So starten Sie jede Unsicherheitsanalyse

Einführung

Jedes Mal, wenn Sie mit einer Unsicherheitsanalyse beginnen, müssen Sie eine Gliederung erstellen, bevor Sie mit der Schätzung der Unsicherheit beginnen.

Ich nenne diesen Prozess die Spezifizierung Ihrer Messfunktion. Es ist der erste Schritt in meinem Leitfaden "7 Schritte zur Schätzung der Messunsicherheit". Es handelt sich jedoch lediglich um die Erstellung einer Gliederung für Ihre Unsicherheitsanalyse.

Das Ziel dieses Prozesses ist es, Ihnen dabei zu helfen, sich auf die Abschätzung der Unsicherheit für jeweils eine Messfunktion und einen Messbereich zu konzentrieren. Letztendlich hilft es Ihnen, Zeit zu sparen und Fehler zu vermeiden.

Wenn Sie wissen, worauf Sie Ihre Aufmerksamkeit richten müssen, ist es einfacher, mit der Abschätzung der Unsicherheit zu beginnen und den Prozess zu beenden.

Ähnlich wie bei anderen Labortätigkeiten benötigen Sie ein Verfahren, um einen Test oder eine Kalibrierung durchzuführen. Sie müssen jedoch wissen, welches Verfahren Sie verwenden müssen. Wenn Sie skizzieren, was Sie testen oder kalibrieren, wird der Prozess viel einfacher.

Unsicherheitsanalyse: Erstellen einer Gliederung

Jedes Mal, wenn Sie eine Unsicherheitsanalyse durchführen, sollten Sie eine Gliederung erstellen, indem Sie die folgenden Schritte ausführen:

Wählen Sie die Messfunktion aus,
Wählen Sie den Messbereich,
Wählen Sie die Testpunkte aus,
Wählen Sie die Methode aus,
Wählen Sie das Gerät aus und
Finde die mathematische Gleichung oder Formel.

In den folgenden Abschnitten erfahren Sie, wie Sie jeden dieser Schritte im Detail ausführen.

1. Wählen Sie die Messfunktion

Das erste, was Sie tun sollten, wenn Sie mit der Abschätzung der Unsicherheit beginnen, ist, zu identifizieren, was Sie tun.

Daher müssen Sie Ihre Messfunktion angeben.

Fragen Sie sich einfach: "Was mache ich da?"

Denken Sie an den Prozess, den Sie durchführen, und an die Ergebnisse, die Sie aufzeichnen werden. Wie würden Sie sie beschreiben?

Zum Beispiel, vielleicht bist du;

Messung der Gleichspannung mit einem Digitalmultimeter,
Erzeugung von Gleichspannung mit einem Multifunktionskalibrator,
Messung der Temperatur mit einem Thermometer,
Messung der Frequenz mit einem Zähler,
Kalibrierung von Pipetten mit einer Präzisionswaage,

Es gibt viele verschiedene Aktivitäten, die Ihr Labor durchführen könnte. Sie müssen nur kurz beschreiben, was Sie tun.

Dann fassen Sie den Prozess in wenigen Worten zusammen. Wenn Sie die obige Liste verwenden, könnten Sie einige gebräuchliche Namen verwenden:

Messung der Gleichspannung,
Erzeugung von Gleichspannung,
Temperaturmessung,
Frequenzmessung,
Volumen-Messung

Darüber hinaus können Sie beschreiben, was Sie testen oder kalibrieren. Sie können Ihre Messfunktion z. B. wie folgt angeben:

Waage
Pipetten,
PRT-Thermometer,
Messblöcke,
Durchflussmesser

Zur Inspiration sollten Sie sich die Akkreditierungsbereiche anderer Labore ansehen, um zu sehen, wie sie Messfunktionen benennen.

Dadurch wird sichergestellt, dass Sie Funktionsnamen und -beschreibungen verwenden, die von Ihrer Akkreditierungsstelle genehmigt wurden.

