).
6. Beladen Sie das zu testende Gerät auf 100 % des Skalenendwerts.
7. Reduzieren Sie die Belastung des Prüfgeräts auf 50 % des Skalenendwerts und notieren Sie das Ergebnis (yH2).
8. Reduzieren Sie die Last auf Null und notieren Sie das Ergebnis (yZ2).
9. Analysieren Sie die Ergebnisse.
So berechnen Sie die Hysterese
Wenn Sie über Messergebnisse aus internen Tests oder einen Kalibrierbericht verfügen, sind Sie bereit, die Hysterese zu berechnen. Wählen Sie einfach die Methode aus, die Sie für die Analyse verwenden möchten, und befolgen Sie die untenstehenden Anweisungen.
Methode 1: Maximaler Unterschied zwischen Upscale und Downscale
1. Erstellen Sie eine Tabelle.
Create a table in Microsoft Excel similar to the one in the image below.
2. Geben Sie Ihre hochskalierten Ergebnisse ein.
Enter the results of your upscale test in the upscale column.
3. Geben Sie Ihre Downscale-Ergebnisse ein
Enter the results of your downscale test in the downscale column.
4. Subtrahieren Sie das Ergebnis nach oben (ynach oben) durch das Ergebnis nach unten (ynach unten).
5. Ermitteln Sie in Schritt 4 den absoluten Wert des Ergebnisses.
6. Wiederholen Sie die Schritte 4 und 5 für jede Messung, wobei die Ergebnisse sowohl hoch- als auch herunterskaliert werden können.
7. Finden Sie das Ergebnis mit der größten (d. h. maximalen) Differenz.
Ihr Ergebnis für die Hysterese
Methode 2: Unterschied zwischen Upscale und Downscale bei Midscale und Null.
1. Erstellen Sie eine Tabelle
2. Geben Sie Ihre hochskalierten Ergebnisse ein.
3. Geben Sie Ihre Downscale-Ergebnisse ein.
4. Subtrahieren Sie das Upscale-Ergebnis (y50 %, Upscale) durch das Downscale-Ergebnis (y50 %, Downscale).
5. Subtrahieren Sie das Ergebnis "Hochskalieren" (y0 %, Hochskalieren) durch das Ergebnis "Hochskalieren" (y0 %, Hochskalieren).
6. Teilen Sie das Ergebnis aus Schritt 5 durch drei (d. h. 3).
7. Subtrahieren Sie das Ergebnis aus Schritt 4 durch das Ergebnis aus Schritt 6.
Ihr Ergebnis für die Hysterese
Abschluss
Hysterese ist eine Quelle der Unsicherheit , die von vielen als wichtig angesehen wird, aber in den meisten Unsicherheitsbudgets nicht enthalten ist. Viele Methoden und Verfahren geben Anweisungen, um die Hysterese zu reduzieren, aber Sie werden sie höchstwahrscheinlich nicht beseitigen können. Daher sollten Sie es in Ihrer Unsicherheitsanalyse berücksichtigen und in Ihr Unsicherheitsbudget einbeziehen, falls es anwendbar ist.
Dieser Leitfaden hat Ihnen viele Informationen über Hysterese gegeben; Was ist das, warum ist es wichtig und wann sollten Sie es in Ihr Unsicherheitsbudget aufnehmen? Darüber hinaus sollten Sie gelernt haben, wie man einen Hysteresetest durchführt und wie man die Ergebnisse für die Unsicherheitsanalyse analysiert.
Mit diesen Informationen sollten Sie in der Lage sein, die Hysterese leicht zu berechnen und in Ihre Unsicherheitsbudgets aufzunehmen.