Ein weiterer guter Ratschlag wäre, Namen und Beschreibungen zu verwenden, die Ihre Kunden erkennen werden.

Ihr Akkreditierungsumfang ist ein Werbedokument. Es liefert Ihren Kunden Informationen über die Fähigkeiten Ihres Labors. Stellen Sie sicher, dass Ihre Kunden verstehen, was Ihr Labor tut und wie es ihre Anforderungen erfüllen kann.

Beginnen Sie daher jede Unsicherheitsanalyse, indem Sie eine Gliederung erstellen und Ihre Messfunktion angeben, damit Sie wissen, worauf Sie Ihre Aufmerksamkeit richten müssen.

2. Wählen Sie den Messbereich

Als nächstes möchten Sie Ihren Messbereich auswählen.

Auf diese Weise können Sie den Wertebereich bestimmen, den die Unsicherheitsanalyse abdeckt, sodass Sie sich auf diese beiden Werte konzentrieren können.

Es geht darum, Grenzen zu setzen.

Ihre Messfunktionen könnten beispielsweise einen der folgenden Bereiche haben:

(0 bis 100) V,
(0 bis 250) °C,
(1 bis 100) Hz
(100 bis 1.000) μL,
(0,1 bis 1) Zoll

Wenn es Ihnen schwer fällt, den Messbereich zu bestimmen, versuchen Sie, die Spezifikationen des Geräteherstellers zu lesen. Sie sollten diese Informationen in den Herstellerhandbüchern und Datenblättern finden können.

In der Regel sind in den Datenblättern alle Bereiche der Messfähigkeit des Geräts aufgeführt.

Um den Messbereich des Geräts zu bestimmen;

Finden Sie den kleinsten Wert des Bereichs,
Finden Sie den größten Wert des Bereichs und
Liste des Bereichs vom kleinsten bis zum größten.

Schauen Sie sich das Bild oben an, Sie sollten in der Lage sein, die folgenden Bereiche zu identifizieren;

(0 bis 200) mV
(0 bis 2) V
(0 bis 20) V
(0 bis 200) V
(0 bis 1000) V

Alternativ können Sie die Messbereiche ähnlich auflisten, wie sie in Ihrem Akkreditierungsumfang dargestellt werden.

(0 bis 200) mV
(0,2 bis 2) V
(2 bis 20) V
(20 bis 200) V
(200 bis 1000) V

In diesem Beispiel listen Sie Ihre Messbereiche auf, in denen sie normalerweise verwendet werden, und überschneiden sich mit dem nächsten Bereich.

Das Wichtigste ist, sicherzustellen, dass Sie die Messmöglichkeiten Ihres Systems abdecken.

Verwenden Sie jedoch Ihren gesunden Menschenverstand, wenn Sie Ihren Messbereich auflisten. Ihre geschätzte Messunsicherheit stellt die Messfähigkeit des Geräts unter 5 % des Bereichs möglicherweise nicht angemessen dar.

Beispielsweise kann es sein, dass Ihre Messgeräte bei 0,1 % des Messbereichs im Vergleich zu 100 % des Bereichs nicht gut abschneiden.

In der Regel wird empfohlen, Messgeräte von 10 % oder 20 % des Messbereichs bis zu 100 % des Bereichs zu verwenden. Daher ist die Verwendung von Geräten mit einem Abstand von 1 % oder weniger des Messbereichs möglicherweise nicht wünschenswert.

Stellen Sie sicher, dass Sie die Spezifikationen und Anweisungen des Herstellers gelesen haben.

3. Wählen Sie die Testpunkte

Nachdem Sie nun Ihre Messfunktion und Ihren Messbereich identifiziert haben, ist es an der Zeit, die Testpunkte auszuwählen, die Sie zur Schätzung der Messunsicherheit verwenden möchten.

Zur Auswahl von Prüfpunkten für die Abschätzung der Messunsicherheit;

Wählen Sie einen Testpunkt am unteren Ende des Bereichs,
Wählen Sie einen Testpunkt am oberen Ende des Bereichs aus, und
Wählen Sie ggf. einen Prüfpunkt in der Mitte des Bereichs aus.

Als Minimum müssen Sie zwei Testpunkte auswählen, einen niedrigen und einen hochen.

Es ist durchaus üblich, Testpunkte bei 10 % und 100 % des Bereichs oder 20 % und 100 % des Bereichs auszuwählen.

Die bewährte Methode besteht darin, Testpunkte auszuwählen, an denen Ihre Ausrüstung kalibriert wird. Werfen Sie einen Blick auf Ihre Kalibrierungsberichte und finden Sie zwei Punkte pro Bereich (d. h. einen niedrigen und einen hochen).

Wenn Ihr Gerät nicht an zwei Punkten pro Messbereich kalibriert ist, müssen Sie möglicherweise die Unsicherheit an den Übergangspunkten schätzen. Hier überschneidet sich ein Messbereich mit dem nächsten Messbereich.

Ein Digitalmultimeter verfügt beispielsweise über fünf Messbereiche (z. B. 0,1 V, 1 V, 10 V, 100 V und 1.000 V) und wird nur an einem Punkt pro Bereich kalibriert.

In dieser Situation ist es am besten, die Unsicherheit an jedem Kalibrierungspunkt zu schätzen und die Daten aus dem vorherigen Bereich zur Berechnung der CMC-Unsicherheitsgleichungen zu verwenden.

Um die Unsicherheit für den 10-V-Bereich zu schätzen, würden Sie die Unsicherheit bei 10 V und bei 1 V verwenden, um eine cmc-Unsicherheitsgleichung zu entwickeln. Auf diese Weise können Sie die Unsicherheit an zwei Punkten über den Messbereich abschätzen, indem Sie Crossover- oder überlappende Testpunkte verwenden.

4. Wählen Sie die Methode oder das Verfahren aus

Um die Messunsicherheit für einen Test- oder Kalibrierprozess abzuschätzen, müssen Sie den Prozess kennen.

Daher müssen Sie die Methode oder das Verfahren auswählen, die zum Ausführen des Prozesses verwendet werden sollen.

Mit der Methode können Sie den Prozess überprüfen, um Unsicherheitsquellen aus dem zu finden;

Liste der empfohlenen Ausrüstung,
Empfohlene Umgebungsbedingungen,
Schritte des Prozesses,
Gleichungen, die verwendet werden, um Ergebnisse zu erhalten, und/oder
Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung von Fehlern.

Das Lesen der Prüfmethode oder des Kalibrierverfahrens kann für Ihre Unsicherheitsanalyse sehr vorteilhaft sein und Ihnen helfen, Fehler in Ihrer Schätzung zu vermeiden.

5. Wählen Sie das Prüfmittel aus

Sie sollten Ihre Prüfmittel auswählen, bevor Sie mit einer Unsicherheitsanalyse beginnen. Auf diese Weise stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Ausrüstung auswählen, um die Messunsicherheit angemessen abzuschätzen.

Es ist eine gute Idee, Ihre beste Ausrüstung oder die Ausrüstung auszuwählen, die Sie normalerweise verwenden würden.

Die Auswahl minderwertiger oder minderwertiger Geräte kann die Ergebnisse Ihrer Unsicherheitsanalyse erheblich beeinflussen.

Wenn es Ihr Ziel ist, weniger Unsicherheiten zu melden und Sie die Gleichspannung messen, ist die Auswahl eines Keysight 3458A-Multimeters möglicherweise die bessere Wahl als ein 34401A-Multimeter.

Wenn Sie die Länge messen und ähnliche Ziele verfolgen, ist die Auswahl eines Endmaßes der Güteklasse 1 möglicherweise die bessere Wahl als ein Endmaß der Güteklasse 3.

Stellen Sie also sicher, dass Sie die richtigen Prüfgeräte für Ihre Unsicherheitsanalyse auswählen.

6. Finden Sie die mathematische Gleichung oder Formel

Eine weitere Aufgabe, die Sie ausführen sollten, besteht darin, die mathematische Gleichung oder Formel zu finden, die Ihren Messprozess darstellt.

Es ist ein Schritt, den viele Menschen bei der Abschätzung von Unsicherheit oft übersehen. Die Verwendung der mathematischen Gleichung kann Ihnen jedoch erheblich helfen.

Wenn verfügbar, empfehle ich Ihnen, die mathematische Gleichung zu verwenden, wenn Sie die Messunsicherheit schätzen.

Mathematische Gleichungen sind wie eine Landkarte. Sie können;

Geben Sie Quellen der Unsicherheit,
Reduzieren Sie die Zeit, die Sie mit der Durchführung von Recherchen verbringen,
Unterstützung bei der Berechnung von Sensitivitätskoeffizienten und
Stellen Sie sicher, dass Sie die Unsicherheit richtig einschätzen.

Mit einer Gleichung sollten Sie in der Lage sein, herauszufinden, welche Komponenten zur Messunsicherheit beitragen, und zu bestimmen, wie jede Variable zur Unsicherheit des Test- oder Messergebnisses beiträgt.

Darüber hinaus können Sie die Gleichung verwenden, um Simulationen durchzuführen und Empfindlichkeitskoeffizienten zu berechnen.

Ich empfehle Ihnen dringend, Gleichungen zu verwenden, wenn sie verfügbar sind.

Wenn Sie beispielsweise die Unsicherheit für ein Totgewichtsmessgerät schätzen, können Sie die folgende mathematische Gleichung verwenden.

Wie Sie sehen können, hat diese Gleichung viele Variablen. Wenn Sie jedoch die Unsicherheit für jede Variable quantifizieren, können Sie die Unsicherheit für den berechneten Druck schätzen.

Darüber hinaus müssen Sie sich nicht (so sehr) Sorgen machen, die Unsicherheit zu unterschätzen, da Sie alle in der Gleichung enthaltenen Unsicherheitsquellen berücksichtigt haben.

Nehmen Sie sich also etwas Zeit, um die mathematische Gleichung zu finden und zu verwenden (falls verfügbar).

Informationen, die für die Unsicherheitsanalyse benötigt werden

Nachdem Sie festgelegt haben, wofür Sie die Unsicherheit schätzen werden, müssen Sie sich darauf vorbereiten, eine neue Unsicherheitsanalyse zu beginnen.

Bevor Sie beginnen, müssen Sie Informationen und Daten sammeln, die Ihnen helfen, die Messunsicherheit abzuschätzen.

Ich empfehle Ihnen, die folgenden unten aufgeführten Punkte zu sammeln;

Letzte 3 Kalibrierungsberichte,
Ergebnisse von Wiederholbarkeits- und Reproduzierbarkeitstests,
Prüfverfahren oder Kalibrierverfahren,
Gerätehandbücher und Datenblätter.

Das sollte keine schwierige Aufgabe sein. Sie sollten all diese Artikel mit wenig oder gar keiner Recherche zur Verfügung haben.

Der Zweck dieser Aufgabe besteht darin, Ihnen einen Prozess an die Hand zu geben, der Ihnen hilft, die Messunsicherheit zu schätzen.

Beispiel für eine Unsicherheitsanalyse

Anstatt diesen Leitfaden hier zu beenden, möchte ich Ihnen einige Beispiele für diesen Prozess geben, damit Sie sehen können, wie Sie ihn bei der Durchführung einer Unsicherheitsanalyse implementieren können.

Gleichspannungsmessung mit einem Fluke 8508A

Stellen Sie sich in diesem Beispiel vor, dass Sie die Unsicherheit für Ihr Digitalmultimeter Fluke 8508A schätzen möchten.

Um Ihre Unsicherheitsanalyse zu skizzieren, müssen Sie folgende Schritte ausführen:

Identifizieren Sie die Messfunktion,
Identifizieren Sie den Messbereich,
Identifizieren Sie die Testpunkte,
Identifizieren Sie die Methode,
Identifizieren Sie die Ausrüstung,
Notieren Sie Ihre Ergebnisse

1. Identifizieren Sie die Messfunktion

Welche Messfunktion des Multimeters werden Sie verwenden?

Darüber hinaus sollten Sie wissen, ob Sie beschaffen, generieren oder messen.

In diesem Beispiel messen Sie die Gleichspannung. Daher wäre Ihre Messfunktion der Titel: DC Voltage Measure.

2. Identifizieren Sie den Messbereich

Welchen Messbereich möchten Sie auswerten?

Auch wenn Sie die Unsicherheit für jeden Bereich abschätzen möchten, sollten Sie jeweils nur einen Bereich auswählen.

Für dieses Beispiel wählen wir den 200-mV-Bereich.

Um den Messbereich von Anfang bis Ende anzugeben, identifizieren Sie den tiefsten und den höchsten Punkt des Bereichs.

Einige Beispiele, die Sie verwenden können, können sein:

Bis zu 200mV
1 mV bis 200 mV
0,000001 mV bis 200 mV

Seien Sie jedoch realistisch. Listen Sie den Messbereich auf, den Sie tatsächlich verwenden möchten.

3. Identifizieren Sie die Testpunkte

Welche Testpunkte werden Sie verwenden, um die Unsicherheit abzuschätzen?

Wählen Sie mindestens zwei Testpunkte über den gesamten Bereich aus. Ich würde einen niedrigen und einen hohen Testpunkt empfehlen.

Schauen Sie sich Ihre Kalibrierungsberichte an. Ich würde empfehlen, Testpunkte zu verwenden, die Kalibrierungsergebnisse haben. An diesen Stellen wird es viel einfacher sein, die Unsicherheit abzuschätzen.

In diesem Beispiel wird das Multimeter nur bei 100mV kalibriert. Daher würde ich die Unsicherheit bei 0mV und 100mV schätzen.

Andernfalls empfehle ich Ihnen, Testpunkte auszuwählen, die nahe bei 10 % des Bereichs und 100 % des Bereichs liegen.

Für den nächsten Bereich (d. h. 2 V) würde ich Ihre Unsicherheit bei 100 mV für den niedrigen Testpunkt verwenden und die Unsicherheit bei 1 V für Ihren hohen Testpunkt schätzen.

4. Identifizieren Sie die Methode

Welche Methode verwenden Sie, um die Gleichspannung zu messen?

Wählen Sie die Methode aus, die Ihre typische Arbeitsbelastung oder Labortätigkeit am besten abbildet.

Für dieses Beispiel wurde das Kalibrierverfahren des Herstellers für die Messung der Gleichspannung von einem Multifunktionskalibrator gewählt.

5. Identifizieren Sie das Gerät

Welche Ausrüstung werden Sie verwenden?

Wählen Sie das Gerät aus, das Ihre beste Messfähigkeit oder Ihre gängigste Messfunktion bietet.

Ich empfehle Ihnen, Geräte auszuwählen, die Ihre besten Messfunktionen bieten, da Sie keine Unsicherheit melden können, die kleiner ist als in Ihrem Akkreditierungsumfang beworben.

Für dieses Beispiel wurde ein Multimeter Fluke 8508A ausgewählt, da es die besten Messmöglichkeiten für unser hypothetisches Labor bietet.

Darüber hinaus habe ich einen Multifunktionskalibrator ausgewählt, der als zu testendes Gerät fungiert, da er dazu beiträgt, kleinere Unsicherheiten für die Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit zu bieten.

Wenn ich mich für ein Netzteil als Prüfling entschieden hätte, wären die Ergebnisse der Wiederholbarkeits- und Reproduzierbarkeitstests viel größer gewesen, was zu einer größeren Unsicherheitsschätzung geführt hätte.

Stellen Sie also sicher, dass Sie Geräte (z. B. STD und UUT) mit den besten Messmöglichkeiten auswählen. Es wird helfen, kleinere Unsicherheiten zu erreichen.

6. Aufzeichnen Ihrer Ergebnisse

Nachdem Sie die vorherigen fünf Schritte abgeschlossen haben, können Sie die Ergebnisse in Ihren Unsicherheitsbudgets festhalten.

Ich empfehle Ihnen, die folgenden Informationen aufzulisten;

Messfunktion,
Geräte- oder Systembeschreibung,
Geräteidentifikation oder Seriennummern,
Messbereich und
Prüfpunkt

Schauen Sie sich das Bild unten an, um ein Beispiel zu sehen. Das ist die Art und Weise, wie ich Informationen in jedem Unsicherheitsbudget präsentiere, das ich erstelle.

Es gibt Ihnen einen großartigen Überblick über Ihre Unsicherheitsanalyse.

Die Verwendung dieses Formats liefert alle wichtigen Informationen, die Sie oder Ihr Gutachter benötigen, um zu verstehen, welcher Abschnitt Ihres Akkreditierungsumfangs mit diesem Unsicherheitsbudget zusammenhängt.

Darüber hinaus hilft es Ihnen, sich auf jeweils eine Analyse zu konzentrieren.

Weitere Beispiele für Unsicherheitsanalysen

Hier sind einige weitere Beispiele für die Spezifizierung Ihrer Messfunktion und die Skizzierung Ihrer Unsicherheitsanalyse.

Längenmaß / Endmaße

Länge / KMG

Druckmessung

Temperaturmessung

Kraft-Messung

Volumenmessgerät / Pipetten

Masse / Skalen

Drehmoment-Messung

Messung der Luftfeuchtigkeit

Durchflussmessung

Cannabinoide

Erzeugung von Wechselspannung

Messung der Gleichspannung

Wie Sie sehen können, ist das Format für die Gliederung der einzelnen Unsicherheitsanalysen recht einheitlich. Er enthält die folgenden Informationen (in der angegebenen Reihenfolge);

Messfunktion/-parameter,
Geräte- oder Systembeschreibung,
Messbereich und
Prüfpunkt oder Nennwert

Daher empfehle ich Ihnen, ein ähnliches Format zu verwenden, wenn Sie Ihre Unsicherheitsanalysen skizzieren.

Abschluss

Skizzieren Sie jede Unsicherheitsanalyse, wenn Sie mit der Schätzung der Unsicherheit beginnen. Es wird Ihnen helfen, Ihre Analyse auf die richtige Funktion, das richtige System und die richtigen Daten zu konzentrieren. Darüber hinaus verhindert es, dass Sie Fehler machen.

Wenn Sie die Schlüsselelemente Ihrer Unsicherheitsanalyse identifizieren, können Sie Ihren Arbeitsumfang eingrenzen und Informationen und Daten eliminieren, die nicht relevant sind.

Ein weiterer Vorteil der Skizzierung Ihrer Analyse besteht darin, dass Sie und andere (z. B. Prüfer) verstehen können, welche Messfunktion mit jedem Unsicherheitsbudget verbunden ist. Außerdem wird es Ihnen leichter fallen, Ihre Budgets in Bezug auf Ihren Akkreditierungsumfang zu organisieren.

Die Skizzierung Ihrer Analyse und die Spezifizierung einer Messfunktion mag für Sie heute keinen Sinn mehr ergeben, aber es ist hilfreich, wenn Sie sich Ihre Unsicherheitsbudgets in ein oder zwei Jahren ansehen.

Unabhängig davon, ob Sie Ihre Budgets aktualisieren oder versuchen, die Frage eines Gutachters zu Ihren Ergebnissen zu beantworten, werden Sie froh sein, dass Sie Ihre Unsicherheitsanalyse skizziert haben.

Stellen Sie daher sicher, dass Sie jede Unsicherheitsanalyse mit einem Überblick über Ihre Messfunktion beginnen. Sie werden es nicht bereuen.